Come collegare una caldaia per riscaldamento elettrico: differenze tra schemi diversi

Per il riscaldamento di un singolo edificio residenziale, i sistemi che utilizzano il trasferimento di liquido refrigerante attraverso tubazioni a batterie di riscaldamento, in cui il calore viene trasferito all'aria circostante e il ritorno del liquido raffreddato indietro per il riscaldamento successivo, stanno diventando sempre più utilizzati.

In questo caso, una caldaia è generalmente intesa come un contenitore metallico sigillato in cui viene riscaldato il portatore di calore e il termine "elettrico" definisce il tipo di energia utilizzata.

Secondo il principio dell'uso dell'elettricità, le caldaie sono:

1. riscaldamento indiretto;

2. azione diretta;

3. tipo di induzione.

Hanno un design completamente diverso, si differenziano per i gradi di sicurezza, richiedono un atteggiamento diverso quando sono collegati al cablaggio.

Caldaia elettrica indiretta

Il termine "azione indiretta" si riferisce al riscaldamento indiretto effettuato da una corrente elettrica che attraversa un elemento riscaldante con una resistenza puramente resistiva. Come risultato di questo fenomeno, secondo la legge Joule - Lenz, la temperatura di un conduttore collocato appositamente in un liquido aumenta.

Il calore rilasciato sulla resistenza viene rimosso dal vettore di calore. Elementi termici di riscaldamento, o come sono abbreviati come Tans, sono disponibili in diverse capacità per il funzionamento in circuiti CA o CC con tensioni diverse.

Caratteristiche del design

All'interno dell'involucro metallico della caldaia sono montati elementi riscaldanti elettrici, lavati dal liquido di raffreddamento.

Sono costituiti da un corpo tubolare metallico sigillato con una filettatura in lega di nicromo montata all'interno, con una certa resistenza elettrica e in grado di resistere alla potenza di riscaldamento nominale.

Questa filettatura, con entrambe le estremità, è montata all'interno di un tubo metallico e collegata ai connettori di uscita realizzati con filettatura per il collegamento dei cavi elettrici.

La cavità tra il corpo del tubo e il filo del nicromo è separata da uno strato di materiale termoconduttore con elevate proprietà dielettriche - un tipo speciale di sabbia. Le estremità dell'elemento sono sigillate e dotate di punte per il montaggio sul coperchio della caldaia.

Un riscaldatore funzionante, quindi, ha una certa resistenza elettrica, che può essere misurata con un normale ohmmetro o tester, o calcolata dal valore di potenza indicato sulla custodia.

Ad esempio, un convertitore di tensione di 1 kW consuma una corrente di I = 1000/220 = 4,54 ampere quando funziona a una tensione di 220 volt e ha una resistenza elettrica di R = 220 / 4,54 = 48,5 Ohm.

Il secondo parametro di salute del riscaldatore è la qualità della resistenza di isolamento tra la filettatura di nicromo conduttiva e l'alloggiamento. Per misurarlo, è necessario utilizzare un dispositivo speciale - megger.

Per il riscaldamento domestico, vengono normalmente utilizzati modelli a 220 volt con una potenza di carico dell'ordine di un chilowatt. Quando è richiesta una maggiore quantità di calore, gli elementi riscaldanti vengono raccolti in catene parallele in una rete monofase o collegati in gruppi identici in una rete trifase.

Nella caldaia sono realizzate due flange per la comunicazione con le linee del refrigerante:

1. all'ingresso inferiore viene pompato un flusso di acqua fredda;

2. il liquido riscaldato lascia l'uscita superiore.

Quando la corrente passa attraverso la resistenza dell'elemento riscaldante, il calore viene rilasciato, che viene trasmesso attraverso lo strato isolante all'involucro metallico e viene rimosso dall'elemento riscaldante dal flusso di refrigerante. Per questo motivo, durante il funzionamento, viene creato un equilibrio tra il calore rilasciato dall'energia elettrica e il liquido rimosso pompato attraverso la caldaia.

Ogni elemento riscaldante con la sua parte di lavoro deve essere completamente immerso nel liquido affinché la rimozione del calore passi in modo efficiente e uniforme. Se questo viene violato, ad esempio, a causa della formazione di una congestione dell'aria o di una perdita di liquido, che ha portato a una diminuzione del suo livello nella caldaia, è possibile che il filo, l'isolamento o l'alloggiamento dell'elemento riscaldante si brucino e vengano distrutti.

Una semplice caldaia elettrica fatta in casa sul video:

 

Schema di collegamento idraulico

La caldaia elettrica indiretta indiretta è fabbricata in fabbrica in un bellissimo edificio moderno, che può:

• installare sul pavimento della stanza;

• appendere al muro.

Dopo che è stato fissato saldamente alla costruzione dell'edificio, viene assemblato il circuito idraulico del sistema di riscaldamento della casa.

