Экономия электроэнергии с помощью инвертора

Экономия электроэнергии с помощью инвертора

Содержание

1. Предыстория. Краткий обзор версий
2. Подробное описание схемы и принцип действия
3. Детали и конструкция
4. Инструкция по сборке и наладке

Предыстория. Краткий обзор версий.

Идея создания подобного устройства возникла еще в 1998 году, после знаменитого «Дефолта», когда простому обывателю погреться в холодное время года стало роскошью. То есть теплосети работали, но толку от них было мало, а цена на электроэнергию стремительно росла, опережая зарплату. Вот тогда и появился спрос на всякие там «отмотки». Тогда самым ходовым был трансформаторный способ отмотать счетчик, но он требовал вмешательства в схему учета (надо было поменять фазу и ноль на входе счетчика или взять фазный провод до учета). Раньше было проще — тупо вскрыл, поменял концы, и мотай себе назад. Придет инспектор — лицо кирпичом: типа не я, не знаю и т. д. Да и не каждый инспектор туда лазил. Времена менялись, энергонадзор стал придирчивее, теперь за сорванную пломбу — штраф. А если в доме найдет безучетную розетку, благо уйму приборов изобретено для поиска таковых, мало не покажется.

В начале 2000-х в интернете появилась первая схема для электронной отмотки счетчика. Тогда за схему просили от 50 до 150 долларов США. Подумали всей лабораторией, скинулись да кутили. Я даже счет на Вэбманях открыл. В комплекте оказалось аж три схемы — одна для отмотки, две — способ «обогрев». Долго изучали схемы, высказывали свои мысли, и.

Принцип работы основывался на том, что в первую и четвертую четверть периода сетевого напряжения заряжался накопительный конденсатор током повышенной частоты, а во вторую и четвертую — тупо разряжался назад, в сеть. Автор утверждал, что высокочастотная нагрузка, дескать, не заметна счетчику. В качестве накопительного там использовался полярный электролитический конденсатор. В общем, при первом включении этот самый конденсатор вспучило, если бы не реакция одного человека, кто-то мог остаться без гюз. Опять скинулись, купили батарею неполярных. Включили. Заработало. То есть не совсем. Осциллограммы совпадали с исходными, правда ток оно потребляло, и не маленький, при общей емкости 200 мкФ, амперметр показывал почти 10 ампер. Транзисторы (КТ848А) кипели. Ну ладно. Первым, кто забрал прибор на домашние испытания, был наш зав. кафедрой. На следующий день он торжественно объявил — НИ ХРЕНА оно не отматывает! Правда, и счетчик не особо нагружает, а провода греет. После того, как каждый из нас перетаскал это чудо дамой, в очередной раз скинулись, купили еще и счетчик. Испытали другие схемы —результат тот же. Играли с частотой, скважностью, фазой заряд-разряд, короче со всеми параметрами, которые можно подкорректировать. Результата не было, точнее был — пополнялись горы спаленных радиоэлементов. Дело забросили.

Вспомнили с появлением других схем в интернете и появлением в нашем коллективе новых молодых бойцов. Скачивали все подряд, но в архивах было либо то же самое, либо «усовершенствованное, улучшенное», а принцип оставался тот же — горы, правда уже более современных элементов, росли.

Попадались даже платные архивы и добровольцы, которые отправляли CMC, a потом кусали себя за локти.

Теперь ближе к делу. В схемах с накопительным конденсатором, сом конденсатор является нагрузкой, потому что он заряжается на возрастающей четверти периода, для того, чтоб повернуть диск счетчика назад, его надо зарядить как минимум до напряжения выше сетевого. А если применить дроссели для той же цели? Мысль интересная, и возникла у одного из наших новых электрофакеров. Правда, технически реализовать разряд дросселя в счетчик оказалось сложнее, чем конденсатора. Индуктивность после прекращения тока, может отдать при определенных условиях, энергии даже больше накопленной, но в обратной полярности.

Первая работоспособная схема появилась на свет в ноябре 2009 г. В схеме дроссель работал на частоте 100 Гц. То есть, как и в конденсаторном варианте первая четверть периода — накопление энергии, затем вторая четверть через ключи разрядка в сеть. Правда, экономила она 70-75 процентов мощности нагрузки. Третья и четвертая — по аналогии, только на другой полуволне. Все бы ничего, да габариты устройства для киловаттной нагрузки были очень уж громоздкими. Дроссель мотали на железе от киловаттного трансформатора от сварочного аппарата. Конструкция в народе не пользовалась спросом, поэтому разработки велись в сторону уменьшения габаритов и себестоимости.

Вторым этапом стало перемещение рабочей частоты в сторону единиц килогерц, с модуляцией удвоенной сетевой частотой. Кстати, осциллограммы на сайте, соответствуют именно этой схеме. Дроссель мотали уже на пермаллоевых сердечниках. Принцип остался тот .же, за исключением того, что энергия передавалась в дроссель-обратно несколько сотен раз за период. Схема завоевала популярность среди изготовителей. Но пермаллой – довольно эксклюзивный раритетный материал, и его запасы в наших недрах оказались черезчур ископаемыми. Да и повышенная чувствительность к соотношению мощность-индуктивность дросселя деюла ее узконаправленной. Хотя. Встраивал ее народ в электрокотлы, электроплиты. Это март 2010 года.

Дальше стал вопрос: либо снижать габариты, либо удешевлять производство. В сентябре 2010 родилась еще одна идея. А зачем вообще синхронизировать это все с сетью? Разработки пошли в двух направлениях: увеличение частоты или использование доступных материалов. Схемы обоих устройств одинаковые, различия только в рабочей частоте, моточных данных и номиналами некоторых элементов. Именно эти два варианта и легли в основу данного документа. А в ноябре 2010 года, один из наших покупателей предложил еще и защиту от перегрузок по току и превышения выходного напряжения.

Читайте также:  Что нужно учитывать, когда делаешь ремонт квартир самостоятельно

Солнечные батареи — основа домашней энергосистемы

В статье рассматривается современная система резервного питания для дома на основе аккумуляторов и солнечных батарей. Решение замечательно тем, что позволяет не только экономить электроэнергию, но и стать менее зависимым от городской электросети. К тому же такая генерация более технологична, бесшумна и экологична. Но прежде, чем приступить к выбору и подключению энергосистемы на солнечных батареях, рассмотрим некоторые принципиальные вопросы.

Философия выбора

Также, как и с выбором стабилизатора, нужно честно задать себе вопрос: «Зачем устанавливать солнечные батареи и аккумуляторы с инвертором?» Именно от ответа будет зависеть и комплектность системы и ее цена.

Можно выделить три основных случая.

1. Аварийный резерв.

При кратковременном пропадании напряжения в городской сети нужно обеспечить работу жизненно важных приборов в доме — отопление, связь, освещение, холодильник. Все остальные приборы по возможности не использовать. Предполагается, что авария — явление редкое и непродолжительное.

В этом случае конфигурация системы с солнечным инвертором и аккумуляторами будет минимальной. Солнечные батареи можно вообще не ставить, а пользоваться только аккумуляторами, которые будут подзаряжаться от уличной сети.

2. Экономия электроэнергии.

Если планируется использовать солнечную энергию в целях экономии, то нужно наращивать мощность системы, выбирая такой режим работы инвертора, когда

энергия солнца «подмешивается» к той, которую мы оплачиваем по счетчику. Либо некоторые линии в доме питаются постоянно только от солнечных батарей.

Тем самым экономится электроэнергия, получаемая из города, при неизменном потреблении всего дома. В этом случае уже можно говорить об окупаемости системы. Разумеется, чем больше мощность солнечных батарей и емкость аккумуляторов, тем быстрее возвратность вложений.

Подобный вариант включает в себя и аварийное электропитание, т.е. первый случай.

3. Полная замена.

Предполагает полный отказ от городской электросети. Она (если есть) будет нужна лишь для аварийного резервирования системы на солнечных батареях, в случае выхода последней из строя. Такая конфигурация системы будет иметь максимальную мощность и стоимость.

