So schließen Sie einen elektrischen Heizkessel an: Unterschiede zwischen verschiedenen Schemata

Für die Beheizung eines einzelnen Wohngebäudes werden zunehmend Systeme eingesetzt, bei denen flüssiges Kühlmittel über Rohrleitungen auf Heizbatterien übertragen wird, bei denen Wärme an die Umgebungsluft übertragen und die abgekühlte Flüssigkeit zur anschließenden Erwärmung zurückgeführt wird.

In diesem Fall wird ein Kessel üblicherweise als versiegelter Metallbehälter verstanden, in dem das Kühlmittel erwärmt wird, und der Begriff „elektrisch“ definiert die Art der verwendeten Energie.

Nach dem Prinzip des Stromverbrauchs sind Kessel:

1. indirekte Erwärmung;

2. direkte Aktion;

3. Induktionstyp.

Sie haben ein völlig anderes Design, unterscheiden sich in den Sicherheitsgraden und erfordern eine andere Einstellung, wenn sie an die Verkabelung angeschlossen werden.

Indirekter Elektrokessel

Der Begriff "indirekte Wirkung" bezieht sich auf eine indirekte Erwärmung durch einen elektrischen Strom, der durch ein Heizelement mit einem rein resistiven Widerstand fließt. Infolge dieses Phänomens steigt nach dem Joule-Lenz-Gesetz die Temperatur eines speziell in einer Flüssigkeit befindlichen Leiters an.

Die auf den Widerstand abgegebene Wärme wird vom Wärmeträger abgeführt. Thermische Heizelemente oder wie sie abgekürzt werden als TENYsind in unterschiedlichen Kapazitäten für den Betrieb in Wechsel- oder Gleichstromkreisen mit unterschiedlichen Spannungen erhältlich.

Designmerkmale

Im Metallgehäuse des Kessels sind elektrische Heizelemente montiert, die vom Kühlmittel gewaschen werden.

Sie bestehen aus einem abgedichteten Metallrohrkörper mit einem innen montierten Nichrom-Legierungsgewinde, das einen bestimmten elektrischen Widerstand aufweist und der Nennheizleistung standhält.

Dieses Gewinde ist mit beiden Enden in einem Metallrohr montiert und mit Ausgangsanschlüssen verbunden, die mit einem Schraubengewinde zum Verbinden elektrischer Drähte hergestellt sind.

Der Hohlraum zwischen Rohrkörper und Nichromfaden ist durch eine Schicht aus wärmeleitendem Material mit hohen dielektrischen Eigenschaften getrennt - eine besondere Art von Sand. Die Enden des Elements sind versiegelt und mit Spitzen zur Montage am Kesseldeckel ausgestattet.

Eine funktionierende Heizung hat daher einen bestimmten elektrischen Widerstand, der mit einem normalen Ohmmeter oder Tester gemessen oder aus dem auf dem Gehäuse angegebenen Leistungswert berechnet werden kann.

Beispielsweise verbraucht ein Spannungswandler von 1 kW bei einer Spannung von 220 Volt einen Strom von I = 1000/220 = 4,54 Ampere und hat einen elektrischen Widerstand von R = 220 / 4,54 = 48,5 Ohm.

Der zweite Gesundheitsparameter des Heizelements ist die Qualität des Isolationswiderstands zwischen dem leitenden Nichromgewinde und dem Gehäuse. Um es zu messen, müssen Sie ein spezielles Gerät verwenden - Megaohmmeter.

Für die Haushaltsheizung werden üblicherweise 220-Volt-Modelle mit einer Lastleistung in der Größenordnung von einem Kilowatt verwendet. Wenn eine größere Wärmemenge benötigt wird, werden die Heizelemente in einem einphasigen Netzwerk in parallelen Ketten gesammelt oder in einem dreiphasigen Netzwerk in identischen Gruppen verbunden.

