UPS pentru centrala termică: undă pură și calculul bateriei

Răspunsul rapid

• Pentru orice centrală termică ai nevoie de un UPS cu undă sinusoidală pură (ieșirea pe baterie reproduce sinusoida rețelei, nu trepte) și cu borne pentru un acumulator extern de 12 V. Un UPS obișnuit de calculator nu are niciuna dintre cele două.
• Puterea nu e problema. O centrală murală pe gaz din ultimii ani consumă 25-45 W, cât un bec. Autonomia e problema, iar ea stă în baterie, nu în UPS.
• Primul pas e să afli consumul real al centralei, trecut în fișa ei ErP (fișa de date energetice europeană) la elmax (sarcină maximă), elmin (sarcină redusă) și PSB (standby).
• Formula: Autonomie (ore) = Ah x 12 V x 0,5 x 0,8 / Consum (W), unde 0,5 e adâncimea de descărcare sănătoasă a unei baterii cu plumb, iar 0,8 randamentul invertorului plus consumul propriu al UPS-ului.
• Concret: un acumulator deep cycle (construit pentru descărcări repetate adânci, spre deosebire de bateria auto de pornire) de 100 Ah ține o centrală murală modernă circa 12 ore și un cazan pe peleți circa 4 ore. Bateria internă de 7-9 Ah a unui UPS de birou acoperă 20 de minute până la o oră.

Pe gaz e confort, pe lemne și peleți e siguranță

La o centrală pe gaz UPS-ul ține de confort, iar la un cazan pe lemne sau peleți e o măsură de siguranță: focul arde mai departe după pană, cu pompa oprită.

O centrală pe gaz se oprește complet în secunda în care cade curentul: arzătorul se stinge și nu se întâmplă nimic periculos. Pierzi căldura și apa caldă, iar unele modele cer o resetare manuală.

Un cazan pe combustibil solid (lemne, peleți, cărbune) nu se oprește. Focul arde mai departe, dar pompa de recirculare stă, așa că energia se acumulează în apa din cazan: temperatura urcă, presiunea crește și se ajunge la supapa de siguranță. Acolo UPS-ul protejează instalația, nu doar confortul.

Cu o nuanță importantă: UPS-ul nu înlocuiește protecțiile la supraîncălzire cu care e proiectat cazanul (supapă de siguranță, vas de expansiune, la multe modele o serpentină de răcire cu supapă termostatică). Un UPS se poate defecta sau poate rămâne fără baterie.

De ce nu merge un UPS obișnuit de calculator

Un UPS de calculator nu e potrivit pentru o centrală termică din trei motive independente, oricare dintre ele suficient.

Forma de undă. Pe baterie, un UPS ieftin nu produce o sinusoidă, ci o succesiune de trepte dreptunghiulare. Pompele de circulație moderne au la intrare un redresor cu condensatoare, iar flancurile abrupte le încarcă cu vârfuri de curent peste normal; pompele vechi, asincrone, și ventilatoarele de gaze se încălzesc, bâzâie și pierd din cuplu. Producătorul cere alimentare sinusoidală, iar o defecțiune apărută pe o alimentare neconformă e un motiv rezonabil de refuz în garanție.

Referința nul-pământ. Multe centrale pe gaz detectează flacăra prin ionizare: un curent minuscul trece de la electrod, prin flacără, la corpul arzătorului, cu referință la nul și la împământare. Ieșirea multor invertoare e flotantă, adică niciun pol nu are legătură cu pământul, iar rezultatul tipic e că centrala aprinde și se blochează imediat cu eroare de flacără. Aceleași modele sunt de obicei sensibile și la polaritate, deci o priză cu faza și nulul inversate dă același simptom.

Bateria și încărcătorul. Un UPS de birou are 7-9 Ah închiși în carcasă și un încărcător de sub 1 A, fără borne pentru acumulator extern.

Pe fișa tehnică, rubrica de verificat e formă de undă la ieșire: „sinusoidală pură" e ce vrei, iar „sinusoidă aproximată", „simulated sine wave" sau „stepped" înseamnă undă modificată, indiferent de preț.

Cât consumă de fapt centrala ta

Consumul real e în fișa ErP: 25-45 W o murală modernă, 100-180 W una veche cu pompă externă, 80-150 W un cazan pe peleți plus 300-500 W la aprindere. Aici se decide tot restul, și tot aici greșesc majoritatea calculelor găsite online, pentru că pornesc de la consumuri de acum cincisprezece ani.