В этом случае желательно также иметь и генератор, который понадобится в случае недостаточной энергии от источника. Это может происходить, например, зимой, когда активность солнца минимальна. Генератор послужит для зарядки аккумуляторов и резервного питания важной нагрузки.

Получение электроэнергии из солнечных батарей

Теперь рассмотрим, как выглядит конфигурация системы на солнечных батареях для дома. Энергия солнца в солнечных батареях преобразуется в электрическое напряжение постоянного тока. Очевидно, что напрямую солнечную батарею к домашней электросети подключить нельзя, поскольку там должно действовать напряжение 220 (230) вольт переменного тока частотой 50 Гц. Для преобразования постоянного напряжения нужен инвертор (преобразователь), на выходе которого будут те самые стандартные 220 В.

Стандартная конфигурация системы на солнечных батареях содержит инвертор, аккумуляторные батареи, электрощит с автоматическими выключателями и, собственно, солнечные батареи.

Но солнечная энергия достаточной интенсивности действует далеко не всегда. Часто происходит и так, что период активности солнца не совпадает с периодом, когда необходима электроэнергия.

Другими словами, солнечную энергию нужно накопить, а только потом преобразовывать. Для накопления солнечной энергии используют аккумуляторы, которые потом в нужный момент отдают электроэнергию через инвертор в нагрузку.

Управляет всем этим процессом инвертор для солнечных батарей (рис. 1), который по совместительству является контроллером сетевого напряжения и заряда аккумуляторов. Он направляет энергию солнечных батарей для зарядки аккумуляторов, а затем, когда это нужно, запасенную в аккумуляторах электроэнергию преобразует в напряжение 220 В 50 Гц и отдает в нагрузку. Когда аккумуляторы разряжены, напряжение с улицы есть, а солнца нет, они заряжаются от городской сети.

Когда с улицы поступает нормальное напряжение, солнечный инвертор, в зависимости от настроек, может работать в режиме «Байпас», то есть пропускает ток со своего входа на выход без преобразований.

Фактически, инвертор с аккумуляторными и солнечными батареями может быть частью системы бесперебойного питания (пример — ИБП на стационарных компьютерах). С той лишь разницей, что там энергия берется (и запасается) только от городской электросети, а в солнечных инверторах — приоритетно от солнечных батарей.

Предварительный расчет мощности и конфигурация системы

Прежде, чем покупать и устанавливать солнечный инвертор, нужно потратить время на анализ существующей электрической системы дома. Определиться с максимальной и средней потребляемой мощностью, пусковыми токами, системой заземления. Ведь мощность — это основной параметр системы. А выбор мощности зависит от нескольких факторов.

Мощность инвертора должна быть выбрана из реальной нагрузки и из цели, ради которой устанавливается система. Применительно к трем случаям использования, рассмотренным выше, мощность можно выбрать так.

  1. Аварийный резерв: мощность может быть минимальной (1-2 кВт), достаточной для питания только жизненно важной нагрузки.
  2. Экономия электроэнергии: мощность зависит от степени экономии, и выбирается сравнимой со средней мощностью, которую потребляет дом (4-6 кВт).
  3. Полная замена: мощность должна быть больше, чем мощность всех приборов в доме, плюс запас на пусковые токи и на возможное увеличение количества приборов (не менее 10 кВт).
Читайте также:  Устройство для автоматического поворачивания лотка в инкубаторе

Для получения большей мощности инверторы подключаются параллельно. Для этого нужно дополнительно применить платы коммуникации (параллельной работы), чтобы инверторы могли работать правильно. При этом мощности двух инверторов складываются.

Логично, что мощность и эффективность всей системы зависит не только от инвертора, но и от аккумуляторных батарей. К инверторам разной мощности подключаются АКБ нужного напряжения и емкости. Рекомендации по выбору и подключению АКБ содержатся в инструкции к вобранной модели инвертора.

Итак, мы разобрали, что мощностью инвертора будет определяться мощность всей системы. Но тут не все так однозначно, и стоит учесть еще некоторые факторы.

Реальная нагрузка. Вся нагрузка сразу никогда не включается, и нужно провести тщательный анализ потребления в течение некоторого времени (порядка суток). Также, необходимо на некоторое время включить всю возможную нагрузку в доме. Для измерений можно воспользоваться токовыми клещами, модульным амперметром или анализатором качества напряжения. Например, HIOKI3197.

Байпас. В режиме «Байпас» инвертор фактически не работает, и пропускает через себя всю мощность домашней сети. Однако, нужно учитывать, что в некоторых моделях инверторов мощность при байпасе и при преобразовании одинакова.

Перегрузка. Некоторые домашние электроприборы работают кратковременно. Например, чайник, СВЧ-печь или фен включаются на 2-3 минуты. Другие приборы, имеющие электродвигатели, обладают пусковыми токами, которые могут значительно превышать номинальные и длиться несколько секунд.

Эти факторы обычно учитываются в инверторах, и они могут держать перегрузку в 2-3 раза в течение нескольких секунд, а перегрузку в 1,5 раза — несколько минут. Значения эти — ориентировочные, но нужно обязательно обратить на них внимание при выборе модели инвертора.

Приоритеты. Данный пункт касается случаев применения инверторов для аварийного и резервного питания. Чтобы определиться с оптимальной мощностью, необходимо решить, какие приборы нуждаются в бесперебойном питании, а какие могут «потерпеть» в случае перебоев в уличном электроснабжении. Поэтому будет разумно через солнечный инвертор подключать не все электроприборы, а только самые важные. Например, газовый котел, розетки кухни (включая холодильник), освещение.

А очень мощные и не столь необходимые приборы подключать напрямую, минуя инвертор. Это могут быть бойлер, проточный водонагреватель, и т.п. Скорее всего, для реализации такого варианта потребуется изменить схему подключения нагрузочных линий в электрощитке. Учет всех этих факторов поможет правильно выбрать инвертор для дома и разумно сэкономить.

Пример монтажа однофазного инвертора

Сначала рассмотрим на практике однофазную систему, а потом перейдем к трехфазной.

Внешний вид солнечного инвертора может быть таким, как на рис. 1. Его мощность в данном случае — 5 кВА, есть модели и на другие мощности.

Рис. 1. Инвертор для солнечных батарей Ecovolt

На рис. 2 показано, как устроен интерфейс инвертора со всеми входами, выходами и органами управления.

Рис. 2. Солнечный однофазный аккумуляторный инвертор для дома. Клеммы для подключения

Подключение аккумуляторных батарей обязательно производится через автоматический выключатель. Это необходимо в целях безопасности при перегрузках и коротких замыканиях. Подключение к электрощитку — через кабель нужного сечения, учитывая максимальный ток и падение напряжения.

Важное замечание! В отличие от стабилизаторов, входная и выходная нейтрали инвертора гальванически развязаны. Если их соединить, инвертор работать не будет!

Иногда, чтобы установить инвертор, приходится приводить в порядок домашнюю проводку, чтобы она соответствовала системе заземление TN-C-S.

Энергосистема, установленная под лестницей, может выглядеть как на рис. 3.

Рис. 3. Монтаж энергосистемы для дома на солнечном инверторе Ecovolt

Используются 4 АКБ, каждая напряжением 12 В и емкостью 200 А·ч. После подключения необходимо настроить инвертор согласно инструкции. Вот как выглядит экран Ecovolt при нормальной работе — рис. 4.

Рис. 4. Работа солнечного инвертора Ecovolt. Нагрузка питается с улицы через байпас, одновременно идет заряд батареи

При различных режимах работы и при настройках на экране отображается информативная картинка, которая будет понятна неподготовленному пользователю.

Например, вот что будет на экране, если пропадает напряжение с улицы — рис. 5.

Рис. 5. Работа инвертора с аккумуляторными батареями

В данном случае, как и при работе от солнечных батарей, солнечный инвертор выдает стабильное синусоидальное напряжение 230 В, как и положено по стандарту.

Трехфазная система на инверторе с солнечными батареями

Не будем вдаваться в подробности, а приведем лишь пару фото с монтажа солнечных инверторов трехфазной энергосистемы.

