Šajā rakstā: elektrodu katls – aizsardzības uzņēmumu smadzeņu uzbūve; kā darbojas jonu katls; vai ir iespējams sildīt ūdeni bez siltuma avota; zemāka omiskā pretestība – pievienojiet ūdenim sāli; jonu katlu plusi un mīnusi; elektrodu katla ierīce; kā pareizi uzstādīt elektrodu katlu; kuras apkures ierīces var izmantot ķēdē ar jonu katlu un kuras nevar; ražotāji un cenas; beigās – jonu katlu uzstādīšanas nianses.
Cik jūs zināt, kā sildīt māju ar elektrību? Visbiežāk nāk prātā katls ar ūdens sildītāju – kam ir liela pretestība, šāda sildītāja iekšpusē esošais nihroma pavediens uzsilst, nododot siltumu caurules pildītājam, pēc tam metāla apvalkam un, visbeidzot, ūdenim. Kāpēc gan nevienkāršot uzdevumu un neuzsildīt dzesēšanas šķidrumu, neapmeklējot starpnieku, jo jūs to varat izdarīt, izmantojot primitīvus elektrodus no diviem žiletes asmeņiem, savienojot vadus ar tiem un savienojot ar strāvas padevi? Tieši no šīs loģikas turpinājās pirmo jonu (elektrodu) katlu modeļu, kas sākotnēji tika izstrādāti PSRS Jūras spēku vajadzībām, veidotāji..
Jonu (elektrodu) katla vēsture un darbības princips
Šāda veida apkures katlus pagājušā gadsimta vidū izveidoja aizsardzības kompleksa uzņēmumi PSRS zemūdens flotes vajadzībām, jo īpaši zemūdenes nodalījumu sildīšanai ar dīzeļdzinējiem. Elektrodu katls pilnībā atbilda zemūdenu pasūtīšanas nosacījumiem – tam bija ārkārtīgi mazi izmēri parastajiem apkures katliem, nebija nepieciešams izplūdes pārsegs, darbības laikā neradīja troksni, efektīvi sildīja dzesēšanas šķidrumu, kas bija vispiemērotākais parastajam jūras ūdenim.
Līdz 90. gadiem aizsardzības nozares pasūtījumu apjoms strauji samazinājās, līdz ar to flotes vajadzības pēc jonu katliem tika samazinātas līdz nullei. Pirmo elektrodu katla “civilo” versiju izveidoja inženieri A.P. Iļjins un D.N. Kunkovs, kurš par savu izgudrojumu saņēma atbilstošu patentu 1995. gadā.
Jonu katla darbības princips ir balstīts uz dzesēšanas šķidruma, kas aizņem vietu starp anodu un katodu, tiešu mijiedarbību ar elektrisko strāvu. Elektriskās strāvas pāreja caur dzesēšanas šķidrumu izraisa pozitīvu un negatīvu jonu haotisku kustību: bijušie virzās uz negatīvi lādētu elektrodu; otrais – uz pozitīvi lādēto. Pastāvīga jonu kustība vidē, kas pretojas šai kustībai, izraisa ātru dzesēšanas šķidruma uzsildīšanu, ko īpaši veicina lomu maiņa pie elektrodiem – katru sekundi to polaritāte mainās 50 reizes, t.i. katrs no elektrodiem vienas sekundes laikā būs anoda 25 reizes un katoda 25 reizes, jo tie ir savienoti ar 50 Hz maiņstrāvas avotu. Jāatzīmē, ka tieši tik bieža lādiņa maiņa pie elektrodiem neļauj ūdenim sadalīties skābeklī un ūdeņradī – elektrolīzei nepieciešama pastāvīga elektriskā strāva. Pieaugot temperatūrai katlā, spiediens paaugstinās, izraisot dzesēšanas šķidruma cirkulāciju caur apkures loku.
Tādējādi jonu katla tvertnē uzstādītie elektrodi tieši nepiedalās ūdens sildīšanā un paši nesasilda – pozitīvi un negatīvi lādētie joni, sadalīti ūdens molekulu elektriskās strāvas ietekmē, ir atbildīgi par ūdens temperatūras paaugstināšanos..