Centrală murală pe gaz, în condensație, de generație recentă. Fișele ErP publicate de producători dau elmax (consum electric la sarcină maximă) în intervalul aproximativ 0,017-0,063 kW, adică 17-63 W, cu valori tipice de 25-40 W. elmin e de ordinul a 6-16 W, iar PSB de regulă 2 W. Explicația e o schimbare de reglementare: din 1 august 2015, Regulamentul (CE) nr. 641/2009 cere circulatoarelor, inclusiv celor integrate în centrale, un indice de eficiență EEI de cel mult 0,23, ceea ce înseamnă în practică pompe cu motor electronic. Socotește 30-50 W.

Centrală mai veche sau instalație cu pompă externă. O pompă clasică în trei trepte de tipul Grundfos UPS 25-60 consumă constant circa 45 W, 65 W sau 90 W, după treaptă. Cu placa electronică și ventilatorul de gaze ajungi la 100-180 W. Dacă ai două pompe, adună-le, dar rareori merg simultan la maxim.

Cazan pe peleți. În funcționare, melcul, ventilatorul de gaze și automatizarea trag împreună 80-150 W. La fiecare pornire intră însă rezistența de aprindere, care consumă 300-500 W timp de câteva minute. Distincția contează: vârful de la aprindere dimensionează puterea UPS-ului, consumul de regim dimensionează bateria.

Nu uita consumatorii pe care nu îi vezi. Dacă termostatul e inteligent și comunică prin Wi-Fi, în pană nu mai are cu cine vorbi și centrala nu primește niciodată cerere de căldură. Pune pe același UPS routerul și gateway-ul termostatului, încă 10-15 W. Iar dacă vrei cifra exactă, un wattmetru de priză lăsat o zi pe circuitul centralei ți-o dă, cu tot cu pompe și cicluri de aprindere.

VA sau W: care cifră contează la alegere

Compară consumul centralei cu puterea în W, nu cu cea în VA. Un UPS e marcat cu ambele, iar raportul dintre ele e factorul de putere: modelele dedicate centralelor au tipic 0,8, deci un aparat de 1.200 VA livrează în jur de 1.000 W.

Pentru o centrală pe gaz nicio variantă rezonabilă nu e prea slabă: 40 W față de 600 W disponibili înseamnă 7 la sută din capacitate. Nu cumpăra putere de care nu ai nevoie, fiindcă un UPS supradimensionat consumă mai mult pentru sine și costă mai mult.

Excepția e cazanul pe peleți, unde contează vârful de suprasarcină. Modelele dedicate declară câteva mii de wați pentru scurt timp (un aparat de 1.200 VA din categoria asta declară în jur de 3.000 W), suficient pentru rezistența de aprindere.

Cum calculezi bateria: formula autonomiei și cât ține fiecare acumulator

Bateria se calculează din energia utilizabilă, nu din cea nominală: dintr-un acumulator de 12 V și 100 Ah folosești în siguranță 480 Wh, adică circa 12 ore la o centrală de 40 W și 4 ore la un cazan de 120 W.

Energia stocată se calculează simplu: Wh = V x Ah. Un acumulator de 12 V și 100 Ah conține 1.200 Wh, din care folosești doar o parte:

• Adâncimea de descărcare. O baterie cu plumb (AGM sau GEL) descărcată repetat sub 50 la sută își pierde rapid din durata de viață. Folosește 0,5.
• Randamentul lanțului. Invertorul are pierderi, iar UPS-ul consumă și pentru electronica proprie, ceea ce contează mult la sarcini mici. Folosește 0,8, nu 0,9.

Autonomie (ore) = Capacitate (Ah) x 12 V x 0,5 x 0,8 / Consum (W)

Coloana de 40 W e o centrală murală modernă, cea de 120 W un cazan pe peleți în funcționare sau o instalație veche cu pompă externă.

Două ajustări. La o descărcare până la 80 la sută, rezonabilă o dată sau de două ori pe an, înmulțește cifrele cu 1,6, cu prețul unei uzuri accelerate. La LiFePO4 poți folosi în mod normal circa 80 la sută din capacitate, deci la aceeași valoare în Ah obții tot în jur de 1,6 ori mai multă autonomie; comparația completă e în ghidul despre baterii LiFePO4, GEL și AGM.

Ce acumulator pui și unde îl montezi

Alegerea implicită e un acumulator deep cycle AGM de 12 V, într-un loc uscat și răcoros, nu lângă cazan.

Nu baterie auto de pornire. E construită să livreze sute de amperi timp de câteva secunde, cu plăci subțiri, și își pierde capacitatea după câteva zeci de descărcări adânci. Variantele cu electrolit lichid degajă și hidrogen la încărcare, deci nu au ce căuta într-o încăpere închisă, neventilată.

