Устройство и принцип работы электрического конвектора
Электрический конвектор – это один из наиболее популярных обогревателей, используемых для обогрева бытовых, промышленных и офисных помещений. Не смотря на достаточно широкую популярность обогревателя данного типа, мало кто имеет представление о том, как он работает, и для чего служат те или иные элементы управления конвектора.
Рассмотрим принцип работы конвекционного обогревателя. Принцип работы электрического конвектора основан на естественной циркуляции (конвекции) воздуха. Конвектор, как правило, имеет прямоугольную форму, внутри него расположен электрический нагревательный элемент.
На поверхности конвектора есть отверстия, предназначенные для циркуляции воздуха. Конвектор устроен таким образом, что поступающий из нижних и боковых отверстий воздух нагревается после прохождения через нагревательный элемент и затем выходит через отверстия, расположенные на лицевой панели конвектора.
Например, обогреватель масляного типа обогревает помещение за счет теплового излучения, которое исходит от нагретых радиаторов. В конвекторе иной принцип – нагрев помещения осуществляется за счет направленного потока нагретого воздуха. Благодаря этому, конвектор обогревает помещение значительно быстрее и, что не менее важно — равномерно по всей площади.
Нагревательный элемент современного конвектора низкотемпературный, он изготавливается из специального сплава, благодаря чему он разогревается значительно быстрее обычных нагревательных элементов трубчатого типа. Как правило, через 30-60 с после включения в сеть, конвектор уже начинает отдавать тепло в помещение.
КПД обогревателя данного типа достигает 90% благодаря тому, что практически вся энергия идет на разогрев помещения, в отличие от других типов обогревателей, например, масляного, который начинает отдавать тепло в помещение не сразу, а только после того, как прогреется его теплопроводящая среда – масло, а затем его металлический корпус (радиатор).
Бытует мнение, что обогреватели, в том числе и электрические конвекторы, сжигают кислород. Но так ли это на самом деле? Как и упоминалось выше, в электрическом конвекторе устанавливают низкотемпературные нагревательные элементы, максимальная температура их нагрева, как правило, не превышает 600 60 о С.
При такой температуре кислород не сжигается, что является существенным преимуществом конвектора, по сравнению с другими типами электрических обогревателей, нагревательные элементы которых нагреваются до нескольких сотен градусов. Кроме того, низкая рабочая температура конвектора позволяет его устанавливать практически повсеместно, в том числе и вблизи пожароопасных поверхностей, например, на деревянной стене.
А каким образом конвектор может эффективно обогреть помещение, если рабочая температура его нагревательных элементов значительно ниже, чем в обогревателях другого типа?
Нагревательный элемент конвектора имеет значительно больший размер, по сравнению с нагревательными элементами, которые имеют более высокую рабочую температуру. Благодаря этому, конвектор выделяет достаточное количество тепла и, не смотря на низкую рабочую температуру его нагревательных элементов, способен обогреть значительную площадь. В зависимости от мощности, один конвектор может обогреть помещение площадью до 30 кв. м.
В большинство конвекторов устанавливают термостат, который предназначен для регулировки температуры нагревательного элемента и соответственно температуры воздуха, которая отходит от конвектора. На более дешевых моделях устанавливают механические термостаты, при помощи которых регулировка температуры производится грубо.
Дорогие модели снабжаются электронными термостатами, которые позволяют регулировать температуру с высокой точностью – до десятой доли градуса. Для бытового применения не столь важна точная регулировка температуры. Если в помещении холодно и нужно его быстрее прогреть – термостат выставляют на максимальную температуру. При достижении оптимальной и комфортной температуры термостат может быть установлен на меньшее значение температуры.
Точность регулировки температуры актуальна при необходимости поддержания температуры в тех помещениях, где необходимо соблюдать строгий температурный режим. Благодаря электронному термостату возможна реализация автоматической регулировки температуры в помещении.
Помимо термостата, на электрическом конвекторе предусматривается переключатель для подачи напряжения на нагревательный элемент. В конвекторах мощностью 1500-2500 Вт может быть 2-3 нагревательных элемента и соответственно переключатель на несколько положений. Например, при установке в первое положение включается один нагревательный элемент, во второе положение – два нагревательных элемента, а в третьем положении конвектор работает на полную мощность – то есть включаются все три нагревательных элемента.
На некоторых типах электрических конвекторов устанавливаются независимые выключатели для каждого из нагревательных элементов. Такой вариант включения нагревательных элементов наиболее приемлем, так как в случае перегорания одного нагревательного элемента, можно включить другой, находящийся в исправном состоянии, в то время как при перегорании ТЭНа в конвекторе со ступенчатым переключателем, высока вероятность того, что ни в одном из положений переключателя конвектор работать не будет.
