Источник бесперебойного питания для отопительного насоса

Алгоритм выбора источника аварийного питания для насоса

1. По документации на насос смотрим его максимальный режим потребления. Даже если он сейчас установлен не на самом высоком уровне, совсем не факт, что его не придется установить на максимум в будущем. Например, Grundfos UPS 25-40 180 может использоваться в 3-х режимах: 25, 35 и 45 Вт. Для определения необходимой мощности ИБП используем 45 Вт.
2. Учитываем пусковые токи насоса, т.е. увеличение мощности в момент включения. При условии, что в системе используется не один насос, максимальную мощность системы надо считать как сумму пусковых мощностей всех используемых насосов. Например, про уже упомянутый циркуляционный насос Grundfos UPS 25-40 180 известно, что он принадлежит к B классу энергоэффективности. Соответственно, в момент включения он потребует 45 Вт * 5 = 225 Вт.
3. Учитываем запас по мощности в 15-20 %. Т.е. искомая предварительная цифра: 225 Вт * 1,2 = 270 Вт.
4. Из имеющегося ряда подходящих ИБП выбираем тот, мощность которого максимально близка к полученной цифре, но не меньше ее. В нашем случае подойдет бесперебойник с мощностью 300 Вт. Понимаем, что «повесить» на него что-то еще из электроприборов уже не получится.
5. Далее необходимо выбрать внешние аккумуляторы, исходя из номинальной мощности насоса и требуемого времени автономии (в связи с краткостью пусковых режимов, их мощность не учитывается). Если известна периодичность работы насоса, например, он работает 40 минут в час и этого достаточно для поддержания комфортного тепла в доме, можем учесть и это обстоятельство. Только нужно не забыть, что такой учет возможен для самой низкой возможной температуры в вашей местности. Учесть этот фактор мы сможем пересчетом времени автономной номинальной мощности с коэффициентом 2/3 (40/60 минут).

Разные модели ИБП одинаковой мощности имеют каждый свое количество аккумуляторов в батарейном комплекте, поэтому приходится, если вариантов несколько, просчитывать каждый из них отдельно. Проще всего подбор батарейного комплекта сделать при помощи консультанта, но примерно можно сориентироваться и самостоятельно по таблицам автономии, приведенным в описании каждого ИБП у нас на сайте.

Виды

Прежде чем выбрать источник бесперебойного питания для насоса системы отопления, разберемся в типах этих устройств. Всего их три:

• резервный (Off-Line или Standby);
• линейно-интерактивный (Line-Interactive);
• с двойным преобразованием (On-Line).

Рассмотрим принцип работы каждого из них.

Резервные

Приборы этого типа представляют собой аккумуляторную батарею, зарядное устройство, инвертор (преобразователь) и систему контроля.

Пока в сети есть напряжение, нагрузка подключена к ней. Одновременно от этой же сети происходит зарядка АКБ (если это необходимо) и поддержание ее в заряженном состоянии. Как только напряжение в сети пропадет или превысит максимальное критическое значение (опция), система контроля запустит инвертор и переключит нагрузку на питание от него. При появлении напряжения в штатной сети схема вернется в исходное положение.

Недостатки такого построения схемы очевидны:

1. На переключение с одного источника на другой необходимо время, а значит, в момент переключения в питании нагрузки произойдет импульсный провал. При этом длительность провала зависит от быстродействия узла контроля, времени выхода преобразователя на рабочий режим и может достигать больших значений. По сути, это не бесперебойник, а источник резервного питания.
2. Если напряжение в сети «гуляет», но не выходит за предельно допустимые значения, необходимые для срабатывания системы контроля, то оно будет «гулять» и на нагрузке, сильно влияя на производительность циркуляционного насоса.

Что касается преимуществ, то тут их немного:

• простота конструкции;
• хорошая ремонтопригодность;
• невысокая цена.

Линейные интерактивные

Приборы этого типа имеют тот же состав, но оснащены узлом стабилизации напряжения.

Принцип работы его тот же, что и у резервного, но сетевое напряжение стабилизируется на заданном уровне. Как только стабилизатор перестанет справляться со своей задачей (напряжение в сети слишком низкое или высокое), узел контроля переключит нагрузку на питание от батареи.

