Induktionsheizkessel: Arten, Überblick über Vor- und Nachteile, wie man ein gutes Modell auswählt

Auf dem Markt der Haushaltsgeräte ist der Induktionsheizkessel noch eine Neuheit, obwohl die Beliebtheit dieser innovativen Lösung rapide zunimmt. Unter den Elektroheizkesseln machen Induktionsmodelle etwa 30% aus. Worin unterscheidet sich dieses Gerät von seinen Konkurrenten mit herkömmlichen Heizstäben oder Elektroden?

Wir erklären Ihnen alles über das Funktionsprinzip und die einzigartigen Vorteile der Geräte, deren Arbeit auf der Nutzung von Induktion basiert. In dem von uns vorgeschlagenen Artikel werden seine Varianten aufgeführt und detailliert beschrieben. Unsere Montagetipps helfen Ihnen, die Heizungsanlage eines Ferienhauses, eines Geschäfts oder eines Lagers problemlos einzurichten oder zu modernisieren.

Besonderheiten der Konstruktion und des Betriebs

Ein Induktionskessel kann Wärme erzeugen und Räume durch elektromagnetische Induktion beheizen. Dieses physikalische Phänomen wurde bereits von Faraday während seiner Experimente mit einem zylindrischen Magnetstab entdeckt, um den ein Kupferdraht spiralförmig gewickelt war.

Aufbau des Induktionsgeräts

Ein moderner Induktionsheizkessel umfasst ebenfalls eine Induktionsspule und einen Kern. Beim Durchfließen von Wechselstrom durch die Spule entsteht ein elektromagnetisches Feld.

Das Feld erzeugt Wirbelströme, die den Kern erhitzen, dessen Wärme an das Heizmedium übertragen wird. Die Menge dieser Wärme wird durch das Joule-Lenz-Gesetz bestimmt.

Ein Induktionsheizkessel ist ein komplexes, mehrkomponentiges Gerät. Um das Funktionsprinzip eines Induktionsgeräts besser zu verstehen, sollte man sich an den Schulphysikkurs erinnern.

Ein Induktionsheizkessel besteht aus zwei Hauptteilen. In einem Teil, bestehend aus Spule und Kern, findet die Bildung des Magnetfelds statt. Der zweite Teil ist ein Wärmetauscher mit einer Arbeitsflüssigkeit (Heizmedium).

Die Funktion des Wärmeträgers erfüllt normales Wasser oder eine Mischung aus Wasser und Ethylenglykol. Es ist auch die Verwendung anderer Flüssigkeiten möglich, deren Auswahl vom jeweiligen Kesselmodell abhängt.

Das Heizsystem mit einem Induktionskessel wird immer in einen geschlossenen Kreislauf eingebunden. Zum Montageschema gehört auch ein Membranausdehnungsgefäß, das zur Aufnahme von überschüssigem Wasser erforderlich ist, das aufgrund seiner thermischen Ausdehnung entsteht. Wenn ein solches Gefäß nicht im Lieferumfang enthalten ist, wird es separat erworben.

Spezifik des Einsatzes in Heizkreisläufen

Induktionskessel sind für den Betrieb in Systemen mit Zwangsumwälzung ausgelegt. Daher muss im Anschlussplan unbedingt eine Umwälzpumpe vorhanden sein, die die Bewegung der Arbeitsflüssigkeit im Heizkreislauf fördert.

Diese Notwendigkeit ergibt sich aus den relativ kleinen Volumina der Wärmetauscher – durch die schnelle Erwärmung kocht das Wasser darin schneller, als eine Schwerkraftzirkulation entsteht.

Induktionskessel werden zusammen mit einem externen Steuergerät geliefert, das zur Automatisierung des Betriebs der Heizungsanlage dient.

In Mehrkreissystemen werden Umwälzpumpen für jeden Kreislauf installiert. Wenn im Haus eine Fußbodenheizung betrieben wird, müssen ein Verteiler und eine zusätzliche Pumpe im Lieferumfang enthalten sein.

Das Steuerungssystem des Kessels umfasst neben dem Thermostat und den Temperatursensoren auch eine sogenannte Sicherheitsgruppe, die Überhitzung, Drucküberschreitung und die Belastungsgrenze der Bauteile verhindern soll.