Схема подключений такая — рис. 6.

Рис. 6. Три фазы — процесс монтажа солнечных инверторов

Здесь применяются три инвертора Ecovolt, каждый на свою фазу. Для связи в них установлены платы параллельной работы, которые подключены через кабели параллельного интерфейса. В итоге трехфазная энергосистема имеет следующий вид — рис. 7.

Для всех подключений нужен еще один щиток (на рис. 7 справа), куда приходят напряжения с улицы на инверторы, с инверторов на дом, от солнечных батарей и от аккумуляторов.

Читайте также:  Теплица в земле без отопления

Рис. 7. Трехфазная энергосистема для дома

Для повышения надежности системы нужен перекидной рубильник (на рис. 7 справа от щитка), это позволит при аварии (у любого электронного устройства есть право на поломку) подать напряжение на дом напрямую с улицы. Основной домашний электрощит на фото не присутствует.

Солнечные батареи в данной конфигурации подключаются к одному из инверторов, который будет главным. Он будет контролировать заряд аккумуляторов от солнечных батарей.

Смонтированный на крыше комплект солнечных батарей показан в самом начале статьи. Это одна половина, другая — на другом скате. Всего в данном случае — 12 солнечных батарей по 24 Вольта, мощностью 260 Вт. Каждая такая половина содержит три последовательно соединенных батареи, эти тройки соединены параллельно. В результате теоретически 12 батарей дадут 3100 Вт. Но это, если на все из них перпендикулярно падают солнечные лучи, чего никак не может быть.

Заключение

Тема очень обширная, все охватить в рамках одной публикации достаточно сложно. Тем не менее, ответить на вопрос о стоимости такой системы можно. Она зависит от марки и производителя, число которых с каждым днем становится все больше. Также на цену существенно влияет конфигурация, о чем написано выше.

Вот как будет выглядеть порядок цен для трех случаев:

  1. Аварийный резерв — до 100 тыс. руб.
  2. Экономия — несколько сот тысяч рублей.
  3. Полная замена (10 кВт) — около 1 млн руб.

Что же, когда-то и сотовые телефоны стоили громадных денег, а сейчас есть у каждого.

Частотный преобразователь экономия электроэнергии. Пример расчета.

  • Post author:Gekoms LLC
  • Запись опубликована: 13.09.2020
  • Запись изменена: 15.02.2021
  • Post category:Инжиниринг
  • Post comments:0 комментариев

Частотный преобразователь экономия электроэнергии. Пример расчета.

Содержание

Неоптимальные режимы работы электропривода

Потребление электроэнергии в России составляет более 1000 миллиардов киловатт-часов в год. Порядка 70% расходуется на электропривод. Из них до 60% расходуется на вентиляторы и насосы. Большая часть вентиляторов и насосов работает в неоптимальных с точки зрения расходования ресурсов режимах. В среднем потребление энергии в этом случае можно сократить на треть. Таким образом, потенциал для экономии может составить более 60 миллиардов киловатт-часов в год. Учитывая, что стоимость электроэнергии составляет от 1 до 6 рублей в зависимости от ценовой категории, уровня напряжения и максимальной мощности, можно оценить экономию на электроэнергии только на насосах и вентиляторах на уровне 100 – 200 млрд. рублей в год в масштабах России.

Неоптимальность режима работы заключается в том, что мощность вентиляторов и насосов превышает необходимую. Иногда насосы не отключаются даже тогда, когда они по сути дела не нужны. Например, давление и производительность насоса при проектировании были рассчитаны с запасом. Запас может находиться в пределах от 20 до 200 и более процентов. Часто при изменении расхода рабочего тела двигатель работает на максимальной мощности, а для поддержания нормального давления используют заслонки и т.п. Для некоторых видов насосов, особенно мощностью более мегаватта, запуск и останов прямым пуском значительно снижает их ресурс, поэтому их просто не отключают. Возможны другие ситуации неоптимального режима работы приводов.

Оптимизация режимов работы

Одним из способов оптимизации режима работы насосов и вентиляторов является изменение скорости вращения рабочего колеса. Существует много способов изменения скорости вращения: использование редукторов с переменным передаточным отношением, использование гидромуфт, изменение частоты вращения с помощью частотного преобразователя. При проектировании установки с учётом всех её особенностей может быть обоснован любой из этих вариантов. Однако при модернизации существующих установок, наиболее актуальным является изменение частоты вращения привода. В этом случае механическая часть не затрагивается.

Наиболее распространённым видом электроприводов является двигатели переменного тока. В большинстве случаев, это трёхфазный асинхронный двигатель переменного тока с короткозамкнутым ротором.

Основные преимущества двигателя переменного тока:

  • Простота изготовления;
  • Дешевизна;
  • Высокая надёжность;
  • Низкие эксплуатационные затраты;
  • Возможность прямого включения в электрическую сеть.

Плата за достоинства – недостатки:

  • Небольшой пусковой момент;
  • Значительный пусковой ток;
  • Низкий коэффициент мощности (для маломощных двигателей);
  • Фиксированная скорость вращения (в номинальном режиме);
  • Сильная (квадратичная) зависимость момента от напряжения сети.

Для преодоления недостатков были разработаны различные модификации двигателей переменного тока:

  • Двигатели с фазным ротором;
  • Двигатели с изменяемым количеством полюсов; и т.п.

Однако все улучшения приводят к усложнению конструкции двигателя, снижению КПД и удорожанию.

Регулировка скорости вращения двигателя

Скорость вращения ротора двигателя переменного тока можно менять с помощью:

  • Изменения частоты питающего напряжения;
  • Переключения полюсов в двигателях соответствующей конструкции;
  • Изменения силы питающего тока (в очень узких пределах);
  • Используя специфически двигатели, например Штаге-Рихтера.

В широких пределах регулируется скорость двигателей постоянного тока, но они редко используются из-за дороговизны изготовления и обслуживания. На сегодня, развитие электронных преобразователей сделало наиболее экономически эффективным способом регулирования частоты вращения ротора двигателя использование преобразователей частоты питающего напряжения (ПЧ). Особенно когда речь идёт о регулировании частоты вращения в уже существующей установке.

Основные преимущества ПЧ:

  • Регулирование частоты вращения в широких пределах — от нуля до предела механической стойкости установки;
  • Возможность плавного старта и останова двигателя;
  • Уменьшение ударных токовых нагрузок во время старта и останова двигателя;
  • Простое включение в контур автоматического регулирования;
  • Высокий коэффициент мощности.
Читайте также:  Шторы в гостиную: способы декорирования и соответствие интерьеру

Основные недостатки ПЧ:

  • Высокая стоимость;
  • Потери энергии 2-10%;
  • Наличие большого количества гармонических составляющих как в токе двигателя, так и в потребляемом от сети токе;
  • Излучение электромагнитных помех;
  • Необходимость поддержания температурного режима;
  • Необходимость проведения периодического обслуживания ПЧ.

Исходя из наличия недостатков, само по себе использование ПЧ не гарантирует положительного экономического эффекта. Мало того, бездумное использование ПЧ может принести убытки.

Факторы влияющие на экономический эффект

Наиболее очевидный экономический эффект при использовании преобразователей частоты может быть достигнут за счёт экономии электроэнергии. Но не стоит так же забывать о других факторах экономии:

  • Плавный старт позволяет снизить механические пусковые нагрузки. Это прямой выход на уменьшение износа и увеличение срока службы оборудования;
  • Плавный старт и останов насосов позволяет устранить гидроудары в системе;
  • Более низкая частота вращения двигателя приводит к увеличению ресурса установки. Снижается шумность;
  • Отсутствие 4-8 кратных пусковых токов при старте позволяет снизить установленную (максимальную) мощность, упростить систему защиты от перегрузок и короткого замыкания;
  • Включение насоса в контур автоматического регулирования позволяет поддерживать заданные параметры давления расхода и др. без участия оператора или дистанционно;
  • Точное поддержание давления в системе позволяет снизить максимальное давление в трубопроводах, а значит, и уменьшить вероятность их разрывов. Снижение давления даёт дополнительную экономию энергии и снижение потерь на утечки;

Все эти факторы сильно зависят от конкретной насосной или вентиляторной установки. Экономический эффект должен рассчитываться индивидуально для каждой установки. Замена электрических двигателей на новые, с более высоким КПД, может принести положительный экономический эффект. Даже при изменении КПД на 1-2% замена может окупиться за несколько лет. Особенно актуально проводить расчёты энергосбережения при установке новых двигателей.