Такая конструкция несколько сложнее и дороже предыдущей, но зато теперь циркуляционный насос работает в штатном режиме даже при значительных колебаниях напряжения в сети. Единственный недостаток линейно-интерактивного типа приборов – довольно большое время переключения с одного источника питания на другой.

Двойного преобразования

Принцип работы ИБП этого типа в корне отличается от схемы работы двух предыдущих.

Блок-схема ИБП с двойным преобразованием

Как видно из схемы, прибор не имеет узла контроля, но оснащен мощным понижающим инвертором, преобразующим сетевое напряжение в постоянное, необходимое для зарядки аккумуляторной батареи. Напряжение с этого инвертора заряжает АКБ и одновременно по той же линии питает повышающий инвертор, к которому подключен циркуляционный насос.

Как только напряжение на выходе понижающего преобразователя станет ниже напряжения на клеммах батареи, последняя начнет подпитывать повышающий преобразователь, обеспечивая работу нагрузки. Вполне очевидно, что при таком построении схемы переключение с основного на резервный источник будет, по сути, безобрывным – никаких провалов и скачков. Некритично такое устройство и к нестабильности сети. То есть это идеальный источник бесперебойного питания, но и он имеет свои недостатки:

1. Относительно высокая стоимость.
2. КПД ниже, чему у двух предыдущих типов.
3. Система принудительной вентиляции (для мощных ИБП) издает шум.

Блоки бесперебойного питания для насоса отопления

Внешне прибор напоминает большой системный блок. Часто на передней панели есть дисплей с часами и панель с кнопками. Интуитивно понятное управление – на экран выводятся все основные данные: входное и выходное напряжение, уровень заряда аккумулятора, сила тока и другие.

Суть его работы в том, чтобы накопить энергию в аккумуляторах и потом отдавать её в случае необходимости.

Подключение источника бесперебойного питания к отопительной системе

Состоит ИБП из:

• блока бесперебойного питания;
• аккумулятора(ов) на 12 V.

Напряжение 220 V преобразуется в 12 V и подаётся в зарядник. В то же время, энергия питает из сети котёл. Когда аккумулятор(ы) полностью зарядятся, подача тока автоматически прекращается, т.е. оно продолжает поступать, но транзитом.

Если же сеть отключается, ИБП начинает обратное преобразование – постоянное от батарей 12 V, в переменное 220 V.

Принцип работы источника бесперебойного питания

Автоматика сама включит резервное электропитание, а когда подача электроэнергии возобновится, переключится на работу от сети. Вмешательство человека не требуется и для зарядки аккумуляторов. Работает бесшумно.

Чаще всего используют аккумуляторы сделанные по технологии AGM, либо с гель-электролитом. Подключают их последовательно. В комплектацию входят все концевые отводы и кабельные перемычки.

Не размещайте аккумуляторы на большом расстоянии от преобразователя. От этого снижаются показатели тока.

Есть один нюанс – заряжается ИБП дольше, чем разряжается. Поэтому полностью заменить электроцентраль на длительное время бесперебойник для циркуляционного насоса не сможет.

Необходимость ИБП

Кроме уже перечисленных ситуаций (отключение электроэнергии и скачки напряжения), ИБП пригодится и в том случае, когда источником энергии является генератор воздушного охлаждения – дизельный или бензиновый.

Напряжение, получаемое от него, на выходе имеет пилообразную форму, тогда как требуется чистая форма синусоиды. ИБП с двойным преобразованием, установленный между котлом и генератором, решает проблему.

Итак, вот список требований, предъявляемых к ИБП:

• стабилизация напряжения тока;
• возможность длительной работы без внешнего электроснабжения;
• подача напряжения в виде ровной синусоиды;
• точность частоты;
• плавный и моментальный переход на аккумуляторы;
• надёжность.

Нет. Компьютерные ИБП на выходе имеют напряжение в виде зубцов — прямоугольников. Циркуляционные насосы от них перегреваются.

А у автомобильных аккумуляторов совершенно иные циклы заряда – разряда. Они определяются толщиной внутренних пластин.