Zur Sicherheitsgruppe gehören in der Regel ein Manometer, Entlüfter und Sicherheitsventile. Der Schutz vor Spannungsspitzen wird durch automatische Komponenten realisiert. Die Behandlung einzelner Teile mit Vergussmasse erhöht deren Schutz. Dank der Schutzkomponenten wird ein sicherer und unterbrechungsfreier Betrieb des Kessels gewährleistet.

In das Montageschema der Heizungsanlage mit einem Induktionskessel werden unbedingt ein Ausdehnungsgefäß und eine Sicherheitsgruppe einbezogen, die einen übermäßigen Druckanstieg im geschlossenen Kreislauf verhindert.

Haushalts-Induktionskessel arbeiten je nach Nennleistung mit einer Spannung von 220 V oder 380 V bei einer Stromfrequenz von 50 Hz. Um den Elektroheizkessel an das Stromnetz anzuschließen, muss das örtliche Energieversorgungsunternehmen (Stromanbieter) benachrichtigt und dessen Zustimmung eingeholt werden.

Der Anschluss kann ein- oder dreiphasig erfolgen. Die für den Netzanschluss verwendeten Leitungen müssen einen entsprechenden Querschnitt aufweisen.

Im Induktionsgerät wird die Heizung durch zyklisches Ein- und Ausschalten geregelt. Dabei helfen die Temperatursensoren (Thermoelement), die zum Steuerungssystem gehören.

Schnittansicht eines Induktionskessels mit Angabe der Strömungsrichtung des Wärmeträgers. Im kalten Zustand tritt der Wärmeträger durch den unteren Stutzen ein und wird nach dem Erhitzen durch den oberen Stutzen in das Heizsystem geleitet.

Der Benutzer stellt die optimale Temperatur ein, und der Kessel schaltet sich nach dem Erhitzen des Wärmeträgers auf eine bestimmte Temperatur automatisch aus und nach dem Abkühlen wieder ein.

Dank des kontinuierlichen Heizzyklus des Wärmeträgers wird in den beheizten Räumen ein angenehmes Raumklima aufrechterhalten. Bei vielen Modellen werden die Temperaturdaten und andere Betriebsparameter auf dem Display angezeigt, was die Überwachung des Betriebs erleichtert.

Optional werden Induktionsheizkessel mit GSM-Modulen ausgestattet, um die Raumtemperatur zu überwachen und per Smartphone von jedem Ort der Welt mit Internetzugang zu steuern. Bei der Rückkehr aus dem Urlaub oder einer Dienstreise kann das Heizsystem vorab eingeschaltet und das Haus auf die Ankunft vorbereitet werden.

Arten von Induktionskesseln

Alle Modelle von Induktionskesseln arbeiten nach dem gleichen Prinzip, es gibt jedoch Unterschiede in ihrer konstruktiven Ausführung. Nach diesem Kriterium werden sie grob in mehrere Typen unterteilt, die im Folgenden betrachtet werden.

Mantelkessel. Der Kesselmantel hat eine zylindrische Form. Im Mantel befindet sich die Induktionsspule. Sowohl innerhalb als auch außerhalb der Spule verläuft der Wärmetauscher.

Die in den Eintrittsstutzen eintretende Arbeitsflüssigkeit durchströmt den Wärmetauscher, erwärmt sich und gelangt über den oberen Stutzen in den Heizkreislauf. Kessel vom Manteltyp werden in Russland von der NPK «INERA» hergestellt. Auf dem Markt sind sie unter der Marke SAV bekannt.

Kessel mit volumetrischen Wärmetauschern. Diese Art von Kesseln wird auch als induktiv-konduktiv bezeichnet. Das Gerät hat ein metallisches Gehäuse in Zylinderform.

Im Gehäuse ist eine Induktionsspule mit einem ferromagnetischen Stab angeordnet, der die Funktion eines Wärmetauschers übernimmt. Induktiv-konduktive Kessel werden auf dem Markt durch die Serie WIN vertreten. Der Hersteller – das Werk für Heizgeräte «Alternative Energie».

Kessel mit Rohrwärmetauscher. Klassische Induktionskessel haben einen Wärmetauscher in Form eines Rohrsatzes, der die Induktionsspule umgibt. Das erste auf dem Markt war genau ein solches Aggregat.

Induktionskessel mit Wechselrichtern. Ein Induktionskessel kann mit einem Wechselrichter ergänzt werden, in dem der Gleichstrom der Batterien in hochfrequenten Wechselstrom umgewandelt wird und erst dann zur Induktionsspule gelangt.

Eine solche Lösung hilft, die notwendigen Wirbelströme zur Wärmeerzeugung zu erhalten, wenn keine Netzstromversorgung vorhanden ist.

Die Verwendung eines Wechselrichters in einer Anlage mit Induktionskesseln ermöglicht es, die Stromversorgung elektrischer Geräte zu stabilisieren und sie vor Spannungsschwankungen im Netz zu schützen.

Was sollten Sie über die Montage wissen?

Im Lieferumfang der elektrotechnischen Geräte sind ein technisches Datenblatt mit einer detaillierten Beschreibung der Eigenschaften und eine Anleitung enthalten, in der die Montage- und Betriebsvorschriften angegeben sind. Die Installation der Kessel muss gemäß der beiliegenden Anleitung erfolgen.

Bei Mängeln, z. B. wenn das System keine Pumpe für die Zwangsumwälzung hat, kann der Kessel von der Garantieleistung ausgeschlossen werden. Daher empfehlen die Hersteller, erfahrene Installateure oder geschulte Mitarbeiter des Unternehmens, das die Elektrogeräte verkauft hat, mit der Montage zu beauftragen.

Ein Induktionskessel kann in ein bereits vorhandenes Heizsystem entweder als Haupt- oder als Reservegerät bei Parallelschaltung eingebaut werden. Was den Montageort betrifft, so müssen unbedingt die für alle elektrischen Heizgeräte üblichen Regeln eingehalten werden.

Das Heizgerät muss einen Abstand von mindestens 80 cm von der Decke und dem Boden haben. Der Abstand zur Wand muss mindestens 30 cm betragen. Wie jedes leistungsstarke Energiegerät muss der Induktionskessel gemäß GOST 12.2.007.0 geerdet sein.

Der Kabelquerschnitt für den Anschluss des Induktionskessels wird anhand der Geräteleistung berechnet. Die elektrische Verkabelung wird in Kabelkanälen oder Wellrohren verlegt.

Vorteile von Induktionsheizkesseln

Induktionskessel bieten viele absolute und relative Vorteile, darunter die folgenden:

• der höchste Wirkungsgrad unter allen Elektrokesseln;
• Unveränderlichkeit der energetischen Eigenschaften;
• minimale Anforderungen an den Wärmeträger;
• erhöhte Zuverlässigkeit;
• rekordverdächtig lange Lebensdauer;
• Fähigkeit zum autonomen Betrieb;
• einfache Montage ohne Lüftungssystem;
• automatisches Steuerungssystem;
• keine Notwendigkeit für Lieferung und Lagerung von Brennstoff:
• Erwärmung des Wärmeträgers auf bis zu 95 Grad;
• hohes Sicherheitsniveau.

Das Gerät wandelt elektrische Energie mit einem Wirkungsgrad von 98-99 % in Wärme um. Zum Erhitzen des Wärmeträgers werden 7-10 Minuten benötigt. Die einfache Konstruktion ohne bewegliche mechanische Teile und die als Materialien verwendeten Stahllegierungen machen die Induktionskessel rekordverdächtig langlebig.

Ein solches Gerät kann nur durch eine Beschädigung der Isolierung außer Betrieb gesetzt werden. Wie die Betriebspraxis von Transformatoren zeigt, die in ihrer Konstruktion Induktionskesseln weitgehend ähneln, können sie tatsächlich viele Jahrzehnte halten.

Laut Herstellerangaben gewährleisten Geräte, die den Effekt der elektromagnetischen Induktion nutzen, eine unterbrechungsfreie Raumheizung über 100.000 Stunden, also 30 Heizperioden. Dabei nimmt ihre Leistung im Laufe der Zeit nicht ab, was man von Elektrodenkesseln und gewöhnlichen Heizstabkesseln nicht sagen kann.