Per il suo uso:

• radiatori di riscaldamento collegati da catene parallele tra le linee di pressione e di scarico (ritorno) del trasporto del refrigerante;

• vaso di espansione, progettato per drenare bolle d'aria dal liquido pompato;

• valvole di intercettazione, che consentono di commutare il circuito idraulico in varie modalità operative;

• pompa di circolazione a circuito chiuso;

• valvola: contropressione, sicurezza, bypass;

• sensori del sistema di controllo dei principali processi tecnologici;

• apparecchiature di automazione, logica di controllo e protezioni.

Se la pompa di circolazione è esclusa dal funzionamento, il circuito può funzionare a causa della circolazione naturale, quando il portatore di calore freddo scende e quello riscaldato sale. Tuttavia, ciò richiederà calcoli idraulici e termici complessi, che, inoltre, richiederanno un'impostazione aggiuntiva delle apparecchiature.

La pompa fornisce sempre un rapido pompaggio del liquido di raffreddamento lungo la rete e aumenta l'efficienza di riscaldamento.

Caldaia elettrica ad azione diretta

Il termine "azione diretta" significa che per garantire il riscaldamento, viene creato un percorso affinché la corrente elettrica passi direttamente attraverso il liquido di raffreddamento bypassando qualsiasi elemento intermedio.

Per questo, gli elettrodi per alimentare la fase e lo zero di lavoro sono montati direttamente nella linea dell'acqua pompata attraverso il corpo della caldaia. Poiché la sua resistenza specifica dipende fortemente dalla concentrazione di sali disciolti, il grado di purezza del liquido refrigerante influenza l'entità della corrente elettrica che passa e il grado di riscaldamento.

Caratteristiche del design

I dispositivi ad azione diretta nella loro forma e dimensioni differiscono in modo significativo dalla definizione classica della parola "caldaia". Il loro corpo è realizzato sotto forma di un segmento di un normale tubo, dotato di:

1. ugelli per il collegamento con linee di pressione e di ritorno;

2. connettori di fase e zero di lavoro per il collegamento agli elettrodi del circuito elettrico.

Per questo motivo, le dimensioni del dispositivo sono piuttosto ridotte in termini di dimensioni e peso, il che consente di risparmiare notevolmente spazio nel locale caldaia rispetto agli analoghi dell'azione indiretta.

La corrente elettrica passata attraverso il liquido di raffreddamento attraverso gli elettrodi è limitata solo dalla resistenza della salamoia, che dipende da un numero di caratteristiche operative e può ad un certo punto superare il valore nominale.

Poiché il calore generato dall'elettricità viene rilasciato direttamente nel liquido di raffreddamento senza perdita di trasmissione attraverso altri mezzi supplementari, la riduzione di potenza nel circuito in esame è inferiore rispetto a quella precedente e l'efficienza è maggiore.

A causa della semplicità delle strutture meccaniche, tali dispositivi sono abbastanza economici, il che è il loro vantaggio. In questo caso, uno degli elettrodi deve essere posizionato direttamente sul corpo della tubazione e il secondo deve essere integrato nel flusso del refrigerante.

Il metodo dell'elettrodo per riscaldare il liquido richiede la creazione di un mezzo speciale per il passaggio della corrente elettrica - salamoia. Se utilizzato in dispositivi domestici, compaiono i seguenti svantaggi:

• il liquido di raffreddamento sotto forma di soluzioni liquide entra in processi elettrochimici con tutti i materiali metallici. Quando si utilizza l'alluminio, il corpo del radiatore si corrode in pochi anni e le strutture in ghisa durano un po 'più a lungo, ma si intasano costantemente e richiedono pulizia;

• le pompe di circolazione per impianti di riscaldamento sono progettate per funzionare in un ambiente di acqua pulita o antigelo con vari additivi anticorrosivi. Non sono stati condotti test dei loro progetti per operazioni a lungo termine in salamoia.

Schema elettrico

Fondamentalmente, il sistema di riscaldamento idraulico di una caldaia ad azione diretta non è diverso da un circuito di riscaldamento indiretto. Come prima, una linea di acqua fredda è montata sul tubo di ingresso e una linea di pressione calda è installata sul tubo di uscita.

Gli elementi rimanenti del circuito, a seconda delle attività di riscaldamento locali, possono copiare completamente il progetto precedente.

Entrambe le immagini mostrano la disposizione più semplice e tipica degli elementi del circuito idraulico. Un vero design creato per condizioni specifiche di riscaldamento dei locali avrà sempre alcune deviazioni e aggiunte.

Molto spesso, non viene utilizzato un circuito ridotto a circuito singolo, ma un minimo costituito da due gruppi con organi esecutivi e di governo indipendenti. Un semplice esempio è un circuito aggiuntivo che produce acqua calda per usi domestici, ad esempio in bagno e in cucina.

Caldaia elettrica a induzione

Per riscaldare il liquido di raffreddamento, questo design utilizza le correnti parassite di Foucault indotte in uno speciale elemento riscaldante: un induttore.