Im Kessel sind zwei Flansche für die Kommunikation mit Kühlmittelleitungen vorgesehen:

1. am unteren Einlass wird ein Strom von kaltem Wasser gepumpt;

2. Die erhitzte Flüssigkeit verlässt den oberen Auslass.

Wenn der Strom durch den Widerstand des Heizelements fließt, wird Wärme freigesetzt, die durch die Isolationsschicht auf das Metallgehäuse übertragen und durch den Kühlmittelstrom vom Heizelement abgeführt wird. Aufgrund dessen wird beim Arbeiten ein Gleichgewicht zwischen der durch elektrische Energie freigesetzten Wärme und der durch den Kessel gepumpten entfernten Flüssigkeit hergestellt.

Jedes Heizelement mit seinem Arbeitsteil muss vollständig in die Flüssigkeit eingetaucht sein, damit die Wärmeabfuhr effizient und gleichmäßig verläuft. Wenn dies beispielsweise durch die Bildung einer Luftstauung oder ein Austreten von Flüssigkeit verletzt wird, was zu einer Verringerung des Füllstands im Kessel führte, ist es möglich, dass das Gewinde, die Isolierung oder das Gehäuse des Heizelements durchbrennt und zerstört wird.

Ein einfacher hausgemachter Elektrokessel im Video:

 

Hydraulischer Anschlussplan

Der indirekte indirekte Elektrokessel wird im Werk in einem schönen modernen Gebäude hergestellt, das:

• auf dem Boden des Raumes installieren;

• an der Wand hängen.

Nachdem es fest mit der Gebäudekonstruktion verbunden ist, wird der Hydraulikkreis des Heizungssystems des Hauses zusammengebaut.

Für ihren Gebrauch:

• Heizkörper, die durch parallele Ketten zwischen den Druck- und Abflussleitungen des Kühlmitteltransports verbunden sind;

• Ausdehnungsgefäß zum Ablassen von Luftblasen aus der gepumpten Flüssigkeit;

• Absperrventile, mit denen Sie den Hydraulikkreis in verschiedenen Betriebsarten umschalten können;

• Umwälzpumpe;

• Ventil: Gegendruck, Sicherheit, Bypass;

• Sensoren des Steuerungssystems der wichtigsten technologischen Prozesse;

• Automatisierungsausrüstung, Steuerlogik und Schutz.

Wenn die Umwälzpumpe vom Betrieb ausgeschlossen ist, kann der Kreislauf aufgrund der natürlichen Umwälzung funktionieren, wenn der kalte Wärmeträger nach unten und der beheizte nach oben geht. Dies erfordert jedoch eine komplexe hydraulische und thermische Berechnung, die zusätzlich eine zusätzliche Ausrüstung erfordert.

Die Pumpe pumpt das Kühlmittel immer schnell entlang des Netzes und erhöht den Heizwirkungsgrad.

Direktwirkender Elektrokessel

Der Begriff "direkte Wirkung" bedeutet, dass zur Gewährleistung der Erwärmung ein Pfad geschaffen wird, über den der elektrische Strom direkt durch das flüssige Kühlmittel fließt und alle Zwischenelemente umgeht.

Hierzu werden die Elektroden zur Versorgung der Phase und des Arbeitsnullpunkts direkt in der durch den Kesselkörper gepumpten Wasserleitung montiert. Da sein spezifischer Widerstand stark von der Konzentration der gelösten Salze abhängt, beeinflusst der Reinheitsgrad des Kühlmittels die Größe des durchströmenden elektrischen Stroms und den Grad der Erwärmung.

Designmerkmale

Direktwirkende Geräte unterscheiden sich in Form und Abmessungen erheblich von der klassischen Definition des Wortes "Kessel". Ihr Körper besteht aus einem Segment eines gewöhnlichen Rohrs, ausgestattet mit:

1. Düsen zum Anschluss an Druck- und Rücklaufleitungen;

2. Phasen- und Arbeitsnullstecker zum Anschluss an die Elektroden des Stromkreises.

Aus diesem Grund sind die Abmessungen des Geräts in Größe und Gewicht recht klein, was im Vergleich zu Analoga indirekter Einwirkung erheblich Platz im Heizraum spart.

Der durch das Kühlmittel durch die Elektroden fließende elektrische Strom wird nur durch den Widerstand der Sole begrenzt, der von einer Reihe von Betriebseigenschaften abhängt und irgendwann den Nennwert überschreiten kann.