Svarīgs nosacījums jonu katla efektīvai darbībai ir ūdens omiskās pretestības klātbūtne 15 ° C temperatūrā ne vairāk kā 3000 omi, kurai šim dzesēšanas šķidrumam jāsatur noteikts daudzums sāļu – sākotnēji zem jūras ūdens tika izveidoti elektrodu katli. Tas ir, ja jūs ielejiet destilētu ūdeni apkures sistēmā un mēģināt to sildīt ar jonu katlu, tad sildīšana nebūs, jo šādā ūdenī nav sāļu, kas nozīmē, ka starp elektrodiem nebūs elektriskās ķēdes.
Jonu (elektrodu) katlu raksturojums
Tā kā šiem apkures katliem ir pozitīvas īpašības, kas raksturīgas elektriskajiem apkures katliem, tiem ir arī virkne savu. Es atzīmēšu visas priekšrocības:
- augsta efektivitāte, tuvu 100% (tomēr jebkura elektriskā sildītāja efektivitāte ir vismaz 96%);
- ārkārtīgi mazi izmēri ar lielu jaudu, salīdzinot ar citiem katliem;
- skurstenis nav nepieciešams;
- spēj patstāvīgi paaugstināt spiedienu apkures lokā;
- atšķirībā no katliem ar sildelementiem, nepietiekama dzesēšanas šķidruma līmeņa dēļ katla tvertnē nav negadījuma briesmu – dzesēšanas šķidruma trūkums novedīs tikai pie katla darbības pārtraukšanas, jo starp elektrodiem nebūs elektriskās ķēdes;
- ārkārtīgi zema inerce ļauj efektīvi kontrolēt temperatūras apstākļus katla darbības laikā, izmantojot automatizāciju, kā rezultātā tiek panākta vismazāk enerģijas patērējošā apkures sistēmas darbība – temperatūra apsildāmās telpās vienmēr būs tādā līmenī, kāds ir iestatīts automātiskajam regulatoram;
- sprieguma kritumi elektrotīklā nekaitē jonu katlam – mainās tikai tā jauda, darbs neapstājas;
- uzstādīšana kā papildu siltumenerģijas avots, vienlaikus atļauts uzstādīt vairākus jonu katlus;
- absolūti nav negatīvas ietekmes uz vidi.
Elektroda katla mīnusi:
- patērē tikai maiņstrāvu, notiek ūdens līdzstrāvas elektrolīze;
- augstas prasības dzesēšanas šķidruma elektrolītiskajiem parametriem; mainoties tiem, darba (siltuma ražošanas) kvalitāte strauji pazeminās. Nepieciešams kontrolēt dzesēšanas šķidruma elektrisko vadītspēju;
- nepieciešama obligāta zemēšana (tomēr tāpat kā jebkura sildīšanas ierīce ar ūdens sildītāju). Tajā pašā laikā elektriskās strāvas trieciena risks izolācijas sabrukšanas gadījumā ir lielāks nekā sildelementiem;
- dzesēšanas šķidruma sildīšanas temperatūra nedrīkst pārsniegt 75 ° C, pretējā gadījumā katla enerģijas patēriņš ievērojami palielināsies;
- mēroga veidošanās uz elektrodiem samazina katla jaudu, jo tas novērš dzesēšanas šķidruma jonizāciju;
- augstas prasības apkures ierīču kvalitātes parametriem;
- nepieciešamība aprīkot apkures sistēmu ar cirkulācijas sūkni;
- elektrodu nodilums, ko izraisa mainīgs spriegums, kam nepieciešama periodiska nomaiņa;
- gaisa kondicionētā apkures lokā, kas satur dzesēšanas šķidruma elektrolītu, korozijas procesi daudzkārt tiks paātrināti;
- vienas ķēdes sistēmā nav pieņemama karstā ūdens izmantošana sadzīves vajadzībām;
- pasūtīšanas darbi prasa iesaistīt speciālistus – ir gandrīz neiespējami patstāvīgi pazemināt ūdens omisko pretestību, palielinot tā vadītspēju līdz optimālajam līmenim;
- darbības laikā mainās dzesēšanas šķidruma elektriskā vadītspēja, tas ir jākontrolē, un tāpēc, lai būtu atbilstošas zināšanas un aprīkojums.