Приближенный расчёт экономии энергии можно выполнить зная параметры электрического двигателя, насоса и требуемые выходные параметры:

  • давление,
  • расход.

Расчёт экономического эффекта от других факторов затруднён, так как зависит от конкретной насосной или вентиляторной установки. Но эффект от прочих факторов в некоторых случаях может превысить эффект от экономии энергии. Иногда, в случае ошибок при проектировании, или внесении изменений в систему после проектирования, рабочая точка насоса может оказаться так далеко от оптимальной, что экономически целесообразной окажется полная замена насосной установки.

Способы расчета

Наиболее точные расчёты производительности насоса и давления на выходе и потребляемой мощности можно получить используя характеристические кривые насоса. Однако не всегда они приводятся для разных скоростей вращения ротора. Обычно данные есть для одного или двух значений частоты вращения, но даже имея графики для одной частоты вращения ротора можно пересчитать их для других скоростей вращения. Во-первых, нужно по необходимой производительности насоса и давлению на выходе определить по графикам насколько далека рабочая точка от точки максимального КПД. Если входные параметры меняются во времени, нужно сделать несколько оценок. Если рабочая точка всегда находится вблизи точки с максимальным КПД (снижение КПД менее 10%), частотное регулирование не даст экономии электроэнергии. В случае если и другие факторы экономии окажутся незначительными, применение ПЧ принесёт убыток от затрат на приобретение и эксплуатацию. Но чаще всего параметры производительности рассчитаны с запасом от максимального расхода в системе, а максимальный расход достигается в течение одного-двух часов в сутки.

Если посмотреть по характеристическим кривым, то КПД насоса может падать до 20-30% от максимального. Давление на выходе центробежного насоса или не регулируется вообще или поддерживается с помощью рециркуляции (часть жидкости сбрасывается обратно) или дросселированием (поток регулируется регулируемой заслонкой). В зависимости от способа регулирования рабочая точка насоса по-разному смещается по семейству характеристических кривых. Самые неудачные варианты это отсутствие регулирования и рециркуляция, они приводят к максимальному расходу энергии и повышенному давлению в системе. При дросселировании удаётся несколько снизить потребляемую мощность в случае снижения производительности. Графики потребления электроэнергии в зависимости от расхода жидкости для различных способов регулирования при постоянном давлении на выходе приведены на рисунке 1.

График потребления энергии при частотном регулировании имеет две особенности: во-первых при малых расходах он «отклоняется вверх» из-за неустойчивости режима работы насоса при малых расходах; во-вторых при максимальном расходе жидкости сказывается КПД частотного преобразователя, и потребление энергии становится больше, чем при прочих способах регулирования.

При расчётах центробежных насосов можно принять следующие зависимости:

  • Производительность (расход) прямо пропорциональна скорости вращения ротора;
  • Давление прямо пропорционально квадрату скорости вращения ротора;
  • Потребляемая мощность пропорциональна кубу скорости вращения ротора;

При дросселировании расход уменьшается, но давление на выходе насоса растёт, поэтому потребляемая мощность слабо уменьшается при уменьшении расхода. Изменение потребляемой мощности можно оценить по характеристическим кривым или используя эмпирическую формулу.

Помимо непосредственно экономии энергии нужно учесть и увеличение затрат:

  • КПД ПЧ с учётом затрат на охлаждение принять 90%;
  • Внедрение ПЧ потребует капитальных затрат, которые окупаются не сразу. Поэтому для оценки экономического эффекта необходимо учитывать ставку дисконтирования по принятой на предприятии методике, обычно речь идёт о 10-30% в год.
Читайте также:  Стеклянные фасады домов: фото впечатляющего особняка от канадских архитекторов

Подход к расчёту энергетической эффективности вентиляторов во многом соответствует расчёту центробежного насоса.

Пример расчёта экономии электроэнергии

В качестве примера рассмотрим реальную насосную состоящую из 4 насосов. В своё время станция проектировалась с перспективой роста, но до сих пор работает в режиме с одним работающим насосом. Для уравнивания наработки моточасов по агрегатам, раз в месяц происходит переключение на следующий насос. Регулирование давления на выходе станции обеспечивается заслонкой, то есть дросселированием.

  • Марка насоса 300Д90А;
  • Производительность насоса Qopt=1250, м3/час;
  • Напор Нopt=54, м (водяного столба);
  • Марка электродвигателя АИР355 C4У3;
  • Механическая мощность P=250, кВт;
  • Частота вращения n=1490, 1/мин;
  • Напряжение питания U=380, В;
  • Ток двигателя I=437, А;
  • Давление на выходе насосной станции pвых=2,3 кГс/см2;
  • Давление на входе насоса pвх=0,3 кГс/см2;
  • Расход воды в месяц Vмес=330000 м3;
  • Тип регулирования – дросселирование.

На рисунке 2 приведены характеристические кривые и положение оптимальной рабочей точки при различной скорости вращения ротора для близкого по параметрам насоса 300D70 [2].

При регулировании рециркуляцией, насос работает в режиме близком к оптимальному при максимальной (оптимальной) производительности не зависимо от потока воды. Потребление механической энергии равно номинальной мощности двигателя, потребление электрической энергии будет таким же, но с учётом КПД двигателя и cos(ϕ). Потребление энергии можно рассчитать из паспортных данных.

При регулировании дросселированием, рабочая точка насоса сдвигается в область более высокого давления и меньшего расхода, потребление энергии снижается, но КПД насоса резко падает. Оценить снижение потребления энергии можно по графикам характеристических кривых насоса или по приближенной формуле:

Рассчитаем частоту вращения ротора насоса исходя из условий снижения производительности и напора:

Самый экономичный способ управления двигателями – преобразователь частоты

В промышленности свыше 60% электроэнергии потребляется асинхронными электроприводами – в насосных, компрессорных, вентиляционных и других установках. Это наиболее простой, а потому дешевый и надежный тип двигателя.

Технологический процесс различных производств в промышленности требует гибкого изменения частоты вращения каких-либо исполнительных механизмов. Благодаря бурному развитию электронной и вычислительной техники, а также стремлению снизить потери электроэнергии появились устройства для экономного управления электродвигателями различного типа. В этой статье как раз и поговорим о том, как обеспечить максимально эффективное управление электроприводом. Работая в компании «Первый инженер» (группа компаний ЛАНИТ), я вижу, что наши заказчики всё больше внимания уделяют энергоэффективности

Большая часть электрической энергии, потребляемой производственными и технологическими установками, используется для выполнения какой-либо механической работы. Для приведения в движение рабочих органов различных производственных и технологических механизмов преимущественно используются асинхронные электрические двигатели с короткозамкнутым ротором (в дальнейшем именно о данном типе электродвигателя и будем вести повествование). Сам электродвигатель, его система управления и механическое устройство, передающее движение от вала двигателя к производственному механизму, образуют систему электрического привода.

Наличие минимальных потерь электроэнергии в обмотках за счет регулирования частоты вращения двигателя, возможность плавного пуска за счет равномерного увеличения частоты и напряжения — это основные постулаты эффективного управления электродвигателями.

Ведь ранее существовали и до сих пор существуют такие способы управления двигателем, как:

  • реостатное регулирование частоты путем введения дополнительных активных сопротивлений в цепи обмоток двигателя, последовательно закорачиваемых контакторами;
  • изменение напряжения на зажимах статора, при этом частота такого напряжения постоянна и равна частоте промышленной сети переменного тока;
  • ступенчатое регулирование путем изменения числа пар полюсов статорной обмотки.

