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 конвектора

Принцип работы конвектора

Холодный воздух по законам физики тяжелее, поэтому он находится внизу.

Принцип конвекции – забрать холодные воздушные массы снизу, нагреть их внутри агрегата и переместить в верхнюю часть, откуда теплый воздух выдувается вверх.

Так происходит обогрев помещения. Поток движется непрерывно, поэтому уже через 3 – 4 минуты в комнате становится тепло. Далее воздушные массы снова охлаждаются и опускаются вниз, где опять попадают в нижние отверстия конвектора.

Как видно из рисунка, принцип работы электрического конвектора и его конструкция довольно простые.

• корпуса, выполненного из металла;
• ТЭНа (нагревательного элемента);
• различных датчиков (температурный, положения конвектора, датчик перегрева);
• панели управления;
• терморегулятора;
• решеток.

Корпус обычно выполняется из легкосплавного металла. Он выполняет защитную функцию, делается легким специально, чтобы уменьшить вес изделия. В него вставляются две решетки. Одна из них располагается снизу. Через это отверстие холодный воздух засасывается конвектором. Вторая находится спереди нагревателя в верхней его части. Через нее выходит уже нагретый воздух.

Воздух может попадать в электронагреватель как естественным путем (конвекция, когда при нагревании воздух поднимается вверх), так и принудительным. Часто в приборы устанавливают вентиляторы для увеличения подачи воздуха, тем самым увеличивают КПД конвектора. Такой принцип работы конвекторных обогревателей снижает нагрузку на теплообменник, что повышает надежность и долговечность устройства.

Термодатчик устанавливается в нижнюю часть нагревателя. Обычно он делает замер температуры каждые 45 секунд, после чего сигнал с результатом отправляется в блок управления, где электронный термостат включает или выключает прибор (в зависимости от показаний датчика).

Виды нагревательных элементов

Сердцем конвектора выступает ТЭН. В электрических моделях обычно используются три вида нагревательных элементов:

• монолитный;
• трубчатый с оребрением из алюминия;
• игольчатый.

Модели с монолитным ТЭНом рекомендовано ставить в спальне, так как они не издают ни каких звуков и не помешают отдыху.

Особенностью нагревателя с монолитным ТЭНом является его бесшумность. Корпус в этом случае делается цельным (литым). Теплопотери данного прибора минимальны, поэтому он имеет высокий показатель эффективности.

В случае с трубчатым ТЭНом в качестве нагревательного элемента выступает стальная трубка, в которой натянута нихромовая нитка, а внутреннее пространство заполнено засыпкой-изолятором (теплопроводящей). На трубке закрепляются ребра, выполненные из алюминия, что обеспечивает прибору высокую теплопередачу и увеличивает степень конвекции. Нагреватели такого типа имеют большой срок службы, могут устанавливаться в ванной, но иногда издают треск.

Игольчатые ТЭНы состоят из диэлектрической тонкой пластины, на которую установлена покрытая изолирующим лаком нагревательная хром-никелевая нить. Конвекторы с таким нагревательным элементом практически мгновенно нагреваются и остывают, но их не стоит применять в помещениях с высоким уровнем влажности. Главным преимуществом приборов с игольчатым ТЭНом можно выделить доступную цену, но долговечными их не назовешь.

Электрическая схема конвектора

Как видно из рисунка, схема у электронагревателей такого типа довольно простая.

Прибор достаточно включить в сеть 220 В с помощью шнура, затем нажать на клавишу выключателя (она полностью отключает устройство от электрической сети, поэтому вилку можно не вынимать, а пользоваться кнопкой). Панель управления обычно представляет собой регулятор температуры. Также в цепь включены датчик безопасности, размыкающий цепь при перегреве, и терморегулятор, который выключает или включает конвектор в зависимости от температуры окружающей среды.

Плюсы и минусы использования для дома

Конвекторный обогреватель не требует специального разрешения для эксплуатации.

Существует очень много положительных моментов, из-за которых стоит купить конвектор в дом или квартиру:

• Не нужно получать разрешения для эксплуатации, если это обычный электрический прибор.
• Простота монтажа. Конвектор на ножках устанавливается в нужном месте и включается в розетку. Имеются колесики для перемещения.
• Регулируемая температура. Некоторые модели имеют встроенные датчики, которые поддерживают нужный режим работы.
• Бесшумные – можно включать круглосуточно.
• Компактные размеры позволяют устанавливать конвекторы в небольших помещениях.
• Не сжигают кислород, так как температура внутри нагревательного элемента не превышает 65 градусов.
• Экономичные. Обходятся дешевле масляных радиаторов, при этом коэффициент полезного действия намного выше. Когда дома никого нет, обогреватель можно настроить на меньшую температуру.
• Невысокая стоимость позволяет устанавливать несколько приборов в одном помещении, если есть необходимость.
• Приборы пожаробезопасны и имеют защиту от перегрева.
• Можно приобрести конвектор-обогреватель с защитным экраном с регулируемым потоком воздуха, направленным в определенную зону.

Недостатков у этого типа отопления мало.

Приборы повышенной мощности потребуют большего расхода электроэнергии.

Неудобство может быть связано с установкой внутрипольных конвекторов, решетка которых находится на одном уровне с покрытием, – мусор будет попадать внутрь агрегата.

Если в помещении пыльно, частицы пыли из-за циркуляции будут постоянно витать в воздухе и придётся чаще делать влажную уборку.

Обогреватель с пультом управления

К данному типу приборов можно подключать дополнительное оборудование:

• увлажнитель воздуха;
• таймер;
• термостат для точной регулировки температуры;
• пульт дистанционного управления, чтобы включать приборы удаленно.

Дополнительное оборудование обычно не входит в комплектацию устройства.

Разновидности

Конвекторы имеют много разновидностей, которые отличаются:

• по виду теплоносителя (электрические, газовые, водные);
• по типу работы (конвекционные, инфракрасные или смешанного типа);
• по способу установки (напольные, настенные, потолочные, плинтусные);
• по материалу изготовления (стальные, керамические, стеклянные, кварцевые);
• по дополнительным опциям (с естественной конвекцией или принудительной с вентилятором, с ионизатором или увлажнителем, с фильтром для очищения от пыли и другими).

Выбирая конвектор для дачи или для дома, стоит помнить и про различную мощность приборов. Предпочтение тому или иному типу следует отдавать исходя из объема обогреваемого воздуха в помещении. Производители обычно указывают максимальное количество квадратных метров, на которые рассчитан прибор.

Если, например, комната плохо теплоизолирована, есть сквозняки, окна выходят на север или имеются другие условия, способствующие понижению температуры и теплопотерям, стоит выбирать конвектор большей мощности. Так, для комнаты в 15-20 квадратных метров приобретают тепловой прибор мощностью не менее 2 кВт. Прибор на 1 кВт может отопить совсем небольшое помещение до 12 квадратных метров. Если у конвектора будут дополнительные опции (увлажнение воздуха, электронная терморегуляция), то стоит учитывать и эти потери при работе прибора. Соответственно, он подойдет на площадь меньше заявленной примерно на 30-40%.

Инфракрасные

Это самые современные инновационные модели. Их эффективность увеличена за счет дополнительного эффекта инфракрасного излучения. Приборы комбинированного типа имеют 2 нагревательных элемента и могут работать даже при выходе из строя одного из них.

Они имеют повышенный КПД и быстрее других видов прогревают помещение за счет отдачи тепла ИК-волнами предметам окружающей обстановки. Такие приборы часто имеют декоративные панели и представляют собой системы обогрева последнего поколения.

Электрические

Электрические конвекторы работают за счет подогрева внутреннего элемента (ТЭН) электрическим током. Использование такого прибора абсолютно безопасно. ТЭН защищен изоляцией и оболочкой конвектора, поэтому при любой выставляемой температуре его поверхность не нагревается выше 50-60 градусов.

Они снабжаются автоматическими терморегуляторами. Стоит помнить, что электрический конвектор потребляет достаточное количество энергии. Поэтому выбирать нужно вариант с максимальным энергосбережением. Он подойдет для небольшой по площади комнаты или непостоянной работы (в перерывах между отопительными сезонами).