Ierīce un elektrodu katla uzstādīšana
Tam ir diezgan vienkāršs dizains, kurā īpaša uzmanība tiek pievērsta aizsardzībai pret elektriskām noplūdēm: ar cietu stieptu tērauda cauruli kā korpusu, virs tās klāj poliamīda elektriski izolējošu slāni; dzesēšanas šķidruma ieplūdes un izplūdes caurules; spailes strāvas padevei korpusā un zemē; īpašs sakausējuma elektrods (trīsfāzu katli ir aprīkoti ar trim elektrodiem), izolēti ar poliamīda uzgriežņiem; papildu izolācija ar gumijas blīvēm pie savienotājiem.
Ārēji mājsaimniecības jonu katlam ir cilindriska forma, tā diametrs parasti nepārsniedz 320 mm, garums – 600 mm un svars – 12 kg. Mazākā jauda – 2 kW (telpu apsildīšanai apmēram 80 m3), maksimālā – 50 kW (telpas apkure aptuveni 1600 m3). Vienfāzes katli ir ar jaudu no 2 līdz 6 kW, trīsfāžu katli – no 9 līdz 50 kW. Katla enerģijas patēriņš sasniedz nominālo līmeni (ražotāja deklarētā jauda kilovatos), kad temperatūra tā iekšienē sasniedz 75 ° C – zemākā temperatūrā enerģijas patēriņš ir mazāks, jo aukstākā dzesēšanas šķidrumā pašreizējā vadītspēja ir zemāka. Jāatzīmē, ka jonu katliem optimālā temperatūra ir 75 ° C, jo, attīstoties augstākai temperatūrai, katlu enerģijas patēriņš pārsniegs datu lapā norādīto..
Automātiskā vadības sistēma (kontrolieris) ir iekļauta elektrodu katlā, kas ietver elektronisku termostatu, automātisku aizsardzību pret strāvas pārspriegumu elektrotīklā un startera bloku. Dažos kontrolieru modeļos ir atļauta gan tieša vadība, gan tālvadība, izmantojot gsm kanālus. Tieši kontrolieris nodrošina jonu katlu ražotāju deklarētos elektroenerģijas ietaupījumus – atšķirībā no ūdens sildīšanas, izmantojot sildīšanas elementus, elektrodu sildīšana ļauj īsākā laikā mainīt dzesēšanas šķidruma temperatūru, jo ir zema inerce.
Atvērtā apkures sistēmā ar dzesēšanas šķidruma dabisku cirkulāciju pēdējais pārvietojas pa caurulēm termiskās izplešanās un spiediena dēļ jonu katlā, ieiet radiatoros un atdziest, pēc tam caur atgriešanās cauruli atgriežas katlā, kur tas uzsilst un vēlreiz atkārto ciklu. Slēgtā apkures sistēma ir papildus aprīkota ar izplešanās tvertni-expansomat un cirkulācijas sūkni, kas ir nepieciešami dzesēšanas šķidruma sildīšanas sākotnējā posmā.
Uzstādot elektrodu katlu, obligāta prasība ir aprīkot apkures loku visaugstākajā punktā ar drošības grupu – automātisku gaisa atgaisotāju, manometru, sprādzienbīstamu (atpakaļ drošības) vārstu. Atvērtās sistēmās vadības vai slēgvārsti jāuzstāda tikai pēc izplešanās tvertnes, t.i. cauruļu sekcijā starp katla izvadu un līdz izplešanās tvertnei nedrīkst būt slēgvārsti! Slēgta tipa sistēmās slēgvārsti tiek uzstādīti cauruļvada daļā pēc izplešanās tvertnes un pirms iekļūšanas katlā. Ja tomēr tūlīt pēc aiziešanas no katla tiek uzstādīta drošības grupa, tad aizvēršanas vārstus var uzstādīt pirms expansomat – šajā gadījumā izplešanās tvertne jāuzstāda atgriešanās sekcijā.