Но эти и другие способы регулирования частоты несут с собой главный недостаток — значительные потери электрической энергии, а ступенчатое регулирование по определению является недостаточно гибким способом.

Потери неизбежны?

Остановимся более подробно на электрических потерях, возникающих в асинхронном электродвигателе.

Работа электрического привода характеризуется целым рядом электрических и механических величин.

К электрическим величинам относятся:

  • напряжение сети,
  • ток электродвигателя,
  • магнитный поток,
  • электродвижущая сила (ЭДС).

Основными механическими величинами являются:

  • частота вращения n (об/мин),
  • вращающийся момент M (Н•м) двигателя,
  • механическая мощность электродвигателя P (Вт), определяемая произведением момента на частоту вращения: P=(M•n)/(9,55).

Для обозначения скорости вращательного движения наряду с частотой вращения n используется и другая известная из физики величина — угловая скорость ω, которая выражается в радианах за секунду (рад/с). Между угловой скоростью ω и частотой вращения n существует следующая связь:

при учете которой формула приобретает вид:

Зависимость вращающего момента двигателя M от частоты вращения его ротора n называется механической характеристикой электродвигателя. Отметим, что при работе асинхронной машины со статора на ротор передается через воздушный зазор с помощью электромагнитного поля так называемая электромагнитная мощность:

Часть этой мощности передается на вал ротора в виде механической мощности согласно выражению (2), а остальная часть выделяется в виде потерь в активных сопротивлениях всех трех фаз роторной цепи.

Эти потери, называемые электрическими, равны:

Таким образом, электрические потери определяются квадратом тока, проходящего по обмоткам.

Они в сильной степени определяются нагрузкой асинхронного двигателя. Все другие виды потерь, кроме электрических, изменяются с нагрузкой менее существенно.

Поэтому рассмотрим, как изменяются электрические потери асинхронного двигателя при регулировании частоты вращения.

Электрические потери непосредственно в обмотке ротора электродвигателя выделяются в виде тепла внутри машины и потому определяют ее нагрев. Очевидно, чем больше электрические потери в цепи ротора, тем меньше КПД двигателя, тем менее экономична его работа.

Читайте также:  Что лучше – окна Veka или Rehau?

Учитывая, что потери в статоре примерно пропорциональны потерям в роторе, еще более понятно стремление уменьшить электрические потери в роторе. Тот способ регулирования частоты вращения двигателя является экономичным, при котором электрические потери в роторе относительно невелики.

Из анализа выражений следует, что самый экономичный способ управления двигателями заключается в частоте вращения ротора, близкой к синхронной.

Частотно-регулируемые приводы

В обиход различных сфер промышленности, которые используют насосное, вентиляционное оборудование, конвейерные установки, объекты генерации (ТЭЦ, ГРЭС и т.п.) и др. вошли такие установки, как частотно-регулируемые приводы (ЧРП), также называемые преобразователями частоты (ПЧ). Данные установки и позволяют изменять частоту и амплитуду трехфазного напряжения, поступающего на электродвигатель, за счет чего и достигается гибкое изменение режимов работы управляющих механизмов.

Высоковольтный частотно-регулируемый привод

Конструктив ЧРП

Приведем краткое описание существующих преобразователей частоты.

Конструктивно преобразователь состоит из функционально связанных блоков: блока входного трансформатора (шкаф трансформатора); многоуровневого инвертора (шкаф инвертора) и системы управления и защит с блоком ввода и отображения информации (шкаф управления и защит).

В шкафу входного трансформатора производится передача энергии от трехфазного источника питания входным многообмоточным трансформатором, который распределяет пониженное напряжение на многоуровневый инвертор.

Многоуровневый инвертор состоит из унифицированных ячеек – преобразователей. Количество ячеек определяется конкретным конструктивом и заводом-изготовителем. Каждая ячейка оснащена выпрямителем и фильтром звена постоянного тока с мостовым инвертором напряжения на современных IGBT транзисторах (биполярный транзистор с изолированным затвором). Первоначально выпрямляется входной переменный ток, а затем с помощью полупроводникового инвертора преобразуется в переменный ток с регулируемой частотой и напряжением.

Полученные источники управляемого переменного напряжения соединяются последовательно в звенья, формируя фазу напряжения. Построение выходной трехфазной системы питания асинхронного двигателя производится включением звеньев по схеме «ЗВЕЗДА».

Система управления защиты располагается в шкафу управления и защиты и представлена многофункциональным микропроцессорным блоком с системой питания от источника собственных нужд преобразователя, устройством ввода-вывода информации и первичными сенсорами электрических режимов работы преобразователя.

Потенциал экономии: считаем вместе

На основании данных, предоставленных компанией Mitsubishi Electric, оценим потенциал энергосбережения при внедрении преобразователей частоты.

Вначале посмотрим, как меняется мощность при различных режимах регулирования двигателя:

А теперь приведем пример расчета.

КПД электродвигателя: 96,5%;
КПД частотно-регулируемого привода: 97%;
Мощность на валу вентилятора при номинальном объеме: 1100 кВт;
Характеристика вентилятора: H=1,4 о.е. при Q=0;
Полное рабочее время за год: 8000 ч.

Режимы работы вентилятора согласно графику:

Из графика получаем следующие данные:

100% расхода воздуха – 20% времени работы за год;
70% расхода воздуха – 50% времени работы за год;
50% расхода воздуха – 30% времени работы за год.

Экономия между работой под номинальной нагрузкой и работой с возможностью регулирования скорости вращения двигателя (работа совместно с ЧРП) равна:

7 446 400 кВт*ч/год — 3 846 400 кВт*ч/год= 3 600 000 кВт*ч/год

Учтем тариф на электроэнергию равным — 1 кВт*ч / 5,5 руб. Стоит отметить, что стоимость взята по первой ценовой категории и усредненному значению для одного из промышленных предприятий Приморского края за 2019 г.

Получим экономию в денежном выражении:

3 600 000 кВт*ч/год*5,5 руб/кВт*ч= 19 800 000 руб/год

Практика реализации подобных проектов позволяет с учетом затрат на эксплуатацию и ремонты, а также стоимости самих преобразователей частоты добиться срока окупаемости в 3 года.

Как показывают цифры, в экономической целесообразности внедрения ЧРП сомневаться не приходится. Однако одной экономикой эффект от их внедрения не ограничивается. ЧРП осуществляют плавный пуск двигателя, значительно уменьшая его износ, но об этом я расскажу в следующий раз.

Выбор и монтаж электрического котла для отопления частного дома

Многие хозяева, обустраивая отопительную систему, в первую очередь задумываются над выбором необходимого оборудования. Оно должно обеспечивать высокую безопасность, надежность, долговечность, бесшумность и удобство отопления. Особое внимание стоит обратить на электрокотлы для отопления дома, их разнообразие и возможности впечатлят и запутают любого.

  • 1 Выбор электрического котела
  • 2 Электродный
  • 3 Котел на тэнах
  • 4 Индукционный
  • 5 Комбинированные электрические котлы
  • 6 Установка и подключение своими руками
  • 7 Рассчитываем мощность

Если сравнивать электрические котлы и установки, работающие на традиционных видах топлива, стоит отметить следующее преимущества первых:

  • Они являются прекрасным резервным источником отопления
  • Простая установка оборудования и дальнейшее обслуживание
  • Нет необходимости обустраивать дымоходную трубу
  • Максимальный уровень надежности и безопасности
  • Работоспособность не зависит от традиционных видов топлива (жидкое, пеллеты, газ и т. д.)
  • Нет необходимости отводить отдельное помещение под электрический котел, расположив его в любом удобном месте
  • Современное оборудование способно отопить площади до 600 м. кв.

Выбор электрического котела

Выбирая электрический котел, следует рассмотреть одну из 3-х моделей:

  1. Электродную
  2. На тэнах
  3. Индукционную

Ниже представленна таблица средних цен, что бы вы понимали на какие суммы следует орентироваться

Электродный

Рассматривая отношение качество/цена, наиболее выгодно будут смотреться электродные варианты. Основной принцип работы базируется на электропроводности жидких сред. Это позволяет добиться существенной экономии и высокой эффективности нагрева.