Da die durch Elektrizität erzeugte Wärme ohne Verlust der Übertragung durch andere zusätzliche Medien direkt im Kühlmittel freigesetzt wird, ist die Leistungsreduzierung im betrachteten Kreislauf geringer als im vorherigen und der Wirkungsgrad höher.

Aufgrund der Einfachheit mechanischer Strukturen sind solche Geräte recht billig, was ihr Vorteil ist. In diesem Fall muss eine der Elektroden direkt am Rohrleitungskörper platziert und die zweite in den Kühlmittelstrom eingebaut werden.

Die Elektrodenmethode zum Erhitzen der Flüssigkeit erfordert die Schaffung eines speziellen Mediums für den Durchgang von elektrischem Strom - Salzlösung. Bei Verwendung in Haushaltsgeräten treten die folgenden Nachteile auf:

• Das Kühlmittel in Form flüssiger Lösungen tritt mit allen metallischen Werkstoffen in elektrochemische Prozesse ein. Bei Verwendung von Aluminium korrodiert der Kühlerkörper in wenigen Jahren und die gusseisernen Strukturen halten etwas länger, verstopfen aber auch ständig und müssen gereinigt werden.

• Umwälzpumpen für Heizsysteme sind für den Betrieb in einer Umgebung mit sauberem Wasser oder Frostschutzmittel mit verschiedenen Korrosionsschutzadditiven ausgelegt. Tests ihrer Konstruktionen für den Langzeitbetrieb in Salzlake wurden nicht durchgeführt.

Schaltplan

Grundsätzlich unterscheidet sich das hydraulische Heizsystem eines direkt wirkenden Kessels nicht von einem indirekten Heizkreis. Nach wie vor ist eine Kaltwasserleitung am Einlassrohr und eine Heißdruckleitung am Ausgangsrohr installiert.

Die verbleibenden Elemente des Stromkreises können abhängig von den lokalen Heizaufgaben das vorherige Design vollständig kopieren.

Beide Bilder zeigen die einfachste und typischste Anordnung von Hydraulikkreiselementen. Ein reales Design, das für bestimmte Heizbedingungen der Räumlichkeiten erstellt wurde, weist immer einige Abweichungen und Ergänzungen auf.

Sehr oft wird kein reduzierter Einkreisstromkreis verwendet, sondern mindestens zwei Gruppen mit unabhängigen Exekutiv- und Leitungsgremien. Ein einfaches Beispiel ist ein zusätzlicher Kreislauf, der Warmwasser für Haushaltszwecke erzeugt, beispielsweise in Bad und Küche.

Induktionskessel

Zum Erhitzen des Kühlmittels werden bei dieser Konstruktion Foucault-Wirbelströme verwendet, die in einem speziellen Heizelement - einem Induktor - induziert werden.

Designmerkmale

Die Versorgungsspannung wird der Spule einer Spule aus einem isolierten elektrischen Draht zugeführt. Aufgrund des Phänomens der Induktion werden Induktionsströme, die durch einen geschlossenen Stromkreis fließen, im Kernmagnetkern induziert. In diesem Fall wird das Induktormetall erwärmt.

Durch diesen Raum wird ständig flüssiges Kühlmittel gepumpt, das dem Hydrauliksystem Wärme entzieht.

Während des Betriebs des Induktionskessels treten kleine Vibrationen des Induktors auf, die die Wände vor Kalkbildung schützen.

Bei Verwendung von Strömen industrieller Frequenz werden Konstruktionen mit beeindruckenden Abmessungen erhalten. Um die Abmessungen und das Gewicht des Kessels zu reduzieren, wird eine Hochfrequenzspannungsumwandlung bis zu 1 ÷ 20 kHz verwendet, die das entsprechende Magnetfeld bildet.

Der Induktionskessel kann in ein Schutzgehäuse mit guter Isolierung eingebaut werden.

Gewährleistung sicherer Betriebsbedingungen für direkte und indirekte Kessel

Beim Vergleich des Funktionsprinzips eines Heizelements mit einer elektrischen Entladung von Strom in einem Kühlmittel ergeben sich verschiedene Bedingungen für deren Anwendung, wenn bei allen Kesseltypen das Gehäuse aus Metall besteht und mit einer leitfähigen Flüssigkeit gefüllt ist.