Induktionskessel können sowohl als Haupt- als auch als Zusatzgerät eingesetzt werden. Zum Beispiel zur Aufbereitung des Wärmeträgers für eine unregelmäßig genutzte Fußbodenheizung.

Die gleichen Gründe, die für die Langlebigkeit und erhöhte Zuverlässigkeit von Induktionsheizgeräten verantwortlich sind, senken gleichzeitig die Betriebskosten. Ein Induktionskessel benötigt keine regelmäßige Wartung und Reparatur, was Geld spart.

Im Vergleich zu vielen anderen Brennstoffarten bleibt die Nutzung von Elektrizität zur Beheizung von Häusern am günstigsten. Dies gilt insbesondere für nicht an das Gasnetz angeschlossene Ortschaften.

Die Konstruktion eines zertifizierten Induktionskessels verhindert Kurzschlüsse. Die Hersteller geben an, dass jedes Modell die höchste Klasse der elektrischen Sicherheit aufweist. Man sollte den Induktionskessel nicht mit einem Mikrowellenherd verwechseln, da für seinen Betrieb eine andere Frequenz des elektrischen Stroms verwendet wird.

Die Erwärmung des Wärmeträgers im Induktionskessel erfolgt gleichmäßig – der Temperaturunterschied im System beträgt nicht mehr als 30 °C. Lokale Überhitzungen, die zu Bränden führen könnten, gibt es nicht, was diese Geräte brandsicher macht.

Durch die Magnetisierung des Wärmeträgers, feine Vibrationen, die für die Umgebung unsichtbar sind, und turbulente Verwirbelungen bilden sich in Induktionskesseln fast keine mineralischen Ablagerungen, was sich positiv auf die Effizienz auswirkt. Erinnert sei daran, dass eine dicke Kalkschicht die Geschwindigkeit und Effizienz der Wärmeträgererwärmung verlangsamt.

Zur Leistungssteigerung kann eine Kaskade aus drei oder mehr Induktionskesseln mit einem gemeinsamen Schaltschrank eingesetzt werden. Eine solche Lösung hilft, ein zweistöckiges Einfamilienhaus zu beheizen.

Wenn die in der Anleitung angegebenen Betriebshinweise beachtet werden, kann man nach der Montage und Einstellung der Temperatur den Kessel während der gesamten Heizsaison vergessen. Im Gegensatz zu den festbrennstoffbetriebenen «Kollegen» benötigen Induktionsgeräte kein regelmäßiges Nachlegen von Holz und Kohle sowie keine Entfernung von Asche. Eine Reinigung der Rohre ist nicht erforderlich, was sie von anderen Typen der Elektrokessel unterscheidet.

Der Kessel selbst und die dazugehörige Zusatzausrüstung nehmen wenig Platz ein und können in einem Raum mit kleiner Grundfläche installiert werden. Die Komponenten des Steuerungssystems ermöglichen den Einsatz von Induktionskesseln in Verbindung mit anderen Klimageräten.

Induktionskessel können in ein intelligentes System zur Steuerung von Haushaltsgeräten integriert werden, das als “Smart Home” bezeichnet wird.

Nachteile von Induktionsmodellen

Ideale technische Lösungen gibt es noch nicht. Selbst die ausgefeilteste Ausrüstung hat ihre Nachteile, und der Induktionsheizkessel bildet da keine Ausnahme.

Typisch für ihn sind:

• Hoher Preis;
• Hohes Gewicht;
• Lärm.

Bei der Herstellung von Induktionskesseln werden teure Materialien verwendet, darunter Ferromagnete, die auf magnetische Felder reagieren.

Damit der Kessel seine Funktion erfüllt, müssen Ingenieure den Durchmesser des Drahtes der Spule, die Anzahl seiner Windungen, die Größe des Kerns und andere Parameter genau berechnen. Anschließend müssen alle diese Berechnungen im fertigen Produkt umgesetzt werden.