Caratteristiche del design

La tensione di alimentazione viene fornita alla bobina di una bobina costituita da un filo elettrico isolato. A causa del fenomeno dell'induzione, nel nucleo magnetico del nucleo vengono indotte correnti di induzione che attraversano un circuito chiuso. In questo caso, il metallo dell'induttore viene riscaldato.

Il liquido di raffreddamento viene costantemente pompato attraverso questo spazio e rimuove il calore al sistema idraulico.

Durante il funzionamento della caldaia a induzione, si verificano piccole vibrazioni dell'induttore, che proteggono le pareti dalla formazione di calcare.

Quando si usano correnti di frequenza industriale, si ottengono costruzioni di dimensioni impressionanti. Al fine di ridurre le dimensioni e il peso della caldaia, viene utilizzata la conversione di tensione ad alta frequenza fino a 1 ÷ 20 kHz, che costituisce il campo magnetico corrispondente.

La caldaia a induzione può essere collocata in un involucro protettivo con un buon isolamento.

Garantire condizioni di funzionamento sicure per le caldaie dirette e indirette

Quando si confronta il principio di funzionamento di un elemento riscaldante con una scarica elettrica di corrente in un refrigerante, si creano varie condizioni per la loro applicazione quando, per tutti i tipi di caldaie, l'involucro è realizzato in metallo e riempito con un liquido conduttivo.

Quando si utilizza un elemento riscaldante, la corrente scorre attraverso un filamento di nicromo, viene isolata dall'alloggiamento da uno strato di dielettrico, che non consente al potenziale di fase di passare all'alloggiamento.

In una caldaia a riscaldamento diretto, la corrente viene generata nel liquido di raffreddamento a contatto con la superficie del corpo della caldaia. Di conseguenza, esiste un potenziale di fase su di esso, che viola alcune regole di sicurezza, crea il presupposto affinché una persona riceva lesioni elettriche.

I problemi di progettazione delle protezioni elettriche ad alta velocità per tali strutture non sono ancora stati risolti. L'uso di progetti o differenziali convenzionali di controllo differenziale che controllano la comparsa di correnti di dispersione nel circuito non ha senso, perché funzioneranno costantemente, bloccando la fornitura del potenziale di fase all'alloggiamento.

Nei progetti di caldaie indirette, l'uso di RCD è abbastanza ragionevole e appropriato. Non consentirà a una persona di cadere sotto l'azione del potenziale di fase. Questo può essere compreso con l'aiuto di immagini esplicative.

In condizioni operative normali, la corrente scorre esclusivamente lungo il circuito interno isolato dall'alloggiamento.

Quando l'isolamento di una caldaia elettrica con riscaldamento indiretto viene interrotto, la corrente di dispersione attraverso l'alloggiamento penetrerà nel conduttore PE e attraverso di esso nel circuito di terra. Il setpoint RCD è impostato in modo tale che il dispositivo di corrente residua scatta e con i suoi contatti di potenza rimuove la tensione di alimentazione dal circuito, eliminando così le lesioni umane.

Pertanto, nelle condizioni di uso sicuro, le caldaie a riscaldamento diretto perdono significativamente. Se vengono danneggiati meccanicamente per qualsiasi motivo, viene creato un circuito aperto per il flusso della corrente, che lascerà un potenziale di fase pericolosa sull'alloggiamento. E poi il caso decide tutto ...

Schema di collegamento al sistema elettrico

Considereremo l'intero circuito di riscaldamento della caldaia come l'attuatore per il riscaldamento:

• azione diretta - tra gli elettrodi integrati nella custodia;

• riscaldamento indiretto - collegato in parallelo agli elementi riscaldanti;

• induzione - scatola morsetti con avvolgimenti.

Quindi il resto del circuito può essere rappresentato da una vista semplificata con elementi di automazione, controllo e protezione corrente contro sovraccarico e corto circuito.

La tensione di alimentazione dal quadro attraverso l'organismo di regolazione viene fornita all'attuatore di riscaldamento e all'alimentazione (protezioni e logica).

Con i loro sensori, le protezioni scansionano i principali parametri tecnici e, quando superano i limiti della possibile regolazione, mettono fuori servizio la caldaia.

Di recente, il corpo della logica di automazione è stato sempre più eseguito sulla base di tecnologie a microprocessore che forniscono funzionalità avanzate. Riceve informazioni dai sensori per la temperatura del refrigerante, l'aria interna, la pressione del fluido all'interno del sistema, la elabora e mantiene la temperatura all'interno della caldaia regolando la tensione sull'attuatore.

Vedi anche: Come scegliere un termostato per una caldaia per riscaldamento elettrico

conclusione: l'articolo tenta di generalizzare gli schemi di collegamento delle caldaie elettriche di vari progetti senza specificare i produttori, suddividendoli in gruppi principali secondo il principio di funzionamento, per analizzare i loro lati deboli e positivi. E quanto ti ha aiutato - condividi la tua opinione nei commenti.