Наличие термостата и переключателей нагревательных элементов позволяет регулировать температуру нагрева воздуха в достаточно широких диапазонах.
Электрические конвекторы могут монтироваться непосредственно на стену или устанавливаться на полу. В случае установки обогревателя данного типа на полу есть опасность его опрокидывания, что может стать причиной возникновения пожара. Поэтому практически во всех конвекторах предусматривается специальное защитное устройство, которое автоматически отключает питание нагревательных элементов в случае случайного или самопроизвольного опрокидывания конвектора.
Принцип данного защитного устройства следующий. Когда конвектор находится в вертикальном положении, контакты замкнуты, и нагревательные элементы конвектора получают питание. В случае опрокидывания конвектора, то есть при отклонении от вертикального положения на заданное значение угла, контакты защитного устройства размыкаются и нагревательные элементы конвектора обестачиваются.
Следует отметить, что конвектор работает в нормальном режиме только в том случае, если происходит беспрепятственная циркуляция воздуха. Поэтому, во избежание выхода конвектора из строя накрывать его запрещено.
Принцип работы конвекторного обогревателя
Суровыми зимними морозами, в отопительное «межсезонье» поддерживать комфортную температуру жилых помещений помогают дополнительные отопительные приборы – конвекторы, масляные, инфракрасные обогреватели. Каждая разновидность обогревателей выказывает особенности, касающиеся принципов работы, уровня энергопотребления, специфики использования. Конвекторные обогреватели выходят гораздо экономичнее, других отопительных приборов. Чтобы сделать правильный выбор, стоит внимательнее рассмотреть принцип работы конвекторного обогревателя.
Базовые принципы работы конвектора
Работа конвекторного обогревателя базируется на простом физическом явлении, известном среднестатистическому человеку со школьного курса физики. Теплый воздух демонстрирует свойство подниматься вверх, холодный – опускаться вниз. За счет естественной циркуляции воздуха происходит обогрев объема помещения при использовании конвекторных обогревателей.
В верхней и нижней части кожуха конвектора прорезаны отверстия, через которые холодный воздух попадает внутрь корпуса, горячий – выходит наружу. Кожух не соприкасается с нагревательным элементом, корпус конвектора не разогревается сильно, как корпус масляных или водяных радиаторов.
В бытовых условиях чаще встречаются электрические конвекторные обогреватели. Водяные конвекторы не слишком эффективны, из-за небольших габаритов приборы используют, где нет шанса установить традиционный водяной радиатор для отопления помещений с панорамными окнами. Газовые конвекторы, несмотря на простоту монтажа и экономичность ветки, не получили распространения на рынке.
Достоинства и недостатки конвекторных обогревателей
Речь касается распространенной разновидности конвекторов – электрических обогревателях. Если проанализировать, чем конвектор отличается от обогревателя с масляным заполнением, главным преимуществом назовем быстрое поднятие температуры воздуха помещения. В масляном радиаторе сначала нагревается теплоноситель, корпус прибора, после начинает прогреваться воздух. Нагревательный элемент конвектора греет воздух.
Поскольку кожух конвектора не доходит до высоких температур, приборы гораздо безопаснее в эксплуатации. Риск обжечься о горячий корпус сведен к минимуму. Особенность важна в случаях, когда доме заселен маленькими детьми, домашними животными. Пониженная температура корпуса дает конвектору одно преимущество – при опрокидывании не испортятся, не воспламенятся напольные покрытия. Правда, у большинства моделей бытовых электронагревателей одна ступень защиты предусматривает отключение нагревательного элемента при опрокидывании.
Базовый принцип работы конвекторного обогревателя определяет главный недостаток – неравномерный прогрев воздуха по высоте. Разница температур воздуха у пола, на высоте человеческого роста составляет 4 – 9 градусов Цельсия. Показатель определен расположением части прибора, снабженной зазорами выхода нагретого воздуха. При «классическом» расположении на верхнем торце обогревателя разница температур будет повыше. Зазоры расположены фронтально – теплый воздух распределяется равномернее.
Одна проблема конвекторных обогревателей – пыль, подхватываемая потоками циркулирующего воздуха. Понятно, постоянное вдыхание пыльного воздуха не слишком полезно для здоровья. Опускаясь, пыль оседает на нагревательном элементе, со временем приводит к появлению неприятного запаха при нагреве ТЭНа, снижению эффективности прибора. При выборе конвекторного обогревателя стоит отдать предпочтение современным моделям, отверстия выхода воздуха содержит фронтальная часть.
«Сердце» конвектора – нагревательный элемент
Особенности конструкции нагревательного элемента (ТЭНа) формируют показатели конвекторного обогревателя:
- долговечность;
- эффективность;
- уровень энергопотребления;
- стоимость.