Чтобы преодолеть ограничения по мощности, можно монтировать оборудование каскадом. КПД электродных моделей достигает 95%. Однако, несмотря на все положительные стороны, выделим ряд недостатков:

  • Электроды нуждаются в ежегодной очистке от накипи или замене
  • Значительно падает КПД при использовании дистиллированной воды
  • Чтобы не допустить поражения током, необходимо безупречно заземлить корпус
Читайте также:  Штокроза (65 фото): описание многолетних сортов цветка. В чем различия с мальвой? Как вырастить штокрозу розовую в саду? Болезни и вредители

Котел на тэнах

Наиболее известным считается электрокотел для отопления дома, работающий на тэнах. Человек с инженерным образованием может самостоятельно собрать подобное оборудование.

Современные модели, оснащенные автоматикой, позволяют сделать отопительную систему независимой от человека. Оборудование крайне просто монтируется, а многообразие моделей в различном ценовом диапазоне позволяет выбрать наиболее подходящую среди них.

Среди отрицательных сторон следует назвать:

  • Сравнительно невысокий уровень КПД – до 80%
  • Даже минимальная накипь (около 2 мм) снижает производительность более чем на 25%

Индукционный

Работа индукционных моделей основывается на физическом явлении «индукция», которое происходит во взаимодействующих между собой катушках. Они по праву занимают лидирующие позиции на рынках.

Если говорить о преимуществах, следует отметить:

  • Очень высокий КПД, достигающий 99% — таким образом вся электроэнергия, за которую приходится платить, преобразуется в тепло
  • Экономичны и эффективны при взаимодействии с системами теплый пол
  • Могут одновременно использоваться для ГВС (горячее водоснабжение)

Единственным недостатком может стать стоимость подобного оборудования. Оно легко устанавливается, но в случае поломки требует ремонта профессиональным мастером.

Комбинированные электрические котлы

Электроснабжение бывает непостоянным. В зимний период во многих регионах ведется двух тарифная оплата, по причине которой использовать исключительно электрокотлы для отопления дома становится экономически нецелесообразно. На помощь приходят комбинированные модели:

  • Электро-дровяные
  • Электро-твердотельные

Наибольшее распространение получили электро-дровяные модели, которые объединяют в себе классическую топку и тэны. Они могут иметь различные модификации, но все имеют простой и понятный принцип функционирования.

Электро-твердотельные котлы очень похожи на электро-дровяные. Однако они могут работать на любом твердотельном топливе. Большое количество альтернативных вариантов отопления делает систему более гибкой и практичной. Однако за все преимущества необходимо платить, поэтому стоимость подобного оборудование значительно выше.

Среди многочисленных плюсов комбинированных котлов отмечают:

  • Наличие двух объединенных источников тепла, хозяин дома в праве самостоятельно решать, каким воспользоваться
  • Экономичность
  • Простая эксплуатация
  • Адекватная стоимость оборудования

Установка и подключение своими руками

Прежде чем приступить к установке оборудования, необходимо ознакомиться с его конструкционными особенностями. Как правило, это настенные одноконтурные модели, не имеющие отдельной емкости для обеспечения горячего водоснабжения. В таких случаях дополнительно монтируют водонагреватель проточного или емкостного типа.

Подробно следует ознакомиться с прилагаемой к оборудованию документацией и учесть ряд общих правил:

  1. Оборудование должно располагаться в зоне доступности, по бокам необходимо оставить пространство для проведения техобслуживания или ремонта
  2. Перед монтажом навесного оборудования следует убедиться, что поверхность стены выдержит оказываемую нагрузку
  3. Работы должны проводиться преимущественно специалистом. Если такой возможности нет, он должен осмотреть собранную систему перед ее вводом в эксплуатацию

Вводное видео по установке

Основные рабочие этапы

Монтаж электрических котлов гораздо проще, чем работающих на традиционных источниках энергии. Отпадает необходимость в хранении твердого или жидкого топлива, обустройстве дымохода и т. д.

Работа делится на следующие этапы:

  1. Вначале котел навешивается на стеновую поверхность или устанавливается на отведенной площадке (для навесного и напольного оборудования соответственно)
  2. Необходимо убедиться, что установка расположилась на искомом месте без перекосов
  3. Продумывается надежное заземление
  4. Происходит подключение котла и отопительной системы
  5. Пусконаладочные работы

Предлагаемые рынком установки не всегда оснащены бойлером и циркуляционным насосом. В этом случае они монтируются на этапе подключения отопительной системы отдельно.

Под пусконаладочными работами подразумеваются следующие операции: тестирование в различных режимах, удаление попавшего в систему воздуха, проверка герметичности, проверка заземления и т. д.

Другие особенности монтажа

Несмотря на простоту выполняемых работ, установка электрокотлов для отопления дома отличается своими особенностями. Чтоб оборудование не доставляло хлопот, необходимо учитывать определенные правила:

  1. Место монтажа должно подбираться таким образом, чтоб доступ к оборудованию всегда был свободен
  2. Поверхности вокруг должны быть из негорючих материалом и выдерживать оказываемую нагрузку

  • Большинство моделей поддерживают работу от сети 220 В, однако для более мощного оборудования необходимо трехфазное подключение
  • Подключая к электросети, необходимо продумать заземление с использованием медного провода диаметром от 4 мм и установить автоматы требуемых номиналов, УЗО
  • Для электродных моделей рекомендуется укомплектовывать отопительный контур манометром, обратно-предохранительным клапаном и отводчиком воздуха
  • Единственная принципиальная разница между настенным и напольным оборудованием – место установки. Подключение и соединение с трубопроводными магистралями происходит совершенно одинаково.

    Рассчитываем мощность

    Различные инструкции советуют множество методов расчета мощности отопительного оборудования – для электрических котлов не исключение. Однако самый простой способов узнать искомое значения, проверенный многолетними наблюдениями, воспользоваться следующей формулой: W = Wуд * S [кВт]

    1. W – искомое значение мощности отопительного оборудования
    2. S – площадь дома
    3. Wуд – удельная мощность для различных районов страны (северные области – 0.2, южные области – 0.15, центральные области – 0.07)

    Однако на полученное значение влияет немало посторонних факторов. Чтоб не допустить большой погрешности, необходимо учесть дополнительные тепловые потери, умножив на соответствующие коэффициенты:

    • Если кровля не утеплена – 0.25
    • Если стены не утеплены – 0.35
    • Если установлены старые окна или происходит частое проветривание – 0.15
    Читайте также:  Установка вытяжки в частном доме. Правильная вытяжка в частном доме. Установка кухонной вытяжки в частном доме

    Безусловно, электрокотлов для отопления дома набирают широкую востребованность. Они могут использоваться в качестве основного и дополнительного источника тепловой энергии. Однако прежде чем сделать выбор, необходимо решить насколько он будет целесообразным.

    Инструкция по монтажу, обвязке и подключению к сети электрокотла

    Электрокотлы являются самыми простыми в монтаже и подключении, они не требуют организации дымохода и приточно-вытяжной вентиляции, отдельного помещения под котельную. Поскольку стандартные ТЭНовые модели уже содержат все необходимые элементы и узлы (циркуляционный насос, расширительный бак, группу безопасности и т.д.), при организации простой системы отопления, коммуникаций вокруг электрокотла минимум.

    Все эти факторы позволяют имея базовые навыки и знания установить и подключить электрокотел самостоятельно, без привлечения мастеров. Но обратите внимание, что условием предоставления гарантии у большинства производителей является выполнение монтажа специализированной сервисной организацией. Впрочем, простота монтажа положительно влияет и на стоимость работы мастеров.

    Читайте в статье

    Правила и требования к установке

    Все общие требования описаны в ПУЭ (7 издание). Электрические котлы мощностью до 10 кВт не требуют согласования со службами Энергонадзора. Однако если вы хотите установить счетчик, дифферинцирующий потребление электроэнергии по зонам суток, что мы рекомендуем сделать в целях экономии, согласовывать монтаж все же придется. Для котлов мощностью более 6 кВт необходимо трехфазное питание (380 В), 8-12 кВт модели могут работать от однофазной (220 В) сети, но она не обеспечит работу на полной мощности.