Jebkura modeļa jonu katli tiek uzstādīti apkures sistēmā stingri vertikāli, ar savu stiprinājumu pie sienas. Pirmie 1200 mm cauruļvadi uz dzesēšanas šķidruma padevi katlam ir izgatavoti no metāla necinkotas caurules, pēc tam ir atļauts izmantot metāla-plastmasas caurules..
Jonu katla uzticama zemēšana ir obligāta, jo strāvas noplūdes gadījumā šo problēmu nevar atrisināt, izmantojot RCD. Zemējuma vara stieples šķērsgriezumam jābūt no 4 līdz 6 mm, tā pretestība nedrīkst pārsniegt 4 omi – diriģents ir savienots ar nulles spaili, kas atrodas katla korpusa apakšējā daļā. Zemējumam jāatbilst PUE prasībām.
Ideālā gadījumā plānots uzstādīt elektrodu katlu jaunā apkures sistēmā, iepriekš mazgājot ar tīru ūdeni. Ievietojot katlu esošajā ķēdē, tas rūpīgi jāizskalo ar ūdeni ar tam pievienotiem speciāliem līdzekļiem – to saraksts un proporcijas ir aprakstīti katla tehniskajā pasē, katrs ražotājs uzstāj uz noteiktu inhibitoru izmantošanu. Ja šis nosacījums nav izpildīts, sāls nogulsnes (mērogs) traucēs precīzi pielāgot dzesēšanas šķidruma omisko pretestību..
Izvēloties apkures radiatorus sistēmai ar jonu katlu, pievērsiet īpašu uzmanību to dzesēšanas šķidruma patēriņam litros – jums jānoskaidro, cik litru patērē viens radiators, pēc tam aprēķiniet kopējo pārvietojumu, pamatojoties uz nepieciešamo radiatoru skaitu. Jāatzīmē, ka īpaši ietilpīgas sildīšanas ierīces nav piemērotas, jo Šāda apkures sistēma patērēs vairāk nekā 10 litrus dzesēšanas šķidruma uz vienu uzstādītās katla jaudas kilovatu, kas piespiedīs to darboties bez apstāšanās, kas no elektrības patēriņa viedokļa nav rentabls. Ideālā gadījumā apkures sistēmas kopējam pārvietojumam vajadzētu būt apmēram 8 litriem uz enerģijas kilovatiem..
Saskaņā ar ražošanas materiālu bimetāla un alumīnija radiatori ir vispiemērotākie apkures sistēmām ar elektrodu katlu. Izvēloties alumīnija sildīšanas ierīces, svarīgs kritērijs ir alumīnija izcelsme – neatkarīgi no tā, vai tas ir primārais (t.i., iegūts no dabīgiem materiāliem – boksīts, alunīts, nefelīns utt.) Vai sekundārais, pārkausēts no pārstrādātiem materiāliem. Problēma ir tā, ka lētāki sekundārie alumīnija radiatori ir izgatavoti no sakausējuma ar lielu piemaisījumu daudzumu, kas palielina dzesēšanas šķidruma omisko pretestību..
Atvērtās apkures sistēmās būs pareizi uzstādīt no alumīnija izgatavotas sildīšanas ierīces ar iekšēju polimēra pārklājumu, kas samazina koroziju; slēgtās sistēmās šādi radiatori nav nepieciešami – korozijas procesi tiek aktivizēti, kad dzesēšanas šķidruma tilpumā ir gaiss, t.i. tā sāls saturs neizraisa koroziju.
Čuguna radiatori apkures sistēmām ar dzesēšanas šķidruma sildīšanu no elektrodu katla ir vismazāk piemēroti, jo tie ir stipri piesārņoti no iekšpuses un netīrumu daļiņas ietekmē pašreizējo vadītspēju. Turklāt čuguna radiatori patērē ievērojamu daudzumu dzesēšanas šķidruma, kas var pārsniegt šī jonu katla modeļa uzstādīto jaudu – būs nepieciešami tā jaudīgāki modeļi. Elektrodu katlu ražotāji atļauj izmantot čuguna radiatorus, ievērojot šādus nosacījumus: tos ražo saskaņā ar Eiropas standartu (t.i., Turcijā vai Čehoslovākijā); atgriešanās līnijā pirms iekļūšanas katlā cauruļvadā ir uzstādītas dubļu savākšanas tvertnes (dūņu uztvērēji) un rupji filtri.
Jonu katls – cenas un ražotāji
Krievijā un NVS valstīs tiek prezentēti šādu ražotāju elektrodu katli – Krievijas CJSC “Firm” Galan “(tāda paša nosaukuma zīmols), Latvijas SIA” Stafor EKO “(tāds pats nosaukums) un Ukrainas SPD-FO Goncharenko O.A. (zīmols “EOU” (enerģijas taupīšanas apkures iekārta)).
Elektrodu katla izmaksas ir atkarīgas no tā jaudas – katls ar jaudu 2 kW pircējam maksās vidēji 3000 rubļu. Jāpatur prātā, ka nepieciešamās automatizācijas komplektu parasti pārdod atsevišķi – tā izmaksas būs aptuveni 6500 rubļu divreiz dārgāk nekā pats katls.
Elektrodu katla garantijas laiks atkarībā no ražotāja svārstās no viena gada līdz diviem gadiem. Šādu katlu vidējais kalpošanas laiks ir apmēram 10 gadi, ja tiek ievērotas dzesēšanas šķidruma ekspluatācijas prasības un savlaicīga elektrodu nomaiņa (aptuveni ik pēc 2–4 gadiem)..
Beigās
Izveidojot apkures sistēmu, kuras pamatā ir dzesēšanas šķidruma sildīšana no elektrodu katla, jāievēro šādas nianses:
- katla elektrības patēriņš ir ievērojami lielāks, ja tas tiek uzstādīts iepriekš izmantotajā apkures lokā. Jonu katlu ir labāk uzstādīt ķēdē, kas tam īpaši izveidota;
- lietojot antifrīzu kā dzesēšanas šķidrumu, īpaša uzmanība jāpievērš noņemamiem savienojumiem, jo tā plūstamība ir augstāka nekā ūdens;
- visas caurules, kas veido apkures loku, jāiesaiņo ar siltumizolācijas slāni – šis pasākums atvieglos katla uzdevumu sasniegt optimālo darba režīmu;
- ja apkures radiatoru grupas atrodas dažādos ēkas līmeņos (stāvos), tad efektīvāk, kaut arī ekonomiski mazāk izdevīgi, ir uzstādīt neatkarīgus jonu katlus ar katras grupas vajadzīgo jaudu.
Jonu (elektrodu) katli nav piemēroti tādām apkures sistēmām kā “silta grīda” vai “silts cokols”, jo tajos cirkulējošā dzesēšanas šķidruma temperatūra nedrīkst pārsniegt 45 ° C – katls nespēs sasniegt nepieciešamo darba temperatūru.
Jonu katlu pārskats – mēs sildām ūdeni ar elektrisko strāvu
Jonu katls ir piemērots ūdens sildīšanai, izmantojot elektrisko strāvu, un ir unikāls ar savu vairākām priekšrocībām. Plāksnī ievietotās spēcīgās sildelementi nodrošina ātru un efektīvu sildīšanu, kopā ar ļoti augstu drošību. Vienkārši uzstādīšanai un kontrolējamais termostats padara šo ierīci par izdevīgu un ērtu lietošanai.
Inženiertehniskās sistēmas 
Vai Jonu katls ir efektīvs risinājums siltā ūdens apkurei, izmantojot elektrību? Kāds ir tā ietekme uz elektroenerģijas patēriņu un vai tas ir ilgtspējīgs un ekonomisks variants? Ir citas alternatīvas aplūkošanas?