AGM deep cycle (cu electrolitul absorbit într-o împâslitură de fibră de sticlă) e alegerea implicită: e etanșă (VRLA, cu supapă de reglare), recombină gazele, se poate monta în camera tehnică și suportă bine curenții unui invertor. Vezi acumulatorii deep cycle AGM sau categoria de acumulatori și încărcătoare.

GEL tolerează mai bine descărcările adânci și durează mai mult în regim de tampon, la un preț mai mare. LiFePO4 cu BMS integrat îți dă circa 80 la sută capacitate utilizabilă, de câteva ori mai multe cicluri și jumătate din greutate, dar verifică dacă încărcătorul UPS-ului are un profil compatibil (multe au un profil fix de plumb) și dacă bateria e protejată la încărcare sub zero grade.

Locul de montaj contează mai mult decât crede lumea. Durata de viață a unei baterii VRLA se înjumătățește la fiecare 10 grade peste 20-25 °C, o consecință a legii lui Arrhenius: o baterie lipită de cazan, la 35 °C constant, moare în doi ani în loc de șase. Alege un loc uscat, răcoros și ventilat, cât mai aproape de UPS, ca să scurtezi cablurile de curent continuu. Pe partea de 12 V, 120 W la ieșire înseamnă în jur de 12 A, iar un vârf de 500 W la aprinderea unui cazan pe peleți în jur de 50 A, deci secțiunea cablului și siguranța fuzibilă de lângă borna plus se iau din manual, nu la ochi.

Cât durează reîncărcarea după pană

Un acumulator de 100 Ah descărcat pe jumătate se reface complet în 8-12 ore cu un încărcător de 10 A. Timpul de încărcare depinde de curentul încărcătorului, dar nu liniar: faza de bulk urcă bateria până în jur de 80 la sută la curent constant, apoi urmează absorbția, la curent descrescător, iar aceasta durează ore bune indiferent cât de puternic e încărcătorul.

Practic: 50 Ah de refăcut înseamnă 5-6 ore de fază rapidă la 10 A, restul fiind absorbție. Cu 20 A scurtezi doar prima parte.

Regula merge în ambele sensuri: curentul de încărcare ar trebui să fie 10-20 la sută din capacitatea în Ah. Sub 5 la sută bateria rămâne cronic neîncărcată și se sulfatează, exact ce se întâmplă când cineva leagă 100 Ah la un încărcător de 1 A. Peste 20 la sută o stresezi inutil, deci nu lăsa un încărcător pe 20 A cu o baterie de 40 Ah. Modelele dedicate au curentul selectabil tocmai pentru asta.

Line-interactive sau online cu dublă conversie

Pentru o centrală termică, un UPS line-interactive e alegerea rațională; dubla conversie doar la rețea foarte instabilă sau pe generator.

Un UPS line-interactive lasă rețeaua să treacă direct spre consumator, o corectează prin AVR când tensiunea iese din limite și comută pe invertor în câteva milisecunde (modelele dedicate centralelor declară sub 10 ms). Are randament ridicat în regim normal și nu are ventilator care să facă zgomot, deci e varianta rațională pentru un aparat conectat non-stop toată iarna. Vezi UPS-urile line-interactive.

Un UPS online cu dublă conversie redresează permanent rețeaua și o reconstruiește din invertor: ieșirea e mereu sinusoidală și perfect stabilă, iar timpul de transfer e zero. Prețul e un randament de 85-90 la sută, adică 10-15 la sută pierdute continuu, plus ventilator și cost mai mare. Se justifică unde rețeaua e grav instabilă sau unde alimentarea vine de la un generator. Gama e la UPS-uri cu dublă conversie.

Pentru o centrală, timpul de transfer nu e problema reală: decid forma de undă și referința nul-pământ. Iar dacă problema nu sunt penele, ci tensiunea instabilă, un UPS care trece pe baterie de zeci de ori pe zi își scurtează serios viața acumulatorului; soluția e un stabilizator de tensiune în amonte, cu diferențele dintre tipuri în ghidul despre stabilizatoare cu releu sau cu servomotor.

UPS dedicat sau invertor cu încărcător și acumulator extern

Pentru majoritatea instalațiilor răspunsul e UPS-ul dedicat centralelor; invertorul cu încărcător merită dacă vrei să adaugi mai târziu panouri fotovoltaice.

UPS-ul dedicat centralelor e varianta simplă: îl legi la o priză cu împământare, conectezi acumulatorul la borne și bagi centrala în priza lui. Un model tipic de 1.200 VA livrează circa 1.000 W, are undă sinusoidală pură, două prize Schuko, încărcător de 10 sau 20 A selectabil și acceptă acumulatori între 40 și 200 Ah. Bateria se cumpără separat, deci ia-o în calcul când compari prețuri. Gama e în categoria de UPS-uri.

Invertorul cu încărcător (de tip MultiPlus și similare) e un pas mai sus. Are releu de transfer încorporat, deci se comportă ca un UPS, un încărcător de zeci de amperi și, important pentru centralele cu detecție prin ionizare, un releu de masă care leagă nulul de ieșire la carcasă cât timp lipsește alimentarea externă, tocmai ca protecțiile diferențiale de pe ieșire să funcționeze. Se extinde și acceptă mai târziu panouri fotovoltaice, dar costă mai mult, cere cablaj de curent continuu făcut ca la carte și, pentru montajul pe circuitul fix al centralei, un electrician autorizat.

Un invertor simplu, off-grid, nu e un UPS. Nu comută automat la cădere și nu încarcă bateria, iar confuzia e frecventă în listele de recomandări. Ai nevoie explicit de un model cu funcție de încărcător și transfer. Selecția de invertoare cu sinus pur e utilă când sistemul urmează oricum să crească, iar dimensionarea completă e în ghidul de sistem solar off-grid.

Checklist înainte de comandă

1. Formă de undă la ieșire: sinusoidală pură. Orice altă formulare înseamnă undă modificată.
2. Tipul prizelor: Schuko. Multe UPS-uri de server au doar conectori IEC C13, iar centrala are ștecher normal.
3. Acumulator extern: acceptă sau nu, la ce tensiune (12 V sau 24 V) și în ce interval de capacitate.
4. Curentul de încărcare și dacă e reglabil. De el depinde dacă mai ai autonomie la a doua pană din aceeași zi.
5. Puterea în W și, la cazane pe peleți, vârful de suprasarcină declarat.
6. Modul de economie de energie: unele modele opresc ieșirea pe baterie când sarcina e foarte mică. La o centrală de 30 W, asta înseamnă un UPS care se stinge exact când ai nevoie de el.

Greșelile care se plătesc

• UPS de calculator cu undă modificată. Cea mai scumpă economie posibilă: poți pierde pompa sau placa electronică.
• Baterie auto de pornire în camera tehnică. Cicluri puține, iar la varianta cu electrolit lichid, degajări de gaz într-un spațiu închis.
• Priză fără împământare funcțională sau cu faza și nulul inversate. Centrala aprinde și se blochează pe eroare de flacără, iar tu cauți vinovatul în UPS.
• UPS și baterie lipite de cazan. Căldura constantă înjumătățește durata de viață a bateriei la fiecare 10 grade peste 20-25 °C.
• Acumulator mare pe un încărcător mic. O baterie de 100 Ah pe un încărcător de 1 A nu se reface niciodată complet și se sulfatează.
• Ai uitat routerul și termostatul. Centrala merge, dar nu primește comandă de pornire.
• Ai băgat pe UPS și boilerul electric. E un consumator de kilowați, iar UPS-ul intră instant în suprasarcină.

Trei scenarii de dimensionare

• Doar ca să nu reseteze centrala la micropene: un UPS de 600-800 VA cu undă sinusoidală pură și baterie internă. Autonomie sub o oră.
• O noapte de iarnă: circa 50 W cu tot cu router și termostat, UPS dedicat plus acumulator extern de 100-110 Ah. Autonomie în jur de 10 ore. Bugetează separat bateria, care e adesea mai scumpă decât UPS-ul.
• Cazan pe peleți sau zonă cu pene lungi: 120 W în regim și 300-500 W la aprindere, deci un UPS de 1.000-1.200 VA cu încărcător de 20 A și 200-220 Ah de acumulator, ori direct un invertor cu încărcător dacă plănuiești și panouri. Autonomie în jur de 8-9 ore.

Pe scurt

• Undă sinusoidală pură și borne pentru acumulator extern sunt cele două condiții eliminatorii la un UPS pentru centrala termică. Restul e negociabil.
• Consumul real e în fișa ErP a centralei: 25-45 W o murală modernă, 100-180 W una veche cu pompă externă, 80-150 W un cazan pe peleți plus 300-500 W la aprindere.
• Autonomia se calculează cu Ah x 12 x 0,5 x 0,8 / W: 100 Ah înseamnă circa 12 ore la 40 W și circa 4 ore la 120 W.
• Alege UPS-ul după puterea în W, nu în VA, și nu supradimensiona; la peleți contează în plus vârful de suprasarcină.
• Acumulator deep cycle AGM sau GEL, niciodată baterie auto de pornire, într-un loc uscat și răcoros, nu lângă cazan, cu un încărcător de 10-20 la sută din capacitatea lui.
• Line-interactive e suficient și mai eficient; online cu dublă conversie doar la rețea foarte proastă sau pe generator.
• Pune pe UPS și routerul cu termostatul, altfel centrala nu primește niciodată comanda de pornire.