Bei Verwendung eines Heizelements fließt Strom durch ein Nichromfilament, das durch eine Schicht aus Dielektrikum vom Gehäuse isoliert ist, wodurch das Phasenpotential nicht zum Gehäuse gelangen kann.

In einem Direktheizkessel wird im Kühlmittel in Kontakt mit der Oberfläche des Kesselkörpers Strom erzeugt. Infolgedessen besteht ein Phasenpotential, das gegen bestimmte Sicherheitsregeln verstößt und die Voraussetzung für eine elektrische Verletzung einer Person schafft.

Die Konstruktionsprobleme des elektrischen Hochgeschwindigkeitsschutzes für solche Strukturen wurden noch nicht gelöst. Die Verwendung herkömmlicher RCD-Konstruktionen oder Diflavtomaten, die das Auftreten von Leckströmen in der Schaltung steuern, ist nicht sinnvoll, da sie ständig arbeiten und die Versorgung des Gehäuses mit dem Phasenpotential blockieren.

Bei der Konstruktion von indirekten Kesseln ist die Verwendung von FI-Schutzschaltern durchaus sinnvoll und angemessen. Es wird einer Person nicht erlauben, unter die Wirkung des Phasenpotentials zu fallen. Dies kann mit Hilfe von erklärenden Bildern verstanden werden.

Unter normalen Betriebsbedingungen fließt der Strom ausschließlich entlang des vom Gehäuse isolierten internen Stromkreises.

Wenn die Isolierung eines Elektrokessels mit indirekter Heizung unterbrochen wird, dringt der Leckstrom durch das Gehäuse in den PE-Leiter und durch diesen in die Erdungsschleife ein. Der RCD-Sollwert wird so eingestellt, dass das Fehlerstromschutzgerät auslöst und mit seinen Leistungskontakten die Versorgungsspannung aus dem Stromkreis entfernt, wodurch Verletzungen vermieden werden.

So verlieren Direktheizkessel unter den Bedingungen einer sicheren Verwendung erheblich. Im Falle einer mechanischen Verletzung ihrer Konstruktion wird aus irgendeinem Grund ein offener Stromkreis für den Stromfluss erzeugt, der ein gefährliches Phasenpotential am Gehäuse hinterlässt. Und dann entscheidet der Fall alles ...

Schema der Verbindung zum elektrischen System

Wir betrachten den gesamten Heizkreis des Kessels als Stellantrieb für die Heizung:

• direkte Wirkung - zwischen den im Gehäuse integrierten Elektroden;

• indirekte Heizung - parallel zu den Heizelementen geschaltet;

• Induktionsklemmenkasten mit Wicklungen.

Dann kann der Rest der Schaltung durch eine vereinfachte Ansicht mit Elementen der Automatisierung, Steuerung und des Stromschutzes gegen Überlastung und Kurzschluss dargestellt werden.

Die Versorgungsspannung von der Schalttafel über die Regulierungsbehörde wird dem Heizungsaktuator und der Stromversorgung zugeführt (Schutz und Logik).

Mit ihren Sensoren scannen die Schutzvorrichtungen die wichtigsten technischen Parameter und schalten den Kessel aus, wenn sie die Grenzen einer möglichen Regelung überschreiten.

In letzter Zeit wurde die Automatisierungslogikautorität zunehmend auf der Basis von Mikroprozessortechnologien ausgeführt, die erweiterte Funktionen bereitstellen. Er erhält von Sensoren Informationen über die Temperatur des Kühlmittels, die Innenluft und den Flüssigkeitsdruck im System, verarbeitet diese und hält die Temperatur im Kessel durch Einstellen der Spannung am Stellantrieb aufrecht.

Siehe auch: So wählen Sie einen Thermostat für einen elektrischen Heizkessel

Fazit: Der Artikel versucht, die Anschlusspläne von Elektrokesseln verschiedener Bauart zu verallgemeinern, ohne die Hersteller zu spezifizieren, und unterteilt sie nach dem Funktionsprinzip in Hauptgruppen, um ihre schwachen und positiven Seiten zu analysieren. Und wie sehr Ihnen das geholfen hat - teilen Sie Ihre Meinung in den Kommentaren mit.