    Выбор места установки электрокотла более обширен, чем у газовых или твердотопливных. Электрокотлы могут быть установлены в жилой зоне, например, коридоре, прихожей или на кухне, но учитывайте, что к нему в любом случае нужно тянуть трубопровод, проводку, заземление и прочие коммуникации. В ванной и санузле установка электрокотла запрещена.

    Требования к поверхности монтажа также минимальны, это может быть в том числе и деревянная стена, но в таком случае нужно изолировать место монтажа слоем негорючего материала (базальтовый картон, ксилолитовый лист).

    Защитная огнеупорна плита при монтаже электрического котла на деревянную поверхность.

    Также производители предъявляют требования к пространству вокруг электрокотла, необходимому для обеспечения обслуживания и ремонта. Значения отличаются в зависимости от модели, поэтому перед планированием места монтажа и обвязки необходимо узнать их в инструкции по эксплуатации. Обычно это:

    • от 0,7 м сверху котла;
    • от 0,5 м по бокам (в том числе до трубопровода) и снизу;
    • от 0,7 м перед котлоагрегатом;
    • не менее 3 см между стеной и котлом.

    Например, для известной модели Bosch Tronic Heat 3500 необходимо всего лишь 0,6 м снизу и 0,2 м с других сторон. Любые другие дополнительные требования к монтажу всегда описаны в инструкции по эксплуатации, практически во всех случаях ее можно найти в электронном виде.

    Схемы отопления частного дома с электрокотлом

    Подробная пошаговая инструкция по установке и подключению

    Монтаж электрокотла на стену

    1. Очистите стену от пыли и грязи.
    2. Монтажный набор: навесная монтажная пластина, дюбели и винты, как правило идут в комплекте с котлом.
    3. Сделайте на стене разметку в соответствии с крепежной планкой и просверлите отверстия соответствующего дюбелям диаметра (обычно Ø 10 мм), вставьте дюбели в отверстия.
    4. Подвесьте котел на резьбовые крюки, после чего закрутите винты.

    В зависимости от модели, крепежные элементы могут незначительно отличаться. При монтаже моделей Protherm Скат нужно закрепить монтажную планку, а затем просто подвесить на нее котел. Подробный алгоритм всегда указан в инструкции.

    Организация обвязки

    Для ТЭНовых электрокотлов в моноблочном корпусе, которые уже имеют все необходимые элементы системы достаточно подвести к соответствующим патрубкам подающую и обратную линии. К обратке через кран подпитки необходимо подвести запуск воды в систему.

    Для простых ТЭНовых котлов без циркуляционного насоса и расширительного бака все элементы присоединяются в соответствии с одной из схем, приведенных выше .

    1. Сначала на специальные крепления монтируется гидроколлектор и расширительный бак.
    2. Далее в соответствии со схемой прокладываются разводка труб с установленными на них циркуляционным насосом, фильтром, группой безопасности .

    На схемах обвязки электрокотла изображены не все отсекающие запорные краны, которые желательно устанавливать перед и после каждого элемента обвязки, чтобы в случае неисправности его можно было заменить, не спуская воду со всей системы отопления. Для надежности конструкции закрепляйте раскачивающиеся участки к стене с помощью жгутов. Все резьбовые соединения рекомендуется проводить с использованием уплотняющей ленты.

    Подвод электрической проводки и подключение к ней электрокотла

    Электрические котлы имеют большую мощность и подключать к розетке разрешено лишь маломощные модели до 3,5 кВт, обычно используемые в квартирах. В иных случаях подключение осуществляется исключительно напрямую.

    Подключается котлоагрегат к электрической сети через диффеенциальный автомат защиты или связку УЗО + автоматический выключатель (по 1 выключателю на каждую фазу). Силовой кабель должен иметь достаточное сечение, рассчитать которое можно, например, исходя из мощности электрокотла.

    Так, при электрокотле мощностью 18 кВт (трехфазная сеть) и использовании кабеля с медными жилами, его сечение должно быть 10 мм 2 (согласно ПУЭ допустимая нагрузка до 19 кВт). Обычно точные значения сечения кабеля и номиналы указаны в паспорте электрокотла.

    Сама электрическая схема подключения одинакова для всех электрокотлов, разница лишь в количестве фаз.

    Читайте также:  Что такое мафы. Що таке маф, кіоск і павільйон?

    При подключении к однофазной электросети достаточно подключить фазу к любому из контактов (U, V или W). При подключении электрокотла к трехфазной (380 В) электросети необходимо вытащить перемычку (см. схему) и подключить к каждому из 3-х контактов фазу. Ноль и заземление (N и PE соответственно) в каждом из случаев подключается одинаково.

    Пример блока контактов Protherm Скат, подключение идет к трехфазной электросети.

    Также мы рекомендуем подключать электрокотел через стабилизатор напряжения , поскольку выход из строя автоматики вследствие скачков напряжения в наших условиях – частая проблема.

    Заземление

    Электрические установки большой мощности, к которым относятся и бытовые электрокотлы, требуют качественного заземления с соблюдением всех норм и требований. От корпуса котла должен идти провод необходимого сечения до внутреннего распределительного щита заземления, если оно уже организовано, или напрямую до вкопанных в почву электродов, если заземления в загородном доме нет.

    Наружная часть защиты должна находиться в месте, где гарантированно никого не будет в момент пробоя электросети, но желательно не далее 1 метра от фундамента дома.

    Порядок работ:

    1. Прокопайте лопатой треугольник и подвод к нему глубиной 0,5-0,7 м, длинна сторон треугольника – 1,2 м. На фото – пример траншеи и уже готовой заземляющей конструкции.
    2. Заострите болгаркой и забейте в землю по вершинам треугольника вертикальные заземлители – металлические уголки 50*50 длинной 2,1-2,2 метра. Они лишь немного должны торчать из земли, чтобы в дальнейшем к ним можно было приварить горизонтальные заземляющие пластины.
    3. Образуя стороны треугольника, приварите к вертикальным электродам 3 полоски металла длинной 1,2 м, шириной 4 см и толщиной не менее 4 см.
    4. Приварите к ближайшей вершине треугольника и проведите по траншее к фундаменту дома полосу из нержавеющей стали 4)*4 мм.
    5. Соедините заземляющий провод идущий от распределительного щита или корпуса электрокотла болтовым соединением.
    6. Засыпьте конструкцию землей.

    Пробный запуск котла

    1. Проверьте изоляцию всех проводов, надежность соединительных муфт, кранов и стыков труб.
    2. Запустите воду в систему отопления через кран подпитки, открывая вентиль не полностью, чтобы вода набиралась под меньшим давлением.
    3. Спустите воздух через воздухоотводчик, в некоторых моделях имеется автоматический воздухоотводчик.
    4. Проконтролируйте давление в системе с помощью манометра, точные номинальные значения указаны в паспорте электрокотла, обычно это 1,3-2,0 бар в рабочем режиме и 1,0-1,3 бар при отключенном котле.

    Не забывайте, что согласно инструкции большинства производителей, подключение и ввод в эксплуатацию должен проводиться лишь сертифицированными специалистами, в противном случае гарантия будет не полной.

    Стоимость подключения электрического котла отопления

    Цены на подключение зависят от объема работ, который необходимо произвести, региона и фирмы/мастера. В Москве и Подмосковье стоимость работ в среднем 4 200-12 500 руб., в Санкт-Петербурге – 3 900-8 000 руб., а в регионах – 3 500-7 000 руб. В стоимость входит монтаж и подключение исключительно электрокотла, реже – электрического котла и 1 радиатора.

    Стоимость подключения прочих элементов системы отопления таких, как расширительный бак, циркуляционный насос, бойлер косвенного нагрева или теплые полы рассчитывается отдельно и может составлять еще 2-5 тыс. рублей. Срок выполнения работ в среднем 2-4 дня.

