Устройство и принцип работы конвекторного обогревателя

В основу принципа работы конвектора положено явление конвекции — циркуляционного движения воздушных масс при обтекании нагретых поверхностей. Энергоэффективные, безопасные и простые в монтаже, учитывающие новинки дизайна и технологий, эти приборы служат альтернативой традиционным отопительным котлам с громоздкими трубами.

Теплопередачей называется физический процесс перехода тепловой энергии от более горячего тела к менее горячему. Это совершается при непосредственном контакте или через разделительную перегородку и является следствием второго закона термодинамики. Когда объекты одной системы имеют разную степень нагрева, они самопроизвольно обмениваются теплом и стремятся к термодинамическому равновесию. Такая передача энергии осуществляется несколькими способами:

1. 1. Теплопроводность. Происходит при непосредственном соприкосновении неподвижных предметов. Бытовое применение — электрические плиты. В основе процесса лежит броуновское тепловое движение частиц жидкости или газа. Наибольшую теплопроводность имеют металлы, потом следуют жидкости и газы. Чем дальше молекулы вещества отстоят друг от друга, тем хуже они передают энергию.
2. 2. Лучистый теплообмен. Является формой электромагнитного возмущения и происходит за счёт внутренней энергии, испускаемой нагретым объектом. Используется в инфракрасных обогревателях. Когда излучение от тела-источника достигает других поверхностей, происходит его частичное поглощение. Тепловое излучение превращается во внутреннюю энергию предметов, и они нагреваются. Чем выше будет температура, тем активнее процесс поглощения. Отличительной чертой служит то, что греются лишь предметы, на которые попадают лучи, а воздух остаётся холодным.
3. 3. Конвекция. Применяется для нужд отопления и отличается высоким КПД. Внутренняя энергия неравномерно нагретого вещества самопроизвольно передаётся в виде струй или потоков. Нижние слои согреваются, делаясь более лёгкими, и всплывают, а верхние — остывают, становясь тяжелее, и опускаются, а процесс повторяется многократно.

Конвектор, благодаря небольшой толщине и настенной установке, позволяет экономить свободное пространство помещений. Корпус такого прибора всегда остаётся чуть тёплым, в отличие от масляных аналогов, функционирующих на основе явления теплопередачи нагревающимся кожухом.

Существует множество модификаций конвекторных обогревателей. Они представляют собой плоские панели с большой боковой поверхностью и малой толщиной. Различные варианты окраски корпуса (оттенки серого и белого цвета, дизайнерские находки вариаций угольно-чёрного) способствуют тому, что прибор вписывается в любой интерьер.

Конвекторы могут отличаться по дизайну, габаритам, конфигурации, способам монтажа, но главным является тип источника тепла. Все приборы относятся к трём основным группам:

1. 1. Водяные. Подключаются к магистралям отопления, куда горячая вода поставляется с ТЭЦ или котельной. Внутри конвектора находится медная труба с пластинами из меди, латуни или алюминия, и чем больше расстояние между рёбрами — тем выше теплоотдача. Труба упакована в защитный кожух, закрытый специальной решёткой. Для регулировки температуры водяной конвектор имеет клапан и термостат, для удаления воздуха — клапан. Выпускаются в настенном, напольном и внутрипольном встраиваемом варианте. Существует исполнение в виде тёплого плинтуса или дополнительное усиление конвекции вентилятором.
2. 2. Газовые. В качестве источника энергии используется природный или сжиженный газ. Под съёмным кожухом находятся: горелка, камера сгорания, теплообменник. Для установки потребуется коаксиальный дымоход, выводимый наружу через заднюю панель конвектора. Он производит забор свежего воздуха, поддерживающего горение, и удаление отработанных газов. Отсутствует необходимость подачи воды, что удобно в местах временного пребывания.
3. 3. Электрические. Наиболее распространённый вариант отличается простотой установки и обслуживания. Конвекторы имеют электрический нагревательный элемент, а их КПД достигает 95%. Практически вся полученная энергия сразу поступает в помещение.

Утверждение о том, что обогреватели сжигают кислород, не распространяется на электрический конвектор. Низкая рабочая температура корпуса позволяет устанавливать приборы практически в любых местах, в т. ч. рядом с пожароопасными деревянными стенами.

Конвекторный обогреватель устроен достаточно просто. Его поверхность закрыта корпусом с воздухозаборными отверстиями, которые размещены в его нижней и верхней частях. Сердце прибора — нагревательный элемент, питающийся от сети переменного напряжения 220 вольт. Холодный воздух обтекает его, нагревается, через жалюзи выходит наружу, а на смену поступает новая порция.

В электрических конвекторах применяются три типа нагревателей:

1. 1. Игольчатые. Петли в виде иголок из сплава никеля с хромом (нихрома) крепятся на корпусе с двух сторон. Это обуславливает быстрый разогрев и остывание, удобную регулировку требуемых параметров температуры и невысокую стоимость изделий. Отрицательный момент — запрет на использование во влажных помещениях.
2. 2. Трубчатые (ТЭН). Нихромовая спираль заключается в полую трубку, а свободное пространство заполняется диэлектриком. Для улучшения теплоотдачи на корпусе ТЭНа монтируют добавочные рёбра. Герметичность позволяет использовать приборы во влажной среде. Недостатки — увеличение времени выхода на заданную мощность и потрескивание при работе.
3. 3. Монолитные. Нихромовая нить запаивается в ребристый корпус, что приносит максимальную теплоотдачу, бесшумность, равномерный прогрев всех частей прибора, и увеличивает стоимость. Это наиболее популярный тип, широко используемый различными производителями.

Управляет конвектором механический или электронный термостат. Первый вариант — более дешёвый, и при достижении заданной температуры нагревательного элемента электрическая цепь размыкается. Нагреватель остывает, цепь замыкается снова, и функционирование прибора возобновляется. Такая регуляция не позволяет поддерживать определённые параметры, т. к. термостат срабатывает только от датчика температуры биметаллической пластины, а состояние воздуха не учитывает.

Блок электронного управления подразумевает наличие комплекта датчиков. Кроме температуры нагревателя конвектора, они отслеживают параметры окружающего воздуха. Все данные обрабатываются микропроцессором и посылают корректирующий сигнал калориферу. Условия задаются со специальной панели на корпусе, а продвинутые дорогие модели комплектуются дистанционными пультами и программируемыми модулями.

При необходимости отопительный режим устанавливается на определённый период. Если в рабочие дни с 9−00 до 18−00 в комнате никого нет, то на это время назначают поддерживающие значения температуры. К моменту возвращения обитателей дома устройство само включится на заданную мощность и быстро прогреет помещение.

Принцип работы конвекторного обогревателя вне зависимости от типа источника тепла заключается в использовании свойства газообразной среды при нагревании расширяться и подниматься, а при охлаждении опускаться.

Встроенный нагревательный элемент инициирует процесс циркуляции и двигает поток через устройство от низа кверху. Пустотелый корпус конвектора работает аэродинамической трубой, где тяга вызвана нагревом воздуха. Поток поднимается до самого потолка, отдаёт тепловую энергию окружающему пространству комнаты, охлаждается и опускается.

Расположение прорезей вверху и внизу кожуха специфично: они не параллельны друг другу, а верхние образуют угол с плоскостью пола. Газ движется к потолку не вертикально, а по параболе, что повышает теплообмен. Воздух в комнате, где работает конвекторный обогреватель, достигает оптимальной температуры за 20 минут, если мощность подобрана правильно, а на улице не ниже минус 5 °C.

При достижении заданной температуры срабатывают термостаты или температурные датчики (это зависит от системы управления — механической или электронной), которые отключают нагрев. В первом случае процесс возобновляется после замыкания контактов остывшей пластины. Во втором датчик сработает, когда значение температуры воздуха в комнате станет ниже того, что задаётся программой.

По способу монтажа конвекторы делятся на встроенные, плинтусные, настенные и напольные. Серии премиум-класса содержат полезную функцию: «защита от детей», которая позволяет блокировать кнопки управления, или способны ионизировать воздух и восстанавливать экологический баланс в жилище.