Если цена прибора невысока, внутри установлен примитивный нагревательный элемент – открытая спираль. Упомянутые модели конвекторов выпускают отечественные, европейские производители. У приборов, снабженных открытой спиралью, низок класс защиты корпуса IP, нельзя применять для обогрева помещений с повышенной влажностью. Рабочая температура открытой спирали высокая (500 градусов), сгорающая пыль станет причиной появления неприятного запаха, выжигания кислорода, очагом возникновения пожара при падении крупных горючих тел на поверхность.
Безопаснее, надежнее в эксплуатации будут конвекторные обогреватели электрические с нагревателями закрытого типа. ТЭНы сформированы стальной трубкой, в которую помещена нить накаливания. Рабочая температура закрытого нагревательного элемента низка – не превышает +100 градусов. Чтобы передача тепла шла эффективнее, стальная трубка снабжается алюминиевым радиатором. Благодаря высокой теплопроводности алюминия, радиатор быстро нагревает циркулирующий воздух.
У стальных ТЭНов с алюминиевым радиатором замечены определенные недостатки. Поскольку коэффициенты теплового расширения материалов различны, плотность контакта между радиатором и поверхностью стальной трубки со временем нарушается. Оборачивается снижением эффективности прибора. Возможен худший вариант – локальный перегрев ТЭНа. Приведет к перегоранию нагревательного элемента, возникновению пожароопасной ситуации.
Самые современные (дорогостоящие) модели электрических конвекторов оснащаются моноблочным нагревателем. Нагревательный элемент, радиатор представляют собой цельнолитую конструкцию. ТЭНы надежны в эксплуатации – срок службы изделия достигает 20 лет. Нагревательная нить цельнолитых ТЭНов помещается в специальную засыпку, которая состоит из мельчайших кристаллов кварца, некоторых других веществ. Для изготовления корпуса применяются сплавы алюминия. Например, конвекторные обогреватели (Франция) марки Noirot оснащаются литым силуминовым ТЭНом.
Наиболее эффективный обогрев при минимальном расходе электроэнергии обеспечат комбинированные модели, например, конвективно-инфракрасный обогреватель. Помимо ТЭНа установлена инфракрасная панель. Отличите от типичного конвектора агрегат по внешнему виду – передняя панель конвективного инфракрасного обогревателя снабжена перфорацией, поток ИК-излучения беспрепятственно освещает помещение.
Управление, ступени безопасности
Простые бытовые конвекторы оснащаются подсистемой регулировки энергопотребления. Переключение может быть двухступенчатым (полная, половинная мощность), трехступенчатым (50, 75, 100% мощности). Модели конвекторных обогревателей в большинстве оснащены ступенью терморегуляции. Возможности и точность регулировки дешевых, дорогих обогревателей различаются коренным образом.
Регулировка температуры осуществляется с помощью электромеханических или электронных термостатов. У электромеханических систем управления точность регулировки температуры не слишком высока – в пределах 1-3 градусов. Отключение прибора при достижении нужной температуры осуществляется посредством биметаллической пластины. Электронная схеме сформирована датчиками, соединенными с блоком управления, позволит регулировать температуру, выдерживая точность несколько десятых градуса.
Конечно, стоимость электронного блока управления, по сравнению с электромеханическим, будет в разы выше. Благодаря высокой точности регулировки температуры, энергопотребление прибора с электронным управлением уменьшается на 4-5%. Очередная схема регулировки позволит сделать потребление электроэнергии оптимальным – таймер. Часы дают человеку поддерживать нужные температурные режимы в зависимости по времени суток.
Подбирая лучший конвекторный обогреватель, уделяйте внимание показателям эффективности и ступени защиты. В паспорте конвекторного обогревателя указывается класс защищенности нагревательного элемента от внешних воздействий, высокой влажности. По международным стандартам класс защиты маркируется буками IP и цифрами. Если в паспорте конвектора указан IF24 и выше, прибор используют во влажных помещениях.
Конвекторы снабжаются ступенями защиты, снижающими уровень пожароопасности. Практически изделия оснащаются защитой от перегрева – если температура ТЭНа превысит допустимую норму, конвектор автоматически отключается. У мобильных нагревателей защита против опрокидывания. Специальный датчик контролирует вертикальность положения прибора. При отклонении от вертикального положения нагревательный элемент отключается.
Сравнивая многообразие видов обогревателей, однозначно определить, что лучше – обогреватель или конвектор, вряд ли удастся. У различных типов обогревательных приборов неодинаковые принципы действия, уровень энергопотребления, эффективность. При выборе обогревателя исходим из конкретных задач и особенностей помещения. Целям временного отопления дачного домика подходят инфракрасные обогреватели, а мобильные электрические конвекторы выгодно работают «в паре» с центральной веткой отопления как дополнительные обогревательные приборы.