    Расчет мощности электрического котла

    Для обогрева жилых и офисных помещений используется оборудование с электрическим нагревателем воды. Для обеспечения баланса температуры и энергопотребления производится расчет электрокотла. При определении рабочих параметров учитывается не только площадь комнат, но и физические свойства материалов стен, пола и потолка помещения.

    • 1 Что такое мощность электрокотла
    • 2 Способы определения мощности электрокотла
      • 2.1 Расчет котла по площади дома
      • 2.2 Расчет мощности котла по объему
      • 2.3 Расчет для ГВС

    Что такое мощность электрокотла

    Электрический котел представляет собой резервуар с теплообменником, через который прокачивается водопроводная вода или специальный теплоноситель, обладающий повышенными тепловыми характеристиками.

    Котел подключается к бытовой сети переменного тока, нагревает он воду ТЭНами или электродами, изолированными от воды. В конструкции оборудования предусмотрен регулятор температуры.

    Потребляемая мощность зависит от степени охлаждения теплоносителя при циркуляции по радиаторам отопления в здании. Часть энергии расходуется на тепловые потери в конструкции котла (нагрев стенок или защитных кожухов нагревательных элементов). На внешней части оборудования устанавливается информационная табличка, на которой указаны рабочие параметры изделия и потребляемая мощность.

    Способы определения мощности электрокотла

    Расчет рабочей мощности котла отопления выполняется для обеспечения сбалансированной системы отопления, способной поддерживать комфортную температуру в помещении при различных внешних условиях.

    Оборудование должно обеспечивать равномерный прогрев комнат, изменение направления ветра не должно оказывать негативного воздействия на условия в помещениях. Перед выбором оборудования владельцу дома необходимо знать, как рассчитать мощность электрокотла с учетом особенностей помещения.

    Для расчета применяются 2 основные методики:

    • по площади дома или комнат, подключенных к контуру отопления и котлу;
    • по объему помещений.

    Вспомогательная методика определения мощности по контуру горячего водоснабжения предназначена для расчета дополнительной производительности. Полученный параметр суммируется с предварительно рассчитанным значением энергопотребления для отопления дома.

    Затем проверяется способность электрической проводки, подведенной к зданию, выдержать максимальную нагрузку при работе нагревательных элементов котла.

    Читайте также:  Штокроза (65 фото): описание многолетних сортов цветка. В чем различия с мальвой? Как вырастить штокрозу розовую в саду? Болезни и вредители

    Расчет котла по площади дома

    Базовой методикой является определение мощности электрического котла отопления по площади помещений. Для определения значения используется базовое значение мощности, необходимой для обогрева комнаты площадью 10 м².

    Коэффициент не зависит от климатической зоны, грубо считается, что для прогрева 10 м² необходимо затратить мощность 1 кВт. Коэффициент не учитывает теплопроводность материалов стен и высоту помещения, поэтому для уточнения расчета применяются дополнительные поправочные коэффициенты, определенные опытным путем.

    Например, при высоте потолка более 2,7 м вводится дополнительный поправочный параметр, равный отношению фактической высоты к значению 2,7 м. Климатический коэффициент зависит от места расположения дома, значение находится в интервале от 0,7 для южных регионов до 2,0 – северных районов. Если нагревательный узел будет использоваться и для горячего водоснабжения, то к полученному показателю добавляется запас мощности 25-30%.

    Существует другой способ подсчета, основанный на формуле S*K*100, где параметр S является площадью помещений, а K представляет собой коэффициент тепловых потерь, изменяющийся в зависимости от минимального порога температуры воздуха. За базовое значение взята цифра 0,7, используемая в местности с минимальной температурой -10°С. При понижении климатической нормы на каждые 5°С коэффициент увеличивается на 0,2.

    Метод не применяется при расчете котла для помещений со следующими особенностями конструкции:

    1. Наличие пластиковых или деревянных окон с дублированным стеклопакетом.
    2. Использование дополнительного теплоизоляционного слоя толщиной от 150 мм, расположенного внутри или снаружи кирпичной стены (толщиной 2 размера кирпича).
    3. Сохранение неотапливаемого чердачного помещения и отсутствие теплоизоляционного материала на отделке крыши.
    4. Увеличение высоты жилых комнат до 2,7 м и более.

    Расчет мощности котла по объему

    Расчет мощности электрического котла отопления по объему жилых помещений базируется на коэффициенте тепловых потерь, который составляет:

    1. От 0,6 до 0,9 – для строений из кирпича с улучшенной теплоизоляцией. В доме применяются пластиковые 2-камерные окна, может использоваться крыша из теплоизолирующего материала.
    2. От 1 до 1,9 – для зданий, построенных из кирпича (двойная кладка), со стандартной кровлей и деревянными окнами.
    3. От 2 до 2,9 – для помещений с ухудшенной теплоизоляцией (например, со стенами толщиной в 1 кирпич).
    4. От 3 до 4 – для зданий, построенных из древесины или выполненных из гофрированного металлического листа со слоем теплоизолирующего материала.

    При расчете используется формула вида V*K*T/860, где учитывается объем дома V, поправочный коэффициент K и разница температуру внутри дома и снаружи помещения. Для расчета берется минимальная температура воздуха, характерная для местоположения дома.

    Полученное значение является избыточным, но в случае длительных морозов удастся поддерживать температуру в доме в заданных параметрах. Приведенная методика расчета мощности электрокотла для отопления дома не учитывает подачи дополнительной теплой жидкости для мытья посуды или душевой кабины.

    Для жилых помещений в панельных или кирпичных домах расчет ведется по нормативам СНиП. Правила закладывают необходимую мощность для нагрева 1 м³ воздуха в пределах 41 и 34 Вт (для дома из панелей и силикатного кирпича, соответственно).

    Затем владелец помещения проводит замеры высоты и площади, к полученному значению добавляется страховой запас 10% (на случай понижения температуры воздуха в зимнее время). При установке энергосберегающих окон допускается устанавливать котел с мощностью менее расчетной.

    Для угловых помещений учитывается количество стен, контактирующих с улицей. Если на внешнюю сторону дома выходит только 1 стена, то требуется применять коэффициент 1,1. Каждая дополнительная стена увеличивает значение корректирующего параметра на 0,1. Для снижения тепловых потерь рекомендуется проанализировать помещение специальным прибором, а затем смонтировать слой изолятора.

    Расчет для ГВС

    Расчет электрокотла для отопления частного дома, одновременно используемого для горячего водоснабжения, учитывает следующие факторы:

    1. Количество и температура теплой воды, необходимой для обеспечения жизнедеятельности проживающих в помещении людей.
    2. На основании первого параметра определяется объем горячей воды +90°C, которая затем разбавляется потоком холодной жидкости для получения теплой.
    3. На основании полученного значения осуществляется расчет электрического котла. При определении параметров не учитывается понижение температуры водопроводной воды в зимнее время.

    Например, жилой дом ежесуточно потребляет 200 л теплой воды (Vг) прогретой до +40°С (Tг). Предполагается получение необходимой температуры путем смешивания горячей и холодной воды. Владелец планирует приобрести котел, прогревающий жидкость до +95°С (Tк), в линии холодного водоснабжения подается вода с температурой +10°С (Tх).

    Объем горячей воды определяется по формуле Vг*(Tг-Tх)/(Tк-Tх)=200*(40-10)/(95-10). Расчет показывает, что для обеспечения подачи горячей воды в сутки требуется прогреть 71 л жидкости до температуры +95°С.

    Дальнейший расчет ведется на основании коэффициента удельной теплоемкости воды (4,218 кДж на каждый кг при прогреве на 1°C), веса жидкости и разницы температур. Полученное значение затем переводится по таблицам в киловатты, рекомендуется округлять параметр в сторону увеличения.

    Для описанной выше ситуации требуется дополнительная мощность около 5 кВт. Полученное значение подразумевает прогрев воды за 1 час, если жидкость используется равномерно в течение дня, то допускается снизить дополнительные энергозатраты в 2 раза.

    Рейтинг
    ( Пока оценок нет )
    Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
    Добавить комментарий

    ;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: