Содержание
Во многих частных и загородных домах тепло и горячее водоснабжение обеспечивает газовый котел. Это энергозависимое оборудование, поэтому при внезапном отключении электричества жилье останется без отопления. Зимой это чревато замерзанием и выходом из строя отопительной системы. При отсутствии электроэнергии блок управления котлом отключается. Если при возобновлении подачи электричества оборудование не сможет автоматически включиться, котел может выйти из строя.
Для предотвращения этих рисков в домах устанавливают источники бесперебойного питания (ИБП, UPS) типа «онлайн» (с двойным преобразованием), которые при отключении электросети мгновенно переводят подключенное оборудование на резервное питание.
В связке с аккумулятором ИБП решают ряд задач:
- Защита электроники от перебоев основного энергоснабжения, скачков и перепадов напряжения;
- Сохранение настроек котла – обеспечивают корректное завершение работы оборудования;
- Поддержание циркуляции теплоносителя – осуществляют подачу горячей воды на циркуляционные насосы, направляющие жидкость по трубам.
Какое оборудование подключается к ИБП?
При установке источника бесперебойного питания для защиты отопительной системы к нему подключаются следующие устройства:
- газовый котел;
- циркуляционные насосы (если они не встроены в котел);
- вентиляторы;
- система отведения;
- комплекс энергозависимой автоматики (плата управления, электрический магнитный клапан, термостат, датчик давления и другие устройства и аксессуары);
- маршрутизатор/модем (при наличии функции дистанционного управления).
Чтобы выбрать ИБП для котла, нужно определить общую потребляемую мощность нагрузки. Этот параметр указывается на шильдике (табличке с информацией на корпусе изделия), в техпаспорте устройств, на сайте изготовителя. Выходная мощность UPS не должна быть ниже общей потребляемой мощности подключенных приборов. Тепловая мощность котла не имеет отношения к энергопотреблению, поэтому не влияет на выбор бесперебойника.
В некоторых случаях для отопительной системы используют отдельное резервное устройство для циркуляционного насоса.
Выбор ИБП для газового котла по мощности и типу
При покупке устройства длительного резервирования важно не перепутать тепловую мощность котла с электрической. Первая отображает максимальное количество тепловой энергии, которое котел в течение часа может передать теплоносителю при сгорании рекомендованного производителем топлива. Данный параметр измеряется в киловатт-часах (кВт·ч).
Потребляемая электрическая мощность – количество электроэнергии, необходимой для функционирования оборудования. Единица измерения – ватты (Вт).
Тепловая мощность котлов для частных домов и коттеджей обычно не превышает 30 кВт, а потребляемая электрическая для электроники и насосов составляет от 80 до 200 Вт. Поэтому, если вы приобретете ИБП, ошибочно ориентируясь на тепловую мощность, это приведет к неоправданным затратам, так как реальная мощность ИБП окажется значительно выше требуемой.
Самый простой и распространенный способ расчета мощности UPS – сложить потребляемые мощности всех подключаемых приборов и добавить запас 20–30% на возможное расширение системы. Для определения точных значений применяются более сложные формулы.
Для газового котла подходят ИБП с двойным преобразованием (on-line, онлайн). Это наиболее надежный и функциональный тип источников бесперебойного питания.
Основные достоинства:
- мгновенное переключение на питание от батарей;
- идеальная синусоида и максимальная точность параметров выходного напряжения в любом режиме;
- нейтрализация сетевых колебаний напряжения в широком диапазоне без перехода в автономию;
- максимальная защита потребителей от негативных сетевых воздействий;
- подача на нагрузку напряжения высокого качества.
ИБП типа on-line – лучший выбор для организации бесперебойного питания чувствительной дорогостоящей техники, в том числе домашней котельной.
Как рассчитать необходимую емкость аккумулятора
В блоке бесперебойного питания ключевым элементом является аккумулятор. Основная техническая характеристика АКБ – емкость, от нее зависит, сколько времени подключенная к ИБП нагрузка сможет работать в отсутствие основного энергоснабжения. Поэтому очень важно правильно определить, аккумулятор какой емкости нужен для вашего оборудования. Для этого требуются следующие параметры: суммарная мощность всех подключенных приборов, желаемое время автономии, напряжение на сборке АКБ (12/24/48 В), КПД ИБП.
Базовая формула расчета: C = (P × T) / (V × η), где C – требуемая емкость в ампер-часах (А·ч), P – мощность нагрузки в ваттах, T – желаемое время работы в часах, V – напряжение АКБ в вольтах, η – коэффициент (КПД системы), в среднем он составляет 0,7–0,9.
К полученному результату добавляют 20-30% запаса, в условиях низких температур – 30-40%. Это необходимо для компенсации потерь энергии от износа оборудования, условий эксплуатации, учета максимального разрядного тока, неполного заряда, типа нагрузки и других факторов. Для более точного расчета рекомендуется использовать коэффициент запаса (1,3-1,5) для компенсации деградации аккумуляторной батареи в течение всего жизненного цикла.
Примеры расчетов:
- Котел с потребляемой мощностью 100 Вт и насос 50 Вт на время автономии 5 часов. Рассчитываем по формуле: 150 Вт × 5 ч / (12 В × 0,9) = 69,4 А·ч. Прибавляем 40% запаса. Получаем около 98 А·ч – выбираем АКБ с такой емкостью.
- Котел 200 Вт с двумя насосами на 8 часов ночной автономии. Возьмем 2 насоса по 80 Вт. Суммируем мощности, получаем 360 Вт. Учитывая, что ночью энергопотребление может быть ниже дневного, применим пониженный коэффициент 0,7. Используем формулу: 360 Вт × 8 часов × 0,7 / (12 В × 0,9). Получаем 186,7 А·ч. Прибавляем 40% запаса. Получаем требуемую суммарную емкость аккумуляторов не менее 261 А·ч.
На величину емкости могут влиять также тип батареи, ее возраст, качество изготовления и другие факторы.
Какой аккумулятор выбрать для ИБП дома
Чтобы правильно выбрать аккумулятор для ИБП котла, сначала нужно определить, какой тип АКБ подходит для конкретных задач. Для домашнего применения рекомендованы следующие типы батарей: AGM, GEL, LiFePO₄. У каждого из них есть свои плюсы и минусы.
Сравнительная характеристика разных типов АКБ по основным критериям:
- Цена. Самая низкая у AGM-аккумуляторов, гелевые и литиевые значительно дороже.
- Ресурс. У батарей по технологии АГМ срок службы продолжительный, но все же ограниченный – для большинства серий 5-10 лет. У GEL-аккумуляторов жизненный цикл дольше за счет устойчивости к сульфатации пластин. Самые долговечные – литий-железо-фосфатные – до нескольких тысяч циклов заряда/разряда.
- Обслуживание. AGM-аккумуляторы необслуживаемые. GEL также не нуждаются в доливе электролита, но необходимо поддерживать корректное напряжение заряда. LiFePO₄ требуют более сложного контроля и балансировки заряда.
- Емкость и эффективность. По этим показателям гелевые и литиевые батареи превышают элементы по технологии AGM.
- Пусковые токи. Самый большой показатель у АГМ, что делает их незаменимыми при работе с ИБП с циркуляционными насосами.
Таким образом, наиболее эффективным, но и самым дорогим источником энергии является LiFePO₄. AGM и GEL несколько уступают по рабочим характеристикам, но при этом обеспечивают бесперебойное питание нагрузки в автономном режиме, не нуждаются в регулярном обслуживании и стоят меньше. Превосходный образец AGM-аккумуляторов – батареи Ventura, рекомендованные STARK Power. Это оптимальный вариант в связке с ИБП для газового котла, для поддержки работы видеодомофона, контроля зоны шлагбаумов и ворот.
Базовые требования к аккумуляторам для ИБП:
- Допускаемая глубина разряда – до 70% для свинцово-кислотных и 85% для литиевых батарей.
- Ресурс по циклам – для надежной работы ИБП требуется от 500 до 1000 полных циклов заряда/разряда при сохранении не менее 85% емкости.
- Напряжение заряда не должно быть выше 2,27–2,30 В на элемент при температуре +25°C.
- Рекомендации производителя ИБП по максимальной емкости батареи – крупные бренды предлагают расчет с помощью специальных онлайн-калькуляторов. При замене батареи емкость нового элемента должна быть идентична старой, допускаются небольшие отклонения в обе стороны. Рекомендуется замена сборки батарей целиком, а не по одному элементу.
Существует несколько вариантов схем подключения аккумуляторов к ИБП:
- Один аккумулятор большой емкости. Применяется, когда нужно увеличить запас энергии, например, при подключении дополнительной нагрузки или увеличении времени автономии. Ограничением может стать отсутствие места для более крупного аккумулятора.
- Подключение двух или нескольких АКБ:
- Последовательное. Плюс одной батареи подключается к минусу другой. Свободные минус первой батареи и плюс второй становятся плюсом и минусом всей цепи. Таким образом можно соединить любое количество элементов. Их номинальное напряжение может быть различным, но тип и емкость батарей обязательно должны быть одинаковыми. Важно строго соблюдать полярность. Схема используется, если входное постоянное напряжение ИБП выше, чем напряжение одной АКБ.
- Параллельное. Все плюсы аккумуляторов соединяются между собой, аналогично подключаются минусы. При этом напряжение не изменяется, а емкость элементов суммируется. Применяется для увеличения емкости АКБ и времени автономной работы. Можно использовать только идентичные аккумуляторы по типу, модели, напряжению, емкости, дате выпуска. Технически можно подключить любое количество АКБ, но нужно следить, чтобы не произошло превышение тока. В одной сборке АКБ нельзя использовать старые и новые батареи.
- Комбинированное. Аккумуляторы соединяют в группы по последовательной схеме, а затем группы подключают параллельным способом. Это позволяет увеличивать напряжение и емкость. Не допускается соединение АКБ разной емкости. Общая емкость не должна превышать допустимую величину этого параметра для конкретного оборудования.
Особенности ИБП и АКБ в частном доме
На работу UPS и аккумуляторных батарей в частном доме может негативно влиять ряд факторов.
Под воздействием низких температур может снижаться доступная емкость АКБ и рабочее напряжение приборов. ИБП особенно уязвимы в этом отношении. Очень важно в мороз не допускать глубокого разряда, так как это ускоряет деградацию аккумуляторов. Рекомендуется включать ИБП в отапливаемом помещении, предварительно подержав его там несколько часов. Внешние АКБ можно поместить в утепленный отсек, ИБП оставить на прежнем месте. Порог отключения нагрузки по разряду АКБ следует установить выше, чем летом.
Холод в котельной и на даче снижает и реальную емкость аккумулятора, наиболее подвержены этому свинцово-кислотные элементы. Возможно повышение вязкости и замерзание электролита. При -20°С потери могут составить до половины номинала. Поэтому аккумуляторы нужно хранить в отапливаемом помещении и включать их при положительной температуре.
Особенности применения ИБП в частном доме связаны также с разным характером нагрузок. Есть и мощные потребители с высокими пусковыми токами, и небольшие бытовые приборы. Еще один фактор – высокий коэффициент одновременного включения, особенно проявляющийся в выходные и праздничные дни. Поэтому требуется ИБП с высокой устойчивостью к перегрузкам.
Еще один нюанс – работа в буферном и в циклическом режимах в зависимости от задач системы и условий эксплуатации. В режиме постоянного подзаряда время полной зарядки зависит от типа ИБП и емкости АКБ и варьируется от 6-8 до 20 часов. В циклическом режиме нельзя каждый раз полностью разряжать АКБ, потому что это приведет к сокращению срока службы батареи. Чтобы избежать рисков, нужно следовать правилам эксплуатации. Наиболее типичные ошибки:
- Выбор ИБП без учета запаса и коэффициентов может привести к его перегрузке.
- Недооценка пусковых токов насосов с теми же последствиями.
- Использование автомобильных АКБ из-за различий в конструкции и разных режимах работы.
- Отсутствие запаса по времени автономии – несоответствие расчетного времени работы аккумулятора фактическому в процессе эксплуатации.
Практические конфигурации «под ключ»
Мы предлагаем готовые комплекты источников бесперебойного питания с аккумуляторными батареями для решения конкретных задач. Это выгодно по цене, удобно и предотвращает ошибки в подборе оборудования. В комплекты входят также необходимые для подключения аксессуары.
Примеры готовых решений:
- Небольшой дом или квартира с одним котлом и насосом. Сюда подойдут котел мощностью 150 Вт и насос 100 Вт. Минимальная мощность ИБП (с учетом запаса) – 500 Вт. Для ИБП типа on-line напряжение батарейной шины – 12 В DC. Аккумулятор – свинцово-кислотный по AGM или GEL-технологии. Емкость определяется по формуле, исходя из необходимого времени автономии. В нашем примере для работы от АКБ в течение 5 часов емкость должна быть примерно 100–120 А·ч.
- Коттедж с несколькими контурами отопления и циркуляции. Контур – это многокомпонентная система, включающая котел, теплоноситель, трубопровод и другие элементы. Расчет мощности котла и других параметров производится исходя из суммы площадей отапливаемых помещений, тепловых потерь здания и ряда других факторов. Система с несколькими контурами считается сложной, и для расчета рекомендуется обратиться к специалистам нашей техподдержки по телефону, указанному на сайте.
Выводы и рекомендации
Для подбора оптимально подходящих ИБП и аккумуляторов для обогрева и снабжения горячей водой частного дома необходимо сначала определить суммарную мощность нагрузки и время автономии. Исходя из этого, рассчитать мощность ИБП и емкость АКБ. Подобрать тип UPS и аккумуляторной батареи под свои задачи.
В сложных случаях, когда речь идет о сложных системах, длительной автономии, нескольких насосах, дополнительных потребителях и других нестандартных условиях, имеет смысл обратиться к специалистам.