Характеристикой каждого электроконвектора служит площадь обогрева, которая заявлена производителем и указывается в соответствующих документах. При желании подсчёты выполняют самостоятельно. Подбор конвектора по площади для конкретного помещения осуществляется приблизительно и достаточно прост. Для основного обогрева на 1 кв. м комнаты с одним окном, одной дверью и высотой стен до 2,5 метров, необходима мощность 0,1 кВт, для дополнительного — 0,07 кВт. Например, для площади 10 кв. м потребуется конвектор мощностью 1 кВт.

Расчёт станет более точным, если учитывать и высоту помещения. Когда прибор планируют использовать для дополнительного обогрева в холодное время года или в межсезонье, мощность рассчитывается умножением объёма комнаты на 0,025 кВт. Если конвектор станет единственным источником тепла, то умножать объём нужно на 0,04 кВт, то есть для площади 10 кв. м и высоте потолков 3 метра потребуется мощность 1,2 кВт. Если комната угловая, результат умножается на поправочный коэффициент 1,1, а при хорошей теплоизоляции и энергосберегающих пластиковых окнах — на 0,8.

Размещают конвекторы в тех же местах, что и обычные радиаторы водяного отопления. Не стоит устанавливать их на сквозняке или загораживать. Предпочтение желательно отдать известным маркам, имеющим длительные гарантийные сроки и высокие эксплуатационные характеристики. Хорошо, если прибор будет оснащён датчиком перегрева и функцией отключения при опрокидывании.

Для помещений с повышенной влажностью (ванная комната, кухня) потребуются брызгозащищённые модели с классом защиты IP 24 и II классом электрозащиты. Они не требуют заземления, хотя прямой контакт с водой запрещён. Напольная конструкция прибора имеет преимущества перемещения по комнате: нагревательная панель устанавливается на ножки с колесиками.

Электрические конвекторы — современные отопительные приборы, способные обеспечить предельно комфортные параметры температуры. При правильном расчёте мощности и грамотном монтаже преимущества вполне очевидны:

1. 1. Простота и безопасность установки и эксплуатации. Достаточно прикрепить в любом месте к стене или поставить на специальные ножки, подключить к электросети, и устройство готово к эксплуатации. Низкая температура корпуса предохраняет от ожогов.
2. 2. Крупные производители конвекторов дают гарантию безотказной работы до 42 месяцев, а срок службы — до 20 лет. Приборы не требуют специфического обслуживания, кроме периодического удаления пыли внутри с помощью пылесоса и протирания поверхности влажной тряпкой.
3. 3. Относительно невысокая стоимость устройства и широкий диапазон моделей и функциональных особенностей. Каждый покупатель легко подберёт конвектор на свой вкус и кошелёк.
4. 4. Для поддержания стабильной температуры не требуется постоянное участие человека. Автоматика и электроника функционируют в автономном режиме, выдерживают скачки напряжения и полностью исключают температурные перепады.
5. 5. Бесшумная работа. Только у конвекторов с механическим управлением включение и отключение термостата сопровождается негромким щелчком, а вся электроника абсолютно бесшумна.
6. 6. Экономичность, здоровый микроклимат, высокие значения скорости нагрева и КПД.

Главным отрицательным моментом является существенное потребление электричества, что особенно неприятно при постоянно растущих ценах. Отопление больших помещений с помощью электроконвекторов становится малоэффективным и дорогостоящим удовольствием, оставляя возможности для использования только для нужд дополнительного обогрева. Необходимо ещё раз подчеркнуть важность удаления пыли, т. к. устройства с открытыми нагревателями начинают издавать неприятный запах при её выгорании.

Не рекомендуется накрывать конвектор и использовать в качестве сушилки для белья — перегрев приведёт к срабатыванию защиты. Расстояние до пола, стен и ближайших предметов интерьера составляет до 20 см, а свободное пространство вокруг не менее 50 см. Минимальное расстояние до розетки — 10 см, она должна находиться обязательно сбоку, а не сверху. Только при соблюдении этих несложных правил эксплуатации конвектора, можно гарантировать уют и комфорт в отапливаемом доме.