Результат подключения компьютерного бесперебойника к циркуляционному насосу

У авто-аккумулятора толщина электродов меньше. Кроме того, вы увидите, что он всё время «думает», что заряжен не полностью. Время автономной работы сократится, а сопротивление будет низким. Всё это приведёт к кипению электролита и сильно ухудшит состояние прибора.

Автомобильные аккумуляторы могут использоваться только в хорошо проветриваемых помещениях (капот машины – идеален).

В замкнутом пространстве накапливается взрывоопасный водород.

Срок службы специальных аккумуляторов для ИБП, при правильной эксплуатации, 12 лет. Если же вопреки предостережениям, использовать автомобильный, он выйдет из строя гораздо раньше. Поэтому экономия, в данном случае, сомнительная.

Разновидности

Существует два вида ИБП для циркуляционного насоса (по времени переключения):

1. Line-interactive (Линейно-интерактивные).
2. On-line.

Линейно-интерактивные:

• Время, которое требуется такому ИБП, чтобы переключиться на работу аккумуляторов – 4-10мс.
• Используют один или два АКБ с ёмкостью от 38 до 100 А/ч.
• Более низкое напряжение.
• Требуется стабилизатор.
• Стоят дешевле.

Классификация бесперебойников

Он-Лайн:

• время переключения на батарею – 0с.;
• защищает от скачков напряжения путём двойного преобразования;
• дольше могут работать автономно;
• используют минимум три АКБ с ёмкостью от 45 до 100 А/ч;
• функции фильтра;
• стоят дороже.

Выбор

Первое, что нужно учесть при выборе бесперебойника:

• Мощность циркуляционного насоса.
• Класс его энергопотребления.
• Время, на которое отключают свет.

Для чего нужно знать класс энергопотребления. Предположим, мы имеем насос 45 Вт. В момент запуска происходит скачок мощности, т.е. он потребит больше Вт

Важно, чтобы он не превысил мощность ИБП. Если насос у вас класса А, частотный преобразователь снижает пусковой момент до 1,5 от обычной мощности

Тогда максимальный показатель мощности будет равен 45х1,5=67 Вт.

Если вы не знаете класса энергопотребления насоса, лучше подстраховаться и взять коэффициент 6. Тогда расчёт будет выглядеть так: 45х6=270 Вт.

Время работы ИБП будет зависеть от количества и ёмкости батарей. Однако увеличивать число батарей не дёшево и не все бесперебойники позволяют использовать дополнительные батарейные блоки.

ИБП со встроенными батареями используют большей частью для смягчения скачков напряжения – превращения пилообразной их формы в ровную синусоиду. Обеспечить работу котла, в случае выключения, они могут лишь на 20 минут.

Другой вариант – ИБП с зарядным устройством, к которому можно подсоединять внешние аккумуляторы.

Время автономной работы рассчитывается так:

(Ёмкость аккумулятора) х (на напряжение в цепи) : ( полную мощность в ВА)

Примечание: Чтобы перевести суммарную мощность из Вт в ВА, её нужно разделить на 0,7.

8-12 часов автономной работы – хороший показатель для ИБП. А для аккумуляторов оптимальная ёмкость – 100А/ч.

Схема работы ИБП по технологии Offline

Линейно-интерактивный, или Он-лайн ИБП выбрать?

Если котёл газовый или на дизеле, лучше подойдут Он-Лайн приборы. Можно использовать и Линейно-интерактивные, но дополнительно установив к нему стабилизатор напряжения.

Для котлов на твёрдом топливе можно выбрать более дешёвый линейно-интерактивный ИБП.

Ошибки, которые часто допускают, выбирая ИБП:

• Время автономной работы определяется не мощностью прибора, а ёмкостью аккумуляторов.
• Если в маркировке стоит индекс LT – это означает, что ИБП идёт с внешними батареями, которые не входят в стоимость агрегата. Их нужно купить дополнительно – без них прибор работать не будет.
• Цифры, которые указаны в модели – это не Вт, а ВА.
• Воздержитесь от покупки ИБП сомнительных производителей.

Производители, зарекомендовавшие себя, как надёжные – Fiamm, Leoch, Delta, AQQU,CSB, Inel.

Газовое отопление остается популярным по причине низкой стоимости топлива. Однако установка дымохода для газового котла требует знаний и определенного опыта, так как требования к монтажу очень строгие из-за повышенного риска взрывоопасности. Читайте о том, какие виды дымоходов существуют и как их установить. О том, что такое парокапельные обогреватели и где их применяют, читайте в этой статье.

Примерные цены

На рынке ИБП представлены различные модели на все виды кошельков. Линейно-Интерактивный ИБП для отопления можно купить за 5800 – 9400руб.

Модель Он-Лайн серии будет стоить от 12300 руб. есть агрегаты за 20, 33, 75 и за 100 тыс.руб.

Как уже говорилось, аккумуляторы не входят в комплект ИБП – их нужно покупать отдельно.

В зависимости от модели и ёмкости, один АКБ можно приобрести за 2300-11000 руб.

Покупка и установка ИБП может показаться излишней тратой времени и средств. Однако есть вероятность лишиться дорогостоящего оборудования и остаться в холодное время года без отопления. И если взвесить все «за» и «против», затраты бесперебойник уже не кажутся так велики.

Критерии выбора резервного источника питания

Резервные источники питания, предназначенные для работы с насосами системы отопления должны выбираться по нескольким характеристикам:

• Мощность;
• Ёмкость аккумуляторной батареи;
• Время допустимой автономной работы;
• Возможность использования внешних батарей;
• Разброс входного напряжения;
• Точность напряжения на выходе;
• Время перехода на резерв;
• Искажения напряжения на выходе.

Выбирать ИБП для циркуляционного насоса следует по нескольким основным параметрам, определяющим из которых является мощность.

Определение требуемой мощности ИБП

Электродвигатель, являющийся составной частью насоса системы отопления, представляет собой реактивную нагрузку индуктивного типа. Исходя из этого следует рассчитывать мощность ИБП для котла и насоса. В технической документации на насос может быть указана мощность в ваттах, например, 90 W (Вт). В ваттах обычно указывается тепловая мощность. Чтобы узнать полную мощность требуется значение тепловой мощности разделить на Cos ϕ, который так же может быть указан в документации.

Например, мощность насоса (Р) равна 90W, а Cos ϕ 0,6. Полная мощность вычисляется по формуле:

Р/Cos ϕ

Отсюда полная мощность ИБП для нормальной работы насоса должна быть равна 90/0,6=150Вт. Но это ещё не окончательный результат. В момент запуска электродвигателя, его потребляемый ток возрастает примерно в три раза. Поэтому реактивную мощность следует умножить на три.

В итоге мощность ИБП для циркуляционного насоса отопления будет равна:

P/Cos ϕ*3

В приведенном примере мощность блока питания будет равна 450 ватт. Если косинус фи в документации не указан, тепловую мощность в ваттах следует разделить на коэффициент 0,7.

Емкость батарей

Ёмкость аккумуляторной батареи определяет время, в течение которого насос системы отопления будет работать при отсутствии сети. Встроенные в ИБП аккумуляторы обычно имеют небольшую ёмкость, определяемую, прежде всего, размерами устройства. Если источник резервного питания будет работать в условиях частых и длительных перебоев в электроснабжении, следует выбирать модели допускающие возможность подключения дополнительных внешних аккумуляторов.

Очень познавательный ролик о личном опыте человека, который столкнулся с приобретением инвертора для котла и насоса отопления, смотрите:

https://youtube.com/watch?v=-CrXgfcWRpQ

Входное напряжение

Стандарт сетевого напряжения 220 вольт предполагает допустимые отклонения ± 10%, то есть от 198 до 242 вольт. Это означает, что все устройства, используемые на территории Российской Федерации должны корректно работать в этих пределах. На самом деле в различных регионах, а особенно в сельской местности, отклонения и скачки напряжения могут значительно превышать эти величины. Перед приобретением ИБП для насоса отопления очень полезно будет выполнить замеры напряжения сети неоднократно, в течение суток. В паспорте на источник резервного питания указываются допустимые пределы напряжения на входе, при которых устройство обеспечивает напряжение на выходе близкое к номиналу.

Напряжение на выходе и его форма

Если параметры напряжения на выходе бесперебойника укладываются в допустимые 10 процентов, то для питания насоса системы отопления это устройство вполне подойдёт. Время, которое требуется плате управления, чтобы переключиться на питание от аккумулятора обычно не превышает десятков микросекунд. Для электродвигателя этот параметр не критичен.

Очень важным параметром ИБП, необходимым для корректной работы насоса системы отопления, является форма выходного сигнала. Электродвигатель насоса требует гладкой синусоиды, которую из всех моделей источников резервного питания может обеспечить только устройство двойного преобразования или on-line ИБП. Кроме идеальной синусоиды на выходе, данный источник так же выдаёт точную величину напряжения и частоты.

При установке ИБП для насоса отопления следует руководствоваться некоторыми правилами:

• Температура в помещении должна соответствовать величинам, указанным в документации;
• В помещении не должно быть паров едких реагентов и горючих жидкостей;
• Контур заземления должен быть выполнен в соответствии с правилами эксплуатации электроустановок.

Популярные заводские модели

Лидерами продаж считаются такие модели ИБП:

Бесперебойник SVC DI-600-F-LCD

1. Энергия ПН-1000. Емкость аккумулятора составляет 75 А*ч, чего достаточно для непрерывной работы котла в течение 8 часов. На выходе прибор выдает ровную синусоиду. Он имеет линейно-интерактивный вид, имеет доступную цену и повышенный КПД. Средняя стоимость модели — 26000 руб. Предлагаются и другие разновидности приборов, отличающиеся емкостями батарей.
2. SVC DI-600-F-LCD. Небольшое устройство способно поддерживать работу котлов и насосных станций. Выходное напряжение не имеет выраженных отклонений. Оборудование не требует регулярного обслуживания. Скорость перехода в автономный режим — 15-20 микросекунд. Встроенный аккумулятор в комплект не входит. Используются внешние батареи емкостью до 200 А*ч. Это обеспечивает 24 часа непрерывной работы насоса. Наибольшая нагрузка не должна составлять более 360 Вт. Такая модель ИБП обойдется в 6-7 тыс. руб.
3. Tieber T-1000. Бесперебойник с наибольшей емкостью при отключении энергии позволяет отопительной системе работать не менее 48 часов. Прибор питается от 2 батарей емкостью 200 А*ч. Рекомендуется устанавливать , не выделяющие токсичных паров. Устройство выдерживает пиковую нагрузку до 800 Вт. Выходное напряжение имеет вид чистой синусоиды. ИБП может питать котел, насос и систему теплого пола.

Основные типы источников бесперебойного питания

Этот вид ИБП оснащен функцией стабилизации и разделяется на подклассы:

Линейные

ИБП работающие по системе Bypass. Входное напряжение сразу преобразуется в постоянное, с помощью выпрямителя. Затем, имея на входе резервный блок аккумуляторных батарей, в дело включается обратный преобразователь (см. иллюстрацию).

На выходе всегда стабильные параметры напряжения, резервная система как бы не замечает падения напряжения. Основное преимущество – у таких ИБП отсутствует понятие «время переключения на резервное питание». Оно есть всегда.

Недостатки: относительно малый КПД (потери на двойное преобразование, которое присутствует всегда) и повышенный износ аккумуляторных батарей. Кроме того, такие устройства относительно дороги.

Линейно интерактивные

Источники бесперебойного питания являются компромиссным решением между недорогими и неэффективными резервными схемами, и неэкономичными линейными. По сути, это устройство два в одном. На входе установлен стабилизатор напряжения (как правило, на основе автотрансформатора).

Когда его схема не справляется с разбросом параметров, либо входное напряжение вовсе отключается, интерактивный ИБП коммутирует переключатель на преобразователь напряжения, работающий от аккумуляторов.

В этом и есть основной недостаток устройства: для переключения требуется время, пусть и небольшое – несколько миллисекунд. Это создает дополнительную нагрузку на двигатель насоса и схему контроллера котла.

ИБП для циркуляционного насоса

В отопительной системе может быть один или несколько циркуляционных насосов. Они обеспечивают движение теплоносителя по трубам и радиаторам. При этом теплоноситель (вода) обеспечивает постоянный перенос тепла от газового котла к радиаторам, и остывшей воды обратно к системе подогрева.

Циркуляционный насос позволяет избежать застаивания воды в системе, что может привести к серьёзной аварии. Поэтому источником аварийного питания должна быть оборудована любая отопительная система.

Виды ИБП и принцип их функционирования

По своей конструкции и принципу работы блоки аварийного питания можно разделить на следующие группы:

• Резервные источники питания;
• Линейно-интерактивные устройства;
• Блоки двойного преобразования.

Резервные ИБП

Блок питания резервного типа относится к наиболее простым устройствам. Он состоит из следующих узлов:

• Пассивный фильтр подавления сетевых помех;
• Аккумуляторная батарея;
• Инвертор-преобразователь;
• Плата контроля и управления.

Если плата контроля определяет, что напряжение сети соответствует норме с учётом допустимых отклонений, то потребитель получает электропитание напрямую от сети. Как только девиация напряжения выйдет за пределы допуска, электроника переключает нагрузку на питание от аккумулятора.

Напряжение, снимаемое с батареи, поступает на простой инвертор, где преобразуется в 220 В. Предварительно напряжение сети проходит через индуктивно-ёмкостный фильтр, который позволяет блокировать большую часть импульсных высокочастотных помех и одиночные короткие выбросы напряжения.

Форма тока на выходе резервного источника отличается от ровной синусоиды и имеет ступенчатую форму. Обычно в системах отопления используются асинхронные электродвигатели, которым для корректной работы требуется гладкая синусоида, поэтому резервные источники питания не рекомендуется применять в системах автономных газовых котлов.

К достоинствам таких устройств можно отнести низкую стоимость и бесшумность в работе.

Недостатки:

• Искажённая синусоида;
• Большое время переключения;
• Узкий диапазон входного напряжения;
• Отсутствие коррекции напряжения и частоты.

Линейно-интерактивный источник питания

Линейно-интерактивный бесперебойник для насоса отопления имеет более сложную конструкцию. Схема такого блока питания выполнена на тех же узлах, которые имеются у резервного источника, кроме того, в линейно-интерактивных устройствах предусмотрен ступенчатый стабилизатор напряжения сети, обычно выполненный на трансформаторе с переключаемыми обмотками. Такая схема позволяет расширить диапазон напряжения на входе устройства. Но основные недостатки резервного блока остаются.

Только в некоторых моделях используются схемные решения, позволяющие получить на выходе не аппроксимированную синусоиду, а нормальный сигнал. Поэтому выбирая линейно-интерактивный блок аварийного питания, следует уточнить можно ли его использовать для подключения насоса. Время переключения на резервный режим у таких блоков значительно меньше, чем у резервных источников, но и КПД значительно ниже.

ИБП двойного преобразования

Верхнюю строчку рейтинга аварийных источников питания для насосов отопительных систем занимают ИБП двойного преобразования. По конструкции они принципиально отличаются от других типов резервных источников.

При отключении сети питание начинает практически мгновенно поступать от аккумуляторной батареи, поскольку она постоянно подключена на вход второго инвертора. В этом инверторе происходит процесс обратного преобразования постоянного напряжения в переменное с величиной соответствующей напряжению сети.

Инверторные преобразователи идеально подходят для питания циркуляционных насосов, а так же любой техники, где используются электродвигатели асинхронного типа.

Они обладают рядом несомненных достоинств:

• Отсутствие времени переключения на батарейное питание;
• Возможность коррекции напряжения и частоты;
• Неискажённая форма напряжения (ровная синусоида);
• Хороший КПД.

Применение ИБП для насоса отопления, выполненного по схеме с двойным преобразованием, можно считать оптимальным вариантом. Самый серьёзный недостаток такого прибора не имеет отношения к электрическим параметрам – это высокая цена. Кроме того элементы схемы, особенно мощные транзисторы инвертора, сильно нагреваются, что требует применения вентилятора. Отсюда небольшой шум при работе.