Die Herstellung von Induktionsgeräten ist daher ein arbeits- und materialintensiver Prozess, der die hohen Produktionskosten verursacht. Gleichzeitig wird dieser Nachteil durch die lange Lebensdauer und die minimalen Betriebskosten ausgeglichen.

Die kompakten Abmessungen des Kessels gehen mit einem erheblichen Gewicht einher, was auf die große Anzahl von Stahlteilen zurückzuführen ist. Einige Modelle wiegen 40 kg. Der Induktionskessel erzeugt im Betrieb ein geringes Geräusch, aber dieser Nachteil wird leicht durch schalldämmende Dichtungen behoben, die bei der Montage empfohlen werden.

Regeln für die Auswahl der Geräte

Bei der Auswahl eines Induktionskessels sind die wichtigsten Kriterien seine Leistung und die Eigenschaften des zu beheizenden Raums. Es wird davon ausgegangen, dass für die Beheizung von 10 m² bei einer Raumhöhe von bis zu 3 Metern 1 kW erforderlich ist.

Somit reicht es, die Fläche des beheizten Raums durch 10 zu teilen, und man erhält die erforderliche Nennleistung des Elektrokessels. Zum Beispiel benötigt ein Haus mit 100 m² einen Induktionsheizer mit 10 kW.

Wenn Sie die erforderliche Kesselleistung nicht mit hoher Genauigkeit berechnen möchten, können Sie eine vereinfachte Variante verwenden. Demnach können Induktionskessel mit einer Leistung von nur 3-4 kW einen Raum von 30-40 m² beheizen.

Um nicht für unnötige Leistung zu viel zu bezahlen und bei unzureichender Leistung nicht zu frieren, müssen Sie die spezifischen Eigenschaften des Hauses oder eines anderen Objekts bewerten, einschließlich der Wandmaterialien, der Fensterfläche, der vorhandenen Wärmedämmung usw., und auf der Grundlage dieser Daten die Heizungsausrüstung auswählen.

Es schadet nicht, sich beim Verkäufer auch nach dem Leistungsfaktor zu erkundigen, also dem Verhältnis von Wirk- zu Scheinleistung des gewählten Modells. Dieser Wert wird als Kosinus Phi (Cos φ) bezeichnet und in Voltampere gemessen. Er hilft zu bestimmen, welcher Anteil der verbrauchten elektrischen Energie direkt zur Erwärmung des Wärmeträgers verwendet wird und welcher zur Erzeugung des Magnetfelds.

Die Werte des Leistungsfaktors liegen zwischen 0 und 1. Bei Induktionskesseln mit durchdachter Konstruktion beträgt der Cos φ 0,97-0,98 kVA, was als ausgezeichneter Wert gilt, da fast der gesamte verbrauchte Strom zur Erwärmung des Arbeitsmediums genutzt wird.

Die Modellvielfalt ermöglicht es, eine Variante für die Nutzung als primäre oder sekundäre Wärmequelle auszuwählen. Leistungsstarke Kessel, die mit 380 V betrieben werden, können eigenständig Häuser, gewerbliche und industrielle Objekte mit großer Fläche beheizen.

Für den Einsatz im Wochenendhaus oder in der Garage können Sie einen effizienten Induktionskessel mit eigenen Händen bauen. Eine detaillierte Bauanleitung für diese nützliche Selbstbauanlage stellt der folgende Artikel vor.

Fazit und nützliche Videos zum Thema

Das Video veranschaulicht das Funktionsprinzip des Induktionsgeräts:

Expertenmeinung zur Betriebssicherheit von Induktionskesseln:

Videopräsentationen von Induktionskesseln der ZSTM (Sibirische Technologische Maschinenbaufabrik):

Induktionsheizkessel bieten viele Vorteile und Wettbewerbsvorteile bei geringfügigen oder leicht behebbaren Nachteilen. Wie vorteilhaft eine solche Option für die Beheizung eines bestimmten Hauses ist, kann nur durch Abwägen aller Vor- und Nachteile entschieden werden.

Eine unbestreitbare Tatsache bleibt die stetig steigende Nachfrage nach solchen Geräten, und dieser Trend wird sich höchstwahrscheinlich auch in Zukunft fortsetzen.

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