Элемент электронагревательный: Электрические нагревательные элементы.Виды и устройство – Электрические нагревательные элементы. Их виды, конструкция.

Электрические нагревательные элементы.Виды и устройство

Всевозможные электроприборы для нагрева широко применяются в быту почти в каждом доме. Главным компонентом подобных устройств являются электрические нагревательные элементы (ТЕН)(Спираль).

Разновидности

Выделяют всего два типа нагревателей:

1. Открытые электрические нагревательные элементы:
К нагревателям открытого типа относятся спирали. Спиральные нагревательные элементы отдают тепло за счёт конвекции и излучения. Они в основном подвешиваются на кронштейне из электрически изоляционного материала. Ещё есть спирали, положенные в изоляционных канавках.
2.  Закрытые электрические нагревательные элементы:
 — герметичные. К герметичным нагревателям относятся трубчатые нагревательные элементы. Электрические нагревательные элементы работают на основе конвекции, излучения и теплопроводности, преобразовывая электроэнергию в тепловую энергию;
 — негерметичные. Это спирали и ленты в защитной оболочке, выполненной из электроизоляционного материала. В качестве защиты могут применяться чешуйчатые бусы из керамики, надевающиеся прямо на спираль.

Особенности нагревательных спиралей

Для изготовления нагревательных спиралей применяют нихром или фехраль. Некоторые фирмы выпускают спирали из еврофехрали. Разные производители выпускают нагревательные элементы в зигзагообразной или круглой форме. Встречаются спирали, оборудованные по концам резьбовыми шпильками (винтами).

Свойства нихромовых спиралей:

• Сохраняют пластичность после остывания.
• Большое удельное сопротивление.
• Не накаляются при нагревании.
• Не потребляют кислород.
• Превосходные механические свойства.
• Сберегают свойства при длительной эксплуатации.

Нихромовые спирали с керамической основой можно неоднократно снимать, при необходимости поправлять и изменять их форму, подгоняя под нужные размеры. Эксплуатируют подобные нагреватели в быту, промышленности и прочих приборах.

Свойства фехралевых спиралей:

• Высочайшая жароустойчивость.
• Значительное удельное сопротивление.
• Стойкость к воздействиям агрессивной среды.
• Отсутствие окалины.
• Механическая устойчивость.
• Прочность на изгиб.
• Большой срок службы.

Применяются эти спирали в электропечах почти во всех отраслях промышленности и в других электроприборах (калориферах, электроплитках). Эти нагревательные элементы имеют меньшую плотность, служат дольше и стоят дешевле от нихромовых спиралей.

Свойства фехралевых и спиралей из прочих многокомпонентных сплавов:

• Высокое удельное сопротивление.
• Однородность структуры.
• Превосходная стойкость к воздействию разной среды (вакууму, воздуху, аргону и т.п.).
• Высокая пластичность.\
• Хороший предел ползучести.
• Большой срок эксплуатации.

Подобные спирали служат дольше, имеют меньшую плотность, большую пластичность и лучшее качество поверхности от нихромовых и фехралевых. Они считаются более надёжными и выносливыми, поэтому используются в приборах, предназначенных для работы при высоких температурах (1200Со).

Преимущества и недостатки спиралей

Преимущества нагревателей открытого типа:

• Простая конструкция.
• Быстрый нагрев.
• Лёгкость в ремонте.
• Невысокая стоимость.

Недостатки:

• Низкая электробезопасность.
• Риск замыканий витков спирали.
• Вероятность появления механических повреждений.

Ещё существуют спирали закрытого типа, они помещены в металлической оболочке, пространство которой заполнено порошком в качестве изоляции. Эти элементы разогреваются намного дольше, но они надёжнее и безопаснее в эксплуатации, самое распространённое применение таких элементов это электрические конфорки, для электрических плит.

Особенности ТЭНов: конструкция и принцип работы

ТЭНы (трубчатые электрические нагревательные элементы) представляют трубку, внутри которой посередине расположена токопроводящая нить или спираль. Трубка обычно изготовлена из металла, но есть приборы со стеклянной или керамической трубкой. ТЭНы с металлическими трубками предназначены для нагрева практически не агрессивных сред.

Стекло применяют для ТЭНов в промышленных установках, т.е. для химически сильноагрессивных сред. Керамические или из других благородных металлов трубки встречаются очень редко, изготавливаются они для особых случаев. Трубки бывают разного диаметра от 6 мм до 24 мм.

Нить из термоэлектрического сплава, может быть нихромовая или фехралевая. Эта деталь, хорошо запрессованная в сердцевине, имеет отменное сопротивление, поэтому сильно разогревается при прохождении электротока, но не плавиться.

Спираль (нить) исполняет роль нагревателя. Пространство между ней и трубкой наполнено теплоизолятором с хорошей теплопроводностью. В качестве него используют перикласт (кристаллическую окись магния MgO). MgO согласно ГОСТ 13236–83, обладает высокими диэлектрическими свойствами и стойкостью к высоким температурам. Изоляционный слой предотвращает контакт диэлектрика с трубкой и передаёт максимально эффективно тепловую энергию на поверхность.