Газовые

Газовый конвектор не слишком популярен, хотя изначально конструировался как более экономичная альтернатива электрическому. Он работает на сжиженном газе из баллона. Удобно его использовать и в частном домовладении при возможности подключения к магистрали. При этом его установку стоит тщательно продумывать, так как при дальнейшем демонтаже и переносе прибора могут возникнуть сложности.

Кроме того, газовому конвектору требуется система отвода дымовых газов и рекуперации. Установка такого конвектора потребует специальных навыков. А экономия становится относительной, так как через вентиляцию для отвода газов в наружной стене будут происходить значительные тепловые потери.

Водяные

Конвекторы с водой в качестве теплоносителя отличаются максимальной экономичностью, простотой использования и безопасностью.

Забор воды для обогрева в них происходит от системы централизованного отопления. Они компактны и могут быть спрятаны под поверхность пола (так называемые «плинтусные модели»). Единственный их недостаток – небольшая площадь обогреваемого помещения. Она не должна превышать 10-12 квадратных метров.

Как работает

Принцип действия описываемого прибора базируется на явлении конвекции. Из курса физики нам известно, что холодный воздух тяжелее тёплого, он находится в нижней части помещения, нагретые воздушные массы постепенно поднимаются вверх

За счёт подобных перемещений происходит обогрев всего воздушного пространства в комнате.

Работа конвектора происходит по простому алгоритму. Внизу этого прибора находится нагревательный элемент (его ещё называют теплообменником). Для увеличения объёма проходимого воздуха, эта деталь выполняется в виде радиатора с несколькими плоскими рёбрами. Угол их наклона регулирует направление прогретых воздушных потоков. Теплообменник закрывает защитный металлический кожух.

По используемому энергоносителю все конвекторы можно разделить на следующие виды:

• Приборы, работающие на электроэнергии;
• Газовые конвекторы;
• Водяные.

Устройство конвекторного обогревателя

Вверху, а также в нижней части корпуса конвектора есть несколько отверстий для всасывания холодного и транспортировки подогретого воздуха. Конструктивно сделано так, что корпус нашего прибора не имеет непосредственного контакта с теплоприёмником, поэтому кожух не нагревается и не передаёт тепло. Подобная передача теплоресурсов происходит у водяных, а также масляных радиаторов.

В быту в основном используют электрический тип конвекторов. Водяные приборы имеют меньшие показатели эффективности, они отличаются от аналогов значительными габаритными размерами, поэтому их устанавливают в местах монтажа традиционных водяных радиаторов в нишах под окнами. Газовое оборудование, не смотря на возможность экономии энергоресурсов, почему-то не пользуется популярностью среди потребителей.

Все модели рассматриваемых обогревателей, независимо от вида могут иметь различные габаритные размеры. Некоторые из них оснащаются встроенными датчиками и множеством дополнительных функций. Основными достоинствами конвекторов считаются:

• Бесшумная работа. Такая характеристика связана с отсутствием в приборе вентилятора, который гудит;
• Возможность установки прибора на различных поверхностях (на полу или стене, присутствуют модели, которые можно установить даже на подоконнике);
• Красивый дизайн, что позволит «вписать» установку в любой интерьер;
• Невысокая температура нагрева корпуса, в среднем 60 градусов, максимальные параметры — 90 градусов;
• В габаритных моделях присутствуют колёсики для удобного перемещения по комнате, лёгкие приборы можно установить на стене;
• При обогреве помещения конвектором не происходит сжигание кислорода;
• Приборы можно оставлять без присмотра;
• Продолжительная эксплуатация. Многие производители дают 10-летнюю гарантию на товар.

Принцип работы конвектора

Несмотря на огромное количество достоинств, отрицательные качества у конвекторов тоже есть.

К минусам таких приборов следует отнести:

• Небольшой уровень шума при разогреве;
• Невозможность замены нагревательного элемента в домашних условиях;
• Отсутствие вентилятора сказывается на скорости прогрева помещения.