ИБП для газового котла — расчет и выбор

Современные газовые котлы водяного отопления эффективные и экономичные, но, в отличие от старых, у них  есть слабое место. Все новые котлы отопления оборудованы системой автоматики, а система включает в себя циркуляционный насос, требующие качественного и бесперебойного электропитания. Более того, котел может отключится по внутренней защите при пониженном напряжении сети. Если проблему импульсных помех и перепадов напряжения  можно решить подключением котла и оборудования системы отопления через стабилизатор, то в случае отключения электричества стабилизатор уже не поможет — автоматика отключит котёл, и запустить его будет возможно только после появления электроснабжения. Отключение системы отопления может быть фатальным для всей системы, особенно в сильный мороз. И даже если у Вас нет проблем с электроснабжением, ни кто не застрахован от сюрпризов природы, порывов линий и прочих аварийных ситуаций. А пониженное напряжение в некоторых населенных пунктах бывает чуть ли не нормой. Поэтому настоятельно рекомендуется подключение котла газового отопления через бесперебойник для газового котла — ИБП (UPS).

Надо отметить, что альтернативой ИБП является автономная дизельная или бензиновая электростанция. Но и такие системы автономного электроснабжения целесообразно использовать в связке с UPS, при больших отапливаемых мощностях и возможностью установки такого генератора. В подавляющем большинстве случаев оптимальным решением будет источник бесперебойного питания, правильно подобранный по мощности и техническим параметрам. Намного выгоднее это будет и по цене, к тому же не требует поточных затрат на топливо (бензин, дизтопливо). А современных аккумуляторов в ИБП хватает на 10-15 лет эксплуатации.

Что необходимо знать при выборе источника бесперебойного питания (ИБП) для котла отопления ?

Сразу отметим, что  подключить обычный автомобильный аккумулятор напрямую к газовому котлу не получится, т.к аккумулятор выдает только постоянный ток напряжением в 12 В или 24 В. Поэтому  для подключения автономного электропитания к котлу необходимо устройство, которое преобразует постоянное напряжение аккумулятора на  переменное сетевое 220В. К тому же преобразование должно быть достаточно качественным (форма синусоиды), для питания электронных компонентов системы. Вот такие устройства и называются источником бесперебойного питания, сокращенно ИБП или UPS.
Функции таких устройств — инвертировать постоянное напряжение от аккумулятора в 220В переменного тока при отсутствии напряжения в сети, стабилизация выходного в 220 В, при наличии на различного на входе (например от 100 В до 300 В), Исключить броски перенапряжения,  а также зарядка аккумулятора при необходимости. Такое устройство полностью автоматическое и обеспечивает безударный переход на автономное питание без разрыва питания котла и системы отопления. При появлении питания, автоматически отключает батарее и переходит в режим зарядки аккумуляторов. Зарядка аккумуляторов происходит по определенному алгоритму, позволяющему намного увеличить срок эксплуатации батарей.

Но не все UPS обеспечивают все эти функции. ИБП есть двух типов:

• Первый тип — это ИБП типа off-line. Автоматически переключают питание от батареи при пропадании электричества в сети и автоматически заряжают аккумулятор, когда это необходимо. Т.е. при наличии напряжения в сети устройство никак не задействовано, ток идет через него транзитом и, соответственно, не стабилизируется. Если на входе 180 В, то и на выходе будет 180 В. Самые дешевые бесперебойники для компьютера именно такого типа. Стоит отметить, что импульсные блоки питания компьютеров, телевизоров позволяют нормально работать в широком диапазоне входного напряжения (140В-250В, и более широком диапазоне). Газовые котлы, в основном, намного требовательны в этом плане и при напряжении меньше 190-200В могут отключаться. В инструкциях не указывают это предел — смотрите по форумах или узнавайте у специалистов касаемо марки Вашего котла.
• Второй тип — это ИБП on-line, которые задействованы все время. Напряжение в ИБП типа on-line стабилизируется с помощью инвертора двойного преобразования: сначала переменное напряжение в 220В преобразуется в постоянное 12 В или 24 В, затем постоянное напряжение  трансформируется в переменное напряжение 220В. Поскольку постоянное напряжение в 12 В или 24 В всегда стабильно, то при преобразовании этого напряжения в переменный ток 220В также никаких колебаний, проседаний или бросков напряжения не происходит. В результате, ИБП on-line на выходе всегда дают стабильную синусоиду и напряжение. Различаются еще по качеству сформированной синусоиды. Кроме того, ИБП со встроенным стабилизатором напряжения позволяет обеспечить стабильное напряжение для потребителей без перехода в режим работы от аккумулятора. Это позволяет существенно сэкономить ресурс батареи. Источник бесперебойного питания со стабилизатором напряжения двойного преобразования являются на сегодня самыми точными и надежными, и к сожалению, самыми дорогими.

Еще несколько замечаний по выбору UPS для системы отопления

— Недорогие компьютерные ИБП имеют прямоугольную форму сигнала на выходе, что недопустимо при работе насосов, вентиляторов и другой индуктивной нагрузки. Для работы котла необходимо напряжение с чистой синусоидой на входе (обеспечение плавного крутящего момента двигателя).

— Стартерные аккумуляторные батареи предназначены для работы на кратковременных мощных нагрузках (запуск стартера), требуют обслуживания и выделяют пары серной кислоты в процессе работы (не допускаются к использованию в закрытых помещениях в непосредственной близости от людей). Средний срок службы автомобильного аккумулятора в системе ИБП не более одного года.

Как рассчитать мощность ИБП  для газового котла и системы отопления

В классическом варианте электрическая мощность оборудования отопления (не путайте с тепловой ) состоит из потребляемой мощности самого котла и циркуляционного насоса. Эти данные можете взять из документации или на шильдиках оборудования.

В газовых котлах до 25 кВт по теплу, как правило, находится один насос. В более мощных, промышленных котлах, может быть два и более насосов. В большинстве случаев котел с одним насосом потребляет при включенном насосе 90-150Вт электроэнергии и такому котлу достаточно стабилизатора или ИБП мощностью до 300 Вт. Соответственно, если в Вашей системе отопления применяется два насоса — то необходимо брать ИБП как минимум 400-500Вт. В целом же мощность ИБП должна соответствовать совокупной мощности всех устройств, запитанных от него. И не забывайте также о запасе по мощности, хотя бы в 20-30%.

Очевидно, что чем больше емкость аккумулятора — тем дольше время автономной работы ИБП. Приблизительное время беспрерывной работы ИБП можно определить согласно ниже приведенной таблице.

 

Количество / ёмкость АКБ	1х12В / 60 Ач	1х12В / 75 Ач	1х12В / 100 Ач	2аккум. х12В / 60 Ач	2аккум. х12В / 75 Ач	2аккум. х12В / 100 Ач
Мощность нагрузки, Вт	Время работы, ч
90	4,0	5,4	6,7	8,9	10,8	13,4
200	3,0	3,6	4,9	6,0	7,2	9,8
290	2,0	2,5	3,3	4,0	5,0	6,6
400	1,4	1,8	2,4	2,8	3,6	4,8
500	1,0	1,4	1,5	2,0	2,8	3,0

Еще один важный показатель у ИБП — это мощность зарядного устройства. Как известно, чем больше емкость аккумулятора — тем большая сила тока необходима, чтобы зарядить аккумулятор полностью. Приблизительное соотношение — 1 к 10. Т.е. для зарядки аккумулятора емкостью 60 А/ч потребуется ток заряда 6А. Можно заряжать и большими токами, но это приводит к быстрому износу аккумулятора. Если ток заряда будет меньше положенного, то аккумулятор не дозарядится, в результате чего будет «закоксовываться» (технический термин — сульфатизация), что также приведет к снижению срока службы.

Расчет времени работы источника бесперебойного питания

Упрощенная формула

Расчет времени автономной работы можно осуществить по упрощенной формуле. Для этого: Емкость аккумулятора в Ампер-часах, умножаем на напряжение аккумуляторов, в вольтах, делим на постоянную нагрузку в ваттах  и получаем = Количество часов непрерывной автономной работы.
Например, котел, который потребляет 180 В, с батареей на 50 Ампер-часов будет непрерывно работать в течении 3,3 часов (50*12/180).

Уточненный расчет

Если Вы решили углубиться в технические характеристики ИБП и самостоятельно рассчитать время непрерывной автономной работы Вашего котла и системы отопления — пожалуйста! Чтобы произвести расчет воспользуемся единственным верным методом, но для этого необходимо знать не только мощность котла, но и несколько важных параметров ИБП для котла:

Т — время автономной работы ИБП при отключении сети, ч;
Uаб — напряжение одной аккумуляторной батареи, В;
Сак — емкость аккумуляторной батареи, А* ч;
К — количество аккумуляторов в батарее;
h — КПД преобразователя (h=0,75-0,8);
Кр — коэффициент глубины разряда 0,8 –0,9 (80%-90%);
Кg — коэффициент доступной емкости, зависит от режима разряда и температуры:
— при одночасовом режиме разряда, tокр=20°С 0,7 (70%)
— при двухчасовом режиме разряда, tокр=20°С 0,85 (85%)
— при десятичасовом режиме разряда, tокр=20°С 1,0(100%);

Т = Uаб * Сак * К * h * Кр * Кg / Рнагр

где Рнагр — мощность нагрузки.

Чтобы детальней рассмотреть расчет источника бесперебойного питания для котла  подставим примерные значения:

Uаб = 12 В;
Сак = 84 А* ч;
К = 1,0;
h = 0,8;
Кр = 0,9;
Кg = 1,0.

Pнагр = 150 ВА.

T = 12 x 84 x 1,0 x 0,8 x 0,9 x 1,0 / 150 ≈ 4,84 часа

Таким образом, если Ваш отопительный котел имеет мощность 150 ВА и питается при помощи источника бесперебойного питания с аккумулятором емкостью 84А*ч на 12В, то срок автономного питания составит 4,84 часа.

Какой самый продаваемый ИБП для котла?

Исходя из самых запрашиваемых исходных данных, самой распространенной конфигурацией ИБП для котла является УПС с двойным преобразованием (имеет постоянное, стабильное напряжение на выходе), рабочей мощностью 300Вт и кратковременной пиковой нагрузкой до 1000 Вт.