Examen des chaudières ioniques – nous chauffons l’eau avec du courant électrique

Points d’article

• Histoire et principe de fonctionnement de la chaudière ionique (électrode)
• Caractéristiques des chaudières à ions (électrodes)
• Dispositif et installation de la chaudière à électrodes
• Chaudière ionique – prix et fabricants
• À la fin

Dans cet article: une chaudière à électrodes – une idée originale des entreprises de défense; comment fonctionne une chaudière ionique; est-il possible de chauffer de l’eau sans source de chaleur; résistance ohmique inférieure – ajoutez du sel à l’eau; avantages et inconvénients des chaudières ioniques; dispositif de chaudière à électrodes; comment installer correctement la chaudière à électrodes; quels appareils de chauffage peuvent être utilisés dans un circuit avec une chaudière ionique et lesquels ne le peuvent pas; fabricants et prix; à la fin – les nuances de l’installation de chaudières ioniques.

Combien de façons de chauffer votre maison à l’électricité connaissez-vous? Le plus souvent, une chaudière avec un chauffe-eau vient à l’esprit – ayant une résistance élevée, le fil nichrome à l’intérieur d’un tel appareil de chauffage se réchauffe, transférant la chaleur au remplisseur de tube, puis à la coque métallique et, enfin, à l’eau. Pourquoi ne pas simplifier la tâche et ne pas chauffer le liquide de refroidissement sans passer par un intermédiaire, car vous pouvez le faire en utilisant des électrodes primitives de deux lames de rasoir, en y connectant des fils et en les connectant à l’alimentation électrique? C’est à partir de cette logique que les créateurs des premiers modèles de chaudières à ions (électrodes), développés à l’origine pour les besoins de la marine de l’URSS, ont procédé.

Histoire et principe de fonctionnement de la chaudière ionique (électrode)

Ce type de chaudières de chauffage a été créé au milieu du siècle dernier par des entreprises du complexe de défense pour les besoins de la flotte sous-marine de l’URSS, en particulier pour chauffer les compartiments des sous-marins à moteurs diesel. La chaudière à électrodes était entièrement conforme aux conditions de commande des sous-mariners – elle avait des dimensions extrêmement petites pour les chaudières de chauffage conventionnelles, n’avait pas besoin de hotte d’extraction, ne créait pas de bruit pendant le fonctionnement, chauffait efficacement le liquide de refroidissement, qui était le plus approprié pour l’eau de mer ordinaire.

Dans les années 90, les commandes de l’industrie de la défense avaient fortement diminué en volume, et les besoins de la marine en chaudières ioniques étaient réduits à zéro. La première version « civile » de la chaudière à électrodes a été créée par les ingénieurs A.P. Ilyin et D.N. Kunkov, qui a reçu le brevet correspondant pour leur invention en 1995.

Le principe de fonctionnement de la chaudière ionique est basé sur l’interaction directe du fluide caloporteur, qui occupe l’espace entre l’anode et la cathode, avec un courant électrique. Le passage d’un courant électrique à travers le liquide de refroidissement provoque un mouvement chaotique d’ions positifs et négatifs: les premiers se dirigent vers une électrode chargée négativement; le second – au chargé positivement. Le mouvement constant des ions dans un milieu qui résiste à ce mouvement provoque un échauffement rapide du liquide de refroidissement, ce qui est notamment facilité par l’inversion des rôles des électrodes – chaque seconde leur polarité change 50 fois, c’est-à-dire chacune des électrodes en une seconde sera l’anode 25 fois et la cathode 25 fois, puisqu’elles sont connectées à une source CA de 50 Hz. Il convient de noter que c’est précisément un changement de charge si fréquent au niveau des électrodes qui ne permet pas à l’eau de se décomposer en oxygène et en hydrogène – un courant électrique constant est nécessaire pour l’électrolyse. Au fur et à mesure que la température monte dans la chaudière, la pression monte, provoquant la circulation du liquide de refroidissement le long du circuit de chauffage.

Ainsi, les électrodes installées dans le réservoir de la chaudière ionique ne participent pas directement au chauffage de l’eau et ne se réchauffent pas elles-mêmes – les ions chargés positivement et négativement, divisés sous l’influence du courant électrique des molécules d’eau, sont responsables de l’augmentation de la température de l’eau..

Une condition importante pour le fonctionnement efficace d’une chaudière ionique est la présence d’une résistance ohmique de l’eau à un niveau ne dépassant pas 3000 Ohm à 15 ° C, pour laquelle ce liquide de refroidissement doit contenir une certaine quantité de sels – initialement, des chaudières à électrodes ont été créées sous l’eau de mer. Autrement dit, si vous versez de l’eau distillée dans le système de chauffage et essayez de le chauffer avec une chaudière ionique, il n’y aura pas de chauffage, car il n’y a pas de sel dans cette eau, ce qui signifie qu’il n’y aura pas de circuit électrique entre les électrodes.

Caractéristiques des chaudières à ions (électrodes)

Possédant les caractéristiques positives inhérentes aux chaudières électriques, ce type de chaudières possède également un certain nombre de ses propres. Je noterai tous les avantages:

• rendement élevé, proche de 100% (cependant, tout radiateur électrique a un rendement d’au moins 96%);
• dimensions extrêmement petites avec une puissance élevée, par rapport à toutes les autres chaudières;
• aucune cheminée requise;
• capable d’augmenter indépendamment la pression dans le circuit de chauffage;
• contrairement aux chaudières à éléments chauffants, il n’y a pas de risque d’accident à un niveau insuffisant du liquide de refroidissement dans le réservoir de la chaudière – un manque de liquide de refroidissement ne conduira qu’à la terminaison de la chaudière, car il n’y aura pas de circuit électrique entre les électrodes;
• l’inertie extrêmement faible vous permet de contrôler efficacement les conditions de température pendant le fonctionnement de la chaudière à l’aide de l’automatisation.Par conséquent, le fonctionnement le moins énergivore du système de chauffage est obtenu – la température dans les pièces chauffées sera toujours au niveau réglé sur le contrôleur automatique;
• les chutes de tension dans le réseau électrique n’endommagent pas la chaudière ionique – seule sa puissance change, le travail ne s’arrête pas;
• installation en tant que source supplémentaire d’énergie thermique, l’installation de plusieurs chaudières ioniques en même temps est autorisée;
• il n’y a absolument aucun impact négatif sur l’environnement.

Inconvénients de la chaudière à électrodes:

• ne consomme que du courant alternatif, avec une électrolyse de l’eau en courant continu;
• exigences élevées pour les caractéristiques électrolytiques du liquide de refroidissement, lorsqu’ils changent, la qualité du travail (production de chaleur) diminue fortement. Le contrôle de la conductivité électrique du liquide de refroidissement est nécessaire;
• nécessite une mise à la terre obligatoire (cependant, comme tout appareil de chauffage avec chauffe-eau). Dans le même temps, les risques de choc électrique en cas de rupture d’isolation sont plus élevés que ceux des éléments chauffants;
• la température de chauffage du liquide de refroidissement ne doit pas dépasser 75 ° C, sinon la consommation d’énergie de la chaudière augmentera considérablement;
• la formation de tartre sur les électrodes réduit la puissance de la chaudière, car elle empêche l’ionisation du liquide de refroidissement;
• exigences élevées pour les caractéristiques de qualité des appareils de chauffage;
• la nécessité d’équiper le système de chauffage d’une pompe de circulation;
• l’usure des électrodes causée par la tension alternative, nécessitant un remplacement périodique;
• dans un circuit de chauffage climatisé contenant un électrolyte réfrigérant, les processus de corrosion seront accélérés de nombreuses fois;
• dans un système à circuit unique, l’utilisation d’eau chauffée pour les besoins domestiques est inacceptable;
• les travaux de mise en service nécessitent la participation de spécialistes – il est presque impossible d’abaisser indépendamment la résistance ohmique de l’eau avec une augmentation de sa conductivité au niveau optimal;
• la conductivité électrique du liquide de refroidissement change pendant le fonctionnement, il est nécessaire de la contrôler et, par conséquent, de disposer des connaissances et des équipements appropriés.

Dispositif et installation de la chaudière à électrodes

Il a une conception assez simple, dans laquelle une attention particulière est accordée à la protection contre les fuites électriques: un tube en acier étiré solide en tant que corps, sur le dessus est recouvert d’une couche isolante électrique en polyamide; tuyaux d’entrée et de sortie du liquide de refroidissement; bornes pour l’alimentation du boîtier et de la terre; une électrode en alliage spécial (les chaudières triphasées sont équipées de trois électrodes), isolée avec des écrous en polyamide; isolation supplémentaire avec des joints en caoutchouc aux connecteurs.

À l’extérieur, une chaudière ionique domestique a une forme cylindrique, son diamètre ne dépasse généralement pas 320 mm, sa longueur – 600 mm et son poids – 12 kg. La plus petite puissance – 2 kW (pour le chauffage des locaux environ 80 m³), maximum – 50 kW (chauffage des locaux environ 1600 m³). Les chaudières monophasées ont une capacité de 2 à 6 kW, triphasées – de 9 à 50 kW. La consommation d’énergie de la chaudière atteint le niveau nominal (la capacité déclarée par le fabricant en kilowatts) lorsque la température à l’intérieur atteint 75 ° C – à des températures plus basses, la consommation d’énergie est inférieure, car la conductivité du courant est plus faible dans un liquide de refroidissement plus froid. Il est à noter que la température de 75 ° C est optimale pour les chaudières ioniques, car avec le développement d’une température plus élevée, la consommation d’énergie des chaudières dépassera celle indiquée dans la fiche technique..

Un système de contrôle automatique (contrôleur) est inclus avec la chaudière à électrodes, qui comprend un thermostat électronique, une protection automatique contre les surtensions dans le secteur et une unité de démarrage. Certains modèles de contrôleurs permettent à la fois le contrôle direct et le contrôle à distance via des canaux gsm. C’est le contrôleur qui fournit les économies d’électricité déclarées par les fabricants de chaudières ioniques – contrairement à l’eau de chauffage à l’aide d’éléments chauffants, le chauffage par électrode vous permet de modifier la température du liquide de refroidissement en un temps plus court, car a une faible inertie.

Dans un système de chauffage ouvert avec circulation naturelle du liquide de refroidissement, ce dernier remonte les tuyaux en raison de la dilatation thermique et de la pression dans la chaudière ionique, pénètre dans les radiateurs et se refroidit, puis revient par le tuyau de retour à la chaudière, où il se réchauffe et répète à nouveau le cycle. Le système de chauffage fermé est en outre équipé d’un vase d’expansion-expansomat et d’une pompe de circulation, ce qui est nécessaire au stade initial du chauffage du liquide de refroidissement.

Lors de l’installation d’une chaudière à électrodes, il est obligatoire d’équiper le circuit de chauffage à son point le plus élevé d’un groupe de sécurité – un purgeur d’air automatique, un manomètre, une soupape explosive (contre-sécurité). Dans les systèmes ouverts, les vannes de commande ou d’arrêt ne doivent être installées qu’après le vase d’expansion, c.-à-d. le tronçon de tuyauterie entre la sortie de la chaudière et jusqu’au vase d’expansion ne doit pas contenir de vannes d’arrêt! Dans les systèmes de type fermé, des vannes d’arrêt sont installées sur une section de la canalisation après le vase d’expansion et avant d’entrer dans la chaudière. Si, cependant, immédiatement après avoir quitté la chaudière, un groupe de sécurité est installé, les vannes d’arrêt peuvent être installées avant l’expansomat – dans ce cas, le vase d’expansion doit être installé dans la section de retour..

Les chaudières ioniques de tous les modèles sont installées dans le système de chauffage strictement verticalement, avec leur propre fixation au mur. Les premiers 1200 mm de tuyauterie sur l’alimentation en liquide de refroidissement de la chaudière sont constitués d’un tuyau métallique non galvanisé, puis l’utilisation de tuyaux métal-plastique est autorisée.

Une mise à la terre fiable de la chaudière ionique est impérative, car en cas de fuite de courant, ce problème ne peut pas être résolu à l’aide d’un disjoncteur différentiel. Le fil de cuivre de mise à la terre doit avoir une section de 4 à 6 mm, sa résistance ne doit pas être supérieure à 4 ohms – le conducteur est connecté à la borne zéro située dans la partie inférieure du corps de la chaudière. La mise à la terre doit répondre aux exigences du PUE.

Idéalement, il est prévu d’installer une chaudière à électrodes dans un nouveau système de chauffage, prélavé à l’eau claire. Lors de l’insertion d’une chaudière dans un circuit existant, elle doit être soigneusement rincée avec de l’eau additionnée d’agents spéciaux – leur liste et leurs proportions sont décrites dans le passeport technique de la chaudière, chaque fabricant insiste sur l’utilisation de certains inhibiteurs. Si cette condition n’est pas remplie, les dépôts de sel (tartre) interfèrent avec le réglage précis de la résistance ohmique du liquide de refroidissement..

Lorsque vous choisissez des radiateurs de chauffage pour un système avec une chaudière ionique, faites très attention à leur consommation de liquide de refroidissement en litres – vous devez savoir combien de litres un radiateur consomme, puis calculer la cylindrée totale en fonction du nombre de radiateurs requis. Il convient de noter que les appareils de chauffage particulièrement spacieux ne conviennent pas, car Un tel système de chauffage consommera plus de 10 litres de liquide de refroidissement par kilowatt de la puissance installée de la chaudière, ce qui l’obligera à fonctionner sans interruption, ce qui n’est pas rentable du point de vue de la consommation électrique. Idéalement, la cylindrée totale du système de chauffage devrait être d’environ 8 litres par kilowatt de puissance..

Selon le matériau de fabrication, les radiateurs bimétalliques et en aluminium sont les plus adaptés aux systèmes de chauffage avec une chaudière à électrodes. Lors du choix des appareils de chauffage en aluminium, un critère important est l’origine de l’aluminium – qu’il soit primaire (c’est-à-dire obtenu à partir de matériaux naturels – bauxite, alunite, néphéline, etc.) ou secondaire, refondu à partir de matériaux recyclés. Le problème est que les radiateurs moins chers en aluminium secondaire sont constitués d’un alliage à haute teneur en impuretés qui augmentent la résistance ohmique du liquide de refroidissement..

Dans les systèmes de chauffage ouverts, il serait correct d’installer des dispositifs de chauffage en aluminium avec un revêtement interne en polymère qui réduit la corrosion; dans les systèmes fermés, de tels radiateurs ne sont pas nécessaires – les processus de corrosion sont activés lorsqu’il y a de l’air dans le volume du liquide de refroidissement, c’est-à-dire sa teneur en sel ne provoque pas de corrosion.

Les radiateurs en fonte pour les systèmes de chauffage avec chauffage du liquide de refroidissement d’une chaudière à électrodes sont les moins appropriés, car ils sont fortement contaminés de l’intérieur et les particules de saleté affecteront la conductivité du courant. De plus, les radiateurs en fonte consomment une quantité importante de liquide de refroidissement, qui peut dépasser la capacité installée de ce modèle de chaudière ionique – ses modèles plus puissants seront nécessaires. Les fabricants de chaudières à électrodes autorisent l’utilisation de radiateurs en fonte, sous réserve des conditions suivantes: ils sont fabriqués selon la norme européenne (c’est-à-dire en Turquie ou en Tchécoslovaquie); sur la conduite de retour, avant d’entrer dans la chaudière, des réservoirs de sédimentation des boues (récupérateurs de boues) et des filtres grossiers sont installés dans la canalisation.

Chaudière ionique – prix et fabricants

Les chaudières à électrodes des fabricants suivants sont représentées en Russie et dans les pays de la CEI – la société russe CJSC « Firm » Galan « (la marque du même nom), la société lettone » Stafor EKO « (la même marque) et l’ukrainien SPD-FO Goncharenko O.A. (marque « EOU » (installation de chauffage à économie d’énergie)).

Le coût d’une chaudière à électrodes dépend de sa puissance – une chaudière d’une capacité de 2 kW coûtera en moyenne à l’acheteur 3000 roubles. Il convient de garder à l’esprit que l’ensemble des automatisations nécessaires est vendu, en règle générale, séparément – son coût sera d’environ 6500 roubles, c’est-à-dire deux fois plus cher que la chaudière elle-même.

La période de garantie d’une chaudière à électrodes, selon le fabricant, varie d’un an à deux ans. La durée de vie moyenne de ces chaudières est d’environ 10 ans, sous réserve du respect des exigences de fonctionnement du liquide de refroidissement et du remplacement rapide des électrodes (environ tous les 2 à 4 ans).

À la fin

Lors de la création d’un système de chauffage basé sur le chauffage du liquide de refroidissement d’une chaudière à électrodes, les nuances suivantes doivent être respectées:

• la consommation électrique de la chaudière est nettement plus élevée si elle est installée dans un circuit de chauffage précédemment utilisé. Il est préférable d’installer la chaudière ionique dans un circuit spécialement créé pour elle;
• lors de l’utilisation d’antigel comme liquide de refroidissement, une attention particulière doit être portée aux connexions amovibles, car sa fluidité est supérieure à celle de l’eau;
• tous les tuyaux qui forment le circuit de chauffage doivent être enveloppés d’une couche d’isolation thermique – cette mesure facilitera la tâche de la chaudière pour atteindre le mode de fonctionnement optimal;
• si des groupes de radiateurs de chauffage sont situés à différents niveaux (étages) du bâtiment, il sera alors plus efficace, bien que moins rentable économiquement, d’installer des chaudières ioniques indépendantes de la puissance requise pour chaque groupe.

Les chaudières ioniques (à électrodes) ne conviennent pas aux systèmes de chauffage tels que «plancher chaud» ou «plinthe chaude», car la température du liquide de refroidissement qui y circule ne doit pas dépasser 45 ° C – la chaudière ne pourra pas atteindre la température de fonctionnement requise.

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