Перед тем, как попасть в окружающую среду, тепловая энергия сначала проходит через диэлектрик, а потом через нержавеющие стенки трубки, нагревая воду или воздух.

Трубчатые электрические нагревательные элементы могут работать в следующих рабочих условиях:

• Жидких.
• Твёрдых.
• Газообразных.

ТЭН оснащён группой контактных устройств, предназначенных для его включения. В качестве контактов обычно применяют проводящие клеммы, которые располагают на изолирующих вставках.

Основные детали ТЭНа:

• Трубка.
• Нагревательный элемент — спираль или нить.
• Наполнитель.
• Изолирующий слой.
• Контактные устройства.

Подобная конструкция способна выдерживать длительную штатную нагрузку. При этом скачки напряжения кратковременные перегрузки сильно не влияют на работу нагревательного элемента. Некоторые группы ТЭНов оборудуются дополнительными деталями, к примеру, термопредохранителями или магниевыми анодными стержнями для продления срока работы.

Отличия нагревателей касаются не только материала исполнения, но также конструкции и их назначения. ТЭНы бывают разной длины и диаметра, выполняются из стали или титана, а также имеют разные электротехнические параметры.

Виды ТЭНов

• Оребрённые ТЭНы (ТЭНР). Эти нагреватели предназначены для нагрева воздуха, поэтому их называют воздушными. Материалом их выполнения является нержавеющая и конструкционная сталь. ТЭНР оребряют лентой, а также наборными шайбами.

• ТЭНы патронного типа (ТЭНП). Используются для нагревания пресс-форм, поэтому эксплуатируются в промышленных установках. Изготовлены из шлифованной нержавеющей трубы, имеют контактные выводы на одной стороне. Некоторые ТЭНП оснащены термоэлектрическим преобразователем. Иногда их применяют для нагревания газовых и жидких сред.
• Блок электронагревателей (ТЭНБ). Блоки обеспечивают повышенной мощностью обогрев сыпучих и жидких веществ, поэтому их часто называют водяными ТЭНБ. Производятся из разного материала и различной мощности. Крепления фланцев бывают резьбовыми и болтовыми.

• ТЭНы с терморегулятором. Эти электроустройства применяют для нагрева воды в любой ёмкости подходящего объёма с возможностью поддержания конкретно заданной температуры (электрокотлы и пр. оборудование).

• Кольцевые электрические нагревательные элементы (КНП). Эти устройства необходимы для обогрева литниковых втулок, прожекторов и т.п. Для производства оболочки используется нержавеющая сталь. КНП могут поставляться с оборудованной термопарой.

Маркировка ТЭНов

Пример; ТЭН 100 А 13 О 220 Ф2 R30 G1/2

Обозначения позиций в маркировке:

1- Трубчатый электронагреватель.
2- Развёрнутая длина 100 мм.
3- Длина контактного стержня А=40 мм,
(А=40, В= 65, С=100, D=125, E=160, F=250 (мм)).
4- Диаметр 13 мм, бывают следующие диаметры: 6,25; 8; 10; 13; 16; 22.
5- Потребительская мощность.
6- Устройство предназначено для обогрева подвижного воздуха (О).

Обозначение нагреваемой среды:

P— Вода, оболочка из черной стали.
J — Вода, оболочка из нержавейки.
S— Неподвижный воздух, оболочка из черной стали.
T— Неподвижный воздух, оболочка из нержавейки.
O— Движущийся воздух, оболочка из черной стали.
K— Движущийся воздух, из нержавеющей стали оболочка.
Z— Масло.
L— Литейные формы.
7— Номинальное напряжение равно 220В.
8— Форма ТЭНа Ф2 (формы см. на рис.1).
9— Радиус гибки равен 30 мм.
10— Наличие резьбовых штуцеров G1/2.

Преимущества и недостатки ТЭНов

ТЭНы эксплуатируются в промышленных печах и почти в любой обогревательной технике. Водонагреватели, переносные радиаторы отопления, стиральные машинки и прочие приборы, в функциях которых есть нагрев, работают на основе ТЭНов.

Преимущества ТЭНов следующие:

• Универсальность и безопасность.
• Надёжность работы.
• Можно использовать в установках инфракрасного нагрева.
• Можно помещать в любую жидкость.
• Могут работать при различных ударных нагрузках.
• Надёжная герметизация спиралей.
• Разнообразие форм.

Трубчатые электрические нагревательные элементы обладают высокой стабильностью и прочностью, поэтому имеют длительный срок службы, но у них всё же есть и недостатки:

• Высокая металлоемкость.
• ТЭН с перегоревшей спиралью невозможно отремонтировать.

Эти устройства имеют более высокую стоимость от обычных открытых нагревательных спиралей. Но при эксплуатации подобных приборов лучше выбирать более безопасные варианты, не смотря на цену.

Похожие темы:

Электрические нагревательные элементы. Их виды, конструкция.

Электрические нагревательные элементы применяются в бытовой и промышленной технике. Применение различных нагревателей известно всем. Это электрические плиты, жарочные шкафы и духовки, электрокофеварки, электрические чайники и отопительные приборы всевозможных конструкций.

Электрические водонагреватели, чаще именуемые бойлерами, тоже содержат нагревательные элементы. Основой многих нагревательных элементов служит проволока с высоким электрическим сопротивлением. И чаще всего эта проволока изготовлена из нихрома.

Открытая нихромовая спираль

Самым старым нагревательным элементом является, пожалуй, обычная нихромовая спираль. Когда-то давно, в ходу были самодельные электрические плитки, кипятильники для воды и обогреватели типа «козёл». Имея под рукой нихромовый провод, которым можно было «разжиться» на производстве, изготовить спираль требуемой мощности не представляло никаких проблем.

Известно было, какого диаметра провод и какая длина требуется для намотки спирали нужной мощности. Эти магические числа до сих пор можно найти в сети интернет. На рисунке показана таблица, где приведены данные о спиралях различной мощности при напряжении питания 220В.

   Расчет электрической спирали нагревательного элемента

Здесь все просто и понятно. Задавшись требуемой мощностью и диаметром нихромового провода, имеющимся под рукой, остается только отрезать кусок нужной длины и навить его на оправку соответствующего диаметра. При этом в таблице указана длина получившейся спирали. А что делать, если имеется провод с диаметром не указанным в таблице? В этом случае спираль придется просто рассчитать.

Как рассчитать нихромовую спираль

При необходимости рассчитать спираль достаточно просто. В качестве примера приведен расчет спирали из нихромовой проволоки диаметром 0,45 мм (такого диаметра в таблице нет) мощностью 600 Вт на напряжение 220 В. Все расчеты выполняются по закону Ома.

Сначала следует рассчитать ток, потребляемый спиралью.

I = P/U = 600/220 = 2,72 A

Для этого достаточно заданную мощность поделить на напряжение и получить величину тока, проходящего через спираль. Мощность в ваттах, напряжение в вольтах, результат в амперах. Все согласно системе СИ.

По известному теперь току рассчитать требуемое сопротивление спирали достаточно просто: R = U/I = 220/2,72 = 81 Ом

   Формула для подсчета сопротивления проводника R=ρ*L/S,

где ρ – удельное сопротивление проводника (для нихрома 1.0÷1.2 Ом•мм2/м), L — длина проводника в метрах, S – сечение проводника в квадратных миллиметрах. Для проводника диаметром 0,45 мм сечение составит 0,159 мм2.

Отсюда L = S * R / ρ = 0.159 * 81 / 1.1 = 1170 мм, или 11,7 м.

В общем, получается не столь уж сложный расчет. Да собственно и изготовление спирали не так уж и сложно, что, несомненно, является достоинством обычных нихромовых спиралей. Но это достоинство перекрывается множеством недостатков, присущих открытым спиралям.

Прежде всего, это достаточно высокая температура нагрева – 700…800˚C. Нагретая спираль имеет слабое красное свечение, случайное прикосновение к ней может причинить ожог. Кроме того возможно поражение электрическим током. Раскаленная спираль выжигает кислород воздуха, привлекает к себе пылинки, которые выгорая, дают весьма неприятный аромат.

Но главным недостатком открытых спиралей следует считать их высокую пожароопасность. Поэтому пожарная охрана попросту запрещает применение обогревателей с открытой спиралью. К таким обогревателям, прежде всего, относится, так называемый «козел», конструкцию которого можно посмотреть на видео.

 

Вот такой вот получился дикий «козел»: сделан он нарочито небрежно, просто, даже очень плохо. Пожара с таким обогревателем ждать придется недолго. Более совершенная конструкция подобного отопительного прибора показана на рисунке ниже.

 

   Обогреватель типа ПЭТ 1 кВт, 220 В

Нетрудно видеть, что спираль закрыта металлическим кожухом, именно это предотвращает прикосновение к разогретым токоведущим частям. Пожароопасность такого устройства намного меньше, чем показанного на предыдущем видео.

Когда-то давно в СССР выпускались обогреватели-рефлекторы. В центре никелированного отражателя имелся керамический патрон, в который наподобие лампочки с цоколем E27, вворачивался нагреватель мощностью 500Вт. Пожароопасность такого рефлектора тоже очень высока. Ну, вот как-то не задумывались в те времена, к чему может привести использование таких обогревателей.

   Обогреватель рефлекторного типа

Совершенно очевидно, что различные обогреватели с открытой спиралью можно, вопреки требованиям пожарной инспекции, использовать лишь под неусыпным присмотром: ушел из помещения – выключи обогреватель! Еще лучше просто отказаться от использования обогревателей подобного типа.

Электрические нагревательные элементы с закрытой спиралью

Чтобы избавиться от открытой спирали, были изобретены Трубчатые Электрические Нагреватели – ТЭНы. Конструкция ТЭНа показана на рисунке ниже.

   Конструкция ТЭНа

Нихромовая спираль 1 спрятана внутри тонкостенной металлической трубки 2. Спираль изолирована от трубки наполнителем 3 с высокой теплопроводностью и высоким электрическим сопротивлением. В качестве наполнителя чаще всего применяется периклаз (кристаллическая смесь окиси магния MgO, иногда с примесями других окислов).

После заполнения изолирующим составом трубку опрессовывают, и под большим давлением периклаз превращается в монолит. После такой операции спираль жестко фиксируется, поэтому электрический контакт с корпусом – трубкой исключен полностью. Конструкция получается настолько прочной, что любой ТЭН можно изгибать, если того требует конструкция отопительного прибора. Некоторые ТЭНы имеют весьма причудливую форму.

Спираль соединяется с металлическими выводами 4, которые выходят наружу через изоляторы 5. Подводящие провода присоединяются к резьбовым концам выводов 4 с помощью гаек и шайб 7. Крепление ТЭНов в корпусе устройства осуществляется при помощи гаек и шайб 6, обеспечивающих, при необходимости, герметичность соединения.

При соблюдении условий эксплуатации подобная конструкция достаточно надежна и долговечна. Именно это и привело к весьма широкому применению ТЭНов в устройствах различного назначения и конструкции.

  Трубчатые электрические нагревательные элементы

По условиям эксплуатации трубчатые электрические нагревательные элементы делятся на две большие группы: воздушные и водяные. Но это просто такое название. На самом деле воздушные ТЭНы предназначены для работы в различных газовых средах. Даже обычный атмосферный воздух является смесью нескольких газов: кислорода, азота, углекислого газа, имеются даже примеси аргона, неона, криптона и т.д.

Воздушная среда бывает самой разнообразной. Это может быть спокойный атмосферный воздух или поток воздуха, движущийся со скоростью до нескольких метров в секунду, как в тепловентиляторах или тепловых пушках.

Разогрев оболочки ТЭНа может достигать 450 ˚C и даже более. Поэтому для изготовления внешней трубчатой оболочки применяются различные материалы. Это может быть обычная углеродистая сталь, нержавеющая сталь или жаропрочная, жаростойкая сталь. Все зависит от окружающей среды.

Для улучшения теплоотдачи некоторые ТЭНы снабжаются ребрами на трубках в виде навитой металлической ленты. Такие нагреватели называются оребренными. Применение таких элементов наиболее целесообразно в движущейся воздушной среде, например, в тепловентиляторах и тепловых пушках.

Водяные трубчатые электрические нагревательные элементы также применяются не обязательно в воде, это общее название различных жидкостных сред. Это может быть масло, мазут и даже различные агрессивные жидкости. Жидкостные трубчатые электрические нагревательные элементы применяются в электрических котлах, дистилляторах, электрических опреснителях морской воды и просто в титанах для кипячения питьевой воды.

Теплопроводность и теплоемкость воды намного выше, нежели у воздуха и других газовых сред, что обеспечивает, по сравнению с воздушной средой, лучший, более быстрый, отвод тепла от ТЭНа. Поэтому при одинаковой электрической мощности водяной нагреватель имеет меньшие геометрические размеры.

Как избавиться от накипи и продлить срок жизни ТЭНа

Кроме химических средств для защиты от накипи используются различные устройства. Прежде всего, это магнитные преобразователи воды. В мощном магнитном поле кристаллы «жестких» солей меняют свою структуру, превращаются в хлопья, становятся мельче. Из таких хлопьев накипь образуется менее активно, большая часть хлопьев просто вымывается потоком воды. Этим и достигается защита нагревателей и трубопроводов от накипи. Магнитные фильтры-преобразователи выпускаются многими зарубежными фирмами, такие фирмы существуют и в России. Подобные фильтры выпускаются как врезного, так и накладного типа.

Электронные умягчители воды

В последнее время все более популярными становятся электронные умягчители воды. Внешне все выглядит очень просто. На трубу устанавливается небольшая коробочка, из которой выходят провода-антенны. Провода накручиваются вокруг трубы, при этом даже не надо счищать краску. Установить прибор можно в любом доступном месте, как показано на рисунке ниже.

   Электронный умягчитель воды

Единственное, что потребуется для подключения прибора, это розетка на 220В. Прибор рассчитан на долговременное включение, его не надо периодически отключать, поскольку выключение приведет к тому, что вода снова станет жесткой, опять будет образовываться накипь.

Принцип работы прибора сводится к излучению колебаний в диапазоне ультразвуковых частот, которые могут достигать до 50КГц. Частота колебаний регулируется с помощью пульта управления прибора. Излучения производятся пакетами по нескольку раз в секунду, что достигается использованием встроенного микроконтроллера. Мощность колебаний невелика, поэтому никакой угрозы для здоровья человека подобные приборы не представляют.

Целесообразность установки подобных приборов определить достаточно легко. Все сводится к тому, чтобы определить, насколько жесткая вода течет из водопроводной трубы. Тут даже не надо никаких «заумных» приборов: если после мытья ваша кожа становится сухой, от брызг воды на кафельной плитке появляются белые разводы, в чайнике появляется накипь, стиральная машина стирает медленнее, чем в начале эксплуатации – однозначно из крана течет жесткая вода. Все это может привести к выходу из строя нагревательных элементов, и, следовательно, самих чайников или стиральных машин.

Жесткая вода плохо растворяет различные моющие средства – от обычного мыла до супермодных стиральных порошков. В результате порошков приходится класть больше, но это помогает мало, так как кристаллы солей жесткости задерживаются в тканях, качество стирки оставляет желать лучшего. Все перечисленные признаки жесткости воды красноречиво говорят о том, что необходимо устанавливать умягчители воды.

Подключение и проверка ТЭНов

При подключении ТЭНа должен использоваться провод подходящего сечения. Здесь все зависит от тока, протекающего через ТЭН. Чаще всего известны два параметра. Это мощность самого нагревателя и напряжение питания. Для того, чтобы определить ток, достаточно разделить мощность на напряжение питания.

Простой пример. Пусть имеется ТЭН мощностью 1 КВт (1000 Вт) на напряжение питания 220 В. Для такого нагревателя получается, что ток составит

I = P/U = 1000/220 = 4,545A.

Согласно таблицам, размещенным в ПУЭ, такой ток может обеспечить провод сечением 0,5 мм2 (11 А), но с целью обеспечения механической прочности лучше применить провод сечением не менее 2,5 мм2. Как раз таким проводом чаще всего выполняется подвод электричества к розеткам.

Но перед тем, как производить подключение, следует убедиться в исправности даже нового, только что купленного ТЭНа. Прежде всего, надо измерить его сопротивление и проверить целостность изоляции. Сопротивление ТЭНа достаточно просто рассчитать. Для этого надо напряжение питания возвести в квадрат, и поделить на мощность. Например, для нагревателя мощностью 1000 Вт этот расчет выглядит так:

220*220/1000=48,4 Ом.

Такое сопротивление должен показать мультиметр при подключении его к выводам ТЭНа. Если же спираль оборвана, то, естественно, мультиметр покажет обрыв. Если взять ТЭН иной мощности, то сопротивление, естественно, будет другим.

   Проверка целостности изоляции

Для проверки целостности изоляции следует измерить сопротивление между любым из выводов и металлическим корпусом ТЭНа. Сопротивление наполнителя-изолятора таково, что на любом пределе измерений мультиметр должен показать обрыв. Если окажется, что сопротивление равно нулю, то спираль имеет контакт с металлическим корпусом нагревателя. Такое может случиться даже с новым, только купленным ТЭНом.

Вообще для проверки изоляции применяется специальный прибор мегаомметр, но не всегда и не у всех он есть под рукой. Так что вполне подойдет и проверка обычным мультиметром. Хотя бы такую проверку надо сделать обязательно.

Как уже было сказано, трубчатые электрические нагревательные элементы можно изгибать даже после наполнения изолятором. Существуют нагреватели самой разнообразной формы: в виде прямой трубки, U-образные, свернутые в кольцо, змейку или спираль. Все зависит от устройства нагревательного прибора, в который предполагается установить ТЭН. Например, в проточном водонагревателе стиральной машины применяются ТЭНы свитые в спираль.

Некоторые трубчатые электрические нагревательные элементы имеют элементы защиты. Самая простая защита это термопредохранитель. Уж если он сгорел, то приходится менять весь ТЭН, но до пожара дело не дойдет. Есть и более сложная система защиты, позволяющая использовать ТЭН после ее срабатывания.

Одной из таких защит является защита на основе биметаллической пластины: тепло от перегретого ТЭНа изгибает биметаллическую пластину, которая размыкает контакт и обесточивает нагревательный элемент. После того, как температура снизится до допустимого значения, биметаллическая пластина разгибается, контакт замыкается и ТЭН снова готов к работе.

 

Трубчатые электрические нагревательные элементы с термор

Трубчатый электронагреватель — Википедия

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Устройство трубчатого электронагревателя (ТЭН)

Трубчатый электронагреватель (ТЭН) — электронагревательный прибор в виде металлической трубки, заполненной теплопроводящим электрическим изолятором. Точно по центру изолятора проходит токопроводящая нить (обычно нихромовая или фехралевая) определённого сопротивления для передачи необходимой удельной мощности на поверхность ТЭН.

Применяется во многих бытовых и промышленных электроприборах: чайниках, кипятильниках, стиральных машинах, водонагревательных и отопительных котлах, и т. д.

ТЭН был изобретён и запатентован 20 сентября 1859 года Джорджом Б. Симпсоном в Вашингтоне, округ Колумбия^[1].

Двухконцевой ТЭН электроплиты в виде спирали. Регулирование мощности реостатным переключателем или циклическим включением-отключением по времени Одноконцевой ТЭН электроплиты в виде спирали с тремя нагревательными нитями разного сопротивления соединённых у глухого конца ТЭНа. Регулирование мощности сочетанием подачи тока на выводы переключателем (1 ^~2⁰; 1^~3⁰; 2^~3⁰; 1^~2^~3⁰)

Трубчатые электронагреватели могут иметь различные диаметры в диапазоне от 6 до 24 мм. В зависимости от конкретного применения (нагревания жидкости или воздуха), при производстве ТЭНов используются электрические изоляторы (диэлектрики) различного качества, которые должны сохранять свои диэлектрические свойства при низких, высоких и экстремально высоких температурах.

По конфигурации ТЭНы разделяют на двухконцевые (когда контактные выводы расположены с двух сторон) и одноконцевые («патронные»)— с контактными выводами, расположенными по одну сторону нагревателя. В электрических котлах стоят, как правило, блоки тэнов, или, как их еще называют, «ТЭНБ».

• ГОСТ 19108-73 «Электронагреватели трубчатые (ТЭН) для бытовых электроприборов».
• ГОСТ 19108-81. «Электронагреватели трубчатые (ТЭН) для бытовых нагревательных электроприборов. Общие технические условия». Под рук. В. М. Фомина (Министерство электротехнической промышленности СССР). Утверждён Госстандартом СССР. М.: Издательство стандартов, 1990.
• ГОСТ 13268-83. «Электронагреватели трубчатые (ТЭН). Общие технические условия». Министерство электротехнической промышленности СССР. Утверждён Госстандартом СССР. М.: Издательство стандартов, 1984.
• ГОСТ 13268-88. «Электронагреватели трубчатые. Общие технические условия». Разработан: Министерство электротехнической промышленности СССР. Утверждён Госстандартом СССР. М.: Издательство стандартов, 1988.

Нагревательные элементы. Их устройство и принцип работы.

В прошлой статье было рассказано в основном о трубчатых нагревательных элементах – ТЭНах и об открытых спиралях. Кроме этого существует еще и другие нагревательные элементы, некоторые из них практически ровесники открытой спирали, а другие появились относительно недавно, благодаря развитию современных технологий. Об этих нагревателях, новых и не очень, и будет рассказано сегодня.

Инфракрасные нагревательные элементы

Применяются в различных устройствах, прежде всего инфракрасных обогревателях для отопления помещений. Попросту говоря, это отопительные приборы, создающие комфорт в доме, квартире, офисе или цехе. Для различных условий применяются самые разнообразные конструкции обогревателей. Инфракрасные нагреватели могут применяться также в различном технологическом оборудовании, где требуется нагрев каких-то предметов.

Ярким примером такого технологического оборудования являются инфракрасные паяльные станции и современные лабораторные нагревательные шкафы и печи. Широко используется ИК нагрев в групповой пайке печатных плат с компонентами SMD.

Описание этого процесса опубликовано в журнале «Технологии в электронной промышленности №3, 2007». Статья называется «Инфракрасный нагрев в технологии пайки поверхностного монтажа», автор статьи В. Ланин. В статье приводятся очень интересные факты, как уже ставшие историей, так и имеющие место быть. Схема установки для инфракрасной пайки показана на рис. ниже.

   Установка групповой пайки с ИК нагревом: 1 — вытяжная вентиляция, 2 — матрица ИК ламп, 3 — плата, 4 — ИК лампа, 5 — отражатель, 6 — устройство охлаждения, 7 — конвейер

ИК излучение, что это, и как оно работает

Инфракрасное излучение является одной из составных частей солнечного спектра. ИК лучи находятся в самой низкочастотной зоне солнечного света. Именно они несут нам на Землю тепло. При этом инфракрасные лучи беспрепятственно проходят сквозь воздух, нисколько не нагревая его. Нагревается земная поверхность, и все, что встречается на пути солнечных лучей. И только потом, от теплых предметов согревается воздух. Вот почему утром воздух прохладен, пока не взойдет Солнце. В точности также работают инфракрасные нагреватели, являющиеся основой промышленных и бытовых обогревателей.

Конечно, спектр рукотворных ИК нагревателей не столь широк, как у солнечного света, и находится в длинноволновой области ИК диапазона с длиной волны λ = 50—2000 мкм. Причем, чем меньше температура нагретого тела, тем больше длина волны. Вообще, диапазон ИК излучения намного шире и делится на три поддиапазона:

• коротковолновая область: λ = 0,74—2,5 мкм
• средневолновая область: λ = 2,5—50 мкм
• длинноволновая область: λ = 50—2000 мкм

Но инфракрасные нагревательные элементы работают только в длинноволновой части ИК спектра. Различные ИК нагревательные элементы являются основой для создания инфракрасных обогревателей. Поскольку тепло от инфракрасных нагревательных элементов передается в основном теплоизлучением, то их часто называют инфракрасными излучателями.

Как устроены ИК обогреватели

В сущности, конструкция ИК обогревателя проста и незатейлива: нагревательный элемент – излучатель помещен в корпус той или иной конструкции, внутри корпуса имеется рефлектор – отражатель, клеммы для подключения излучателя, а снаружи клеммы для внешних проводов. На рисунке показан именно такой простенький вариант обогревателя.

   Конструкция ИК обогревателя: 1 — отражатель (рефлектор), 2 — защитная сетка, 3 — переключатель, 4 — крепежная скоба, 5 — инфракрасная карбоновая лампа, 6 — крышка, 7 — клеммная коробка, 8 — шнур питания, 9 — вилка.

Сразу бросается в глаза, что обогреватель данной конструкции очень похож на прожектор для галогенных ламп, применяемый для подсветки рекламы, фасадов зданий, ступенек крыльца, части двора возле дома. В общем, какого-то сравнительно небольшого участка, так называемое локальное освещение.

Поэтому с помощью ИК обогревателей тоже возможен обогрев не всей площади помещения, а лишь какой-то его части. Экономия электроэнергии заметна невооруженным глазом: зачем греть все помещение, если можно нагреть необходимый угол? Пример точечного обогрева показан на рисунке.

    Точечный ИК обогрев

Если требуется сделать отопление, например на производстве, то понадобятся обогреватели несколько иной конструкции, которые можно установить в потолок, наподобие светильников с дневными лампами. Такой вариант показан на рисунке ниже.

   Обогрев больших помещений

Подобных схем обогрева можно найти немало, ведь ИК обогреватели используются для отопления достаточно больших помещений: мастерских, складов, цехов, а то и вовсе небольших площадок на открытом воздухе. Например, это может быть беседка возле дома или веранда ресторана со столиками.

Нагревательные элементы на карбоновых лампах

Карбоновая лампа, представляет собой вакуумную трубку из кварцевого стекла, внутри которой размещен излучающий элемент, сделанный из углеродного (карбонового) волокна, точнее из нескольких волокон свитых в жгут. Иногда этот излучающий элемент называют карбоновой спиралью, хотя это и не совсем правильно.

Карбоновое волокно появилось сравнительно недавно, но завоевало большую популярность в различных технологиях. Из него делаются не только карбоновые излучатели. С помощью специальных технологий из карбоновых волокон делают углепластики.

Спектр применения углепластиков очень широк, примерно около двадцати направлений: от авиастроения и ракетной техники до струн для музыкальных инструментов. Широко применяются углепластики в автомобилестроении, главным образом, в спортивных автомобилях. Те, кто увлекается любительским и спортивным рыболовством, по достоинству оценили все прелести карбоновых удилищ.

Карбоновое волокно имеет волокнистую структуру, что значительно увеличивает площадь излучения. Эта площадь в десятки и сотни раз превышает площадь спирали из нихрома, вольфрама, керамики, фламентина или других материалов. Такая развитая площадь приводит к тому, что теплоотдача карбонового волокна на 30…40% выше, чем у обычных нагревательных элементов.

Работа карбонового обогревателя

При подаче напряжения карбоновое волокно разогревается мгновенно, сразу начинается выработка лучистого тепла, причем, без вредного излучения в ультрафиолетовой части спектра. Повышенная теплоотдача карбонового волокна приводит к более экономному расходу электроэнергии, нежели у обычных нагревателей из нихромовой спирали.

При одинаковой потребляемой мощности карбоновые нагреватели вырабатывают большее количество тепла. Тепло при этом не уходит под потолок, как в случае отопления, например, масляным радиатором или батареей центрального отопления.

Оптическое излучение карбоновых ламп совсем незначительно. Чуть видимое красное свечение вовсе не влияет на зрение, не ослепляет, но свечение все-таки заметно. На рисунке выше показан работающий бытовой обогреватель на основе карбоновых ламп.

В верхней части обогревателя находятся переключатели, задающие режимы работы. В подставке обогревателя имеется электропривод, создающий повороты обогревателя в разные стороны, наподобие того, как это делают вентиляторы. Этими поворотами достигается увеличение площади обогрева.

Керамические инфракрасные нагреватели (излучатели)

Представляют собой обычный ТЭН, «заточённый» в керамическую оболочку – корпус. Теплом от ТЭНа разогревается керамика, а уже от нее тепловые лучи излучаются во внешнюю среду. Керамическая оболочка имеет площадь в несколько раз превышающую площадь ТЭНа, поэтому тепло отдается более активно.

Внешний вид керамического обогревателя показан на рисунке. Подобные нагревательные элементы часто называют панельными инфракрасными нагревателями. Форма нагревательных панелей самая разнообразная. Нагреватель может быть плоским, вогнутым или, наоборот, выпуклым.

   Внешний вид керамического нагревателя

На передней поверхности можно рассмотреть конфигурацию ТЭНа, на задней поверхности находятся проволочные выводы изолированные керамическими бусами. Рабочая температура керамических нагревателей 700…750 градусов, удельная поверхностная мощность до 64 Квт/м2. Мощность керамических нагревателей может находиться в пределах от нескольких десятков ватт, до нескольких киловатт. Что называется, на все случаи жизни.

Некоторые типы керамических нагревателей имеют открытую, видимую спираль, например типа HSR. Рабочая температура нагревателя 900 °C, нагреватель предназначен для быстрого разогрева. Внешний вид нагревателя HSR показан на рисунке.

   Нагреватель типа HSR

Керамические ИК нагреватели бывают трех типов: объемные (сплошные), полые, а также нагреватели со встроенной термопарой. Объемные элементы достаточно инерционны, долго разогреваются и медленно остывают. В тех случаях, когда нужно периодическое включение/выключение нагревателя, применяются полые нагреватели.

Они менее инерционны, что позволяет применять их в различных технологических процессах, где требуется поддержание точной температуры рабочей среды с помощью периодического включения/выключения излучателя. За счет пониженной массы скорость разогрева пустотелых излучателей на 40% выше, чем у объемных.

В отличие от объемных излучателей большая часть излучения полых излучателей направлена вперед. Излучению назад препятствует полый тепловой барьер с задней стороны, что обеспечивает щадящий температурный режим для элементов корпусных конструкций, а также повышает КПД излучателя. По сравнению с объемными излучателями той же мощности снижение потребления электроэнергии достигает 15%.

При использовании объемного излучателя такое распределение тепла можно получить только с использованием рефлектора. Некоторые типы панельных ИК нагревателей имеют встроенную термопару типа K или J, что позволяет осуществлять точный контроль и регулирование температуры. Очень удобно для применения в технологических процессах.

Технологических процессов, где применяются ИК излучатели достаточно много. Вот только некоторые из них:

• Сушка краски (двухкомпонентные краски, эпоксидные лаки),
• Обработка пластмасс (вулканизация ПВХ, термоформовка пластиков АБС, полиэтилена, полистирола, части автокузова, порошковая покраска)
• Сушка клеящих веществ,
• Обработка продуктов питания (поддержание в нагретом состоянии, гриль, стерилизация и пастеризация),
• Текстильные изделия (шелкография, переводные картинки на футболках, латексирование ковровых покрытий),
• Красота и здоровье (инфракрасные тепловые кабины, сауны)

Инфракрасные керамические лампы Эдисона

Относятся к полым керамическим излучателям, выпускаются с цоколем E27, как у обычной лампы накаливания. Этот цоколь давным-давно был изобретен великим изобретателем Т. Эдисоном. Именно буква «E» в названии цоколя увековечивает имя изобретателя, а 27 это диаметр цоколя в миллиметрах. Конструкция очень удобная: просто ввернули в патрон вместо лампы накаливания, и сразу стало тепло!

Считается, что эти нагревательные элементы, чаще всего, применяются в животноводстве. Даже на китайских сайтах с бесплатной доставкой, из корявого машинного перевода с английского языка, можно понять, что эти обогреватели предназначены для коровников, птичников и свинарников.

   Инфракрасная лампа Эдисона

Почему нельзя такой излучатель повесить если не дома, то хотя бы на рабочем месте? Ведь далеко не секрет, что наши работодатели не особо утруждают себя созданием нормальных условий на рабочих местах: летом не хватает кондиционера, а в осеннюю пору, пока еще не включили отопление, приходится в цехе, мастерской или в конструкторском отделе одеваться в ватную телогрейку.

Для обогревателей Эдисона выпускаются металлические рефлекторы, что позволяет увеличить теплоотдачу в нужном направлении и снизить тепловое воздействие на стены и потолки. Собственно для этих же целей служат и рефлекторы, используемые с другими типами нагревателей.

Естественно, что вкручивать такие «лампочки» надо в высокотемпературный керамический патрон.

Нагревательные элементы для обогрева плоскостей

Нагрев до столь высоких температур нужен далеко не всегда, и в этих случаях приходится применять другие нагреватели, которые передают тепло не излучением, а находясь в непосредственном контакте с нагреваемым предметом. При этом нагревается поверхность определенной площади и формы, как плоская, так и криволинейная. Одним из таких типов нагревателей являются плоские эластичные нагревательные элементы, изготовленные из силикона.

Силикон это кремнийорганический полимер, состоящий из атомов кремния и углерода. В зависимости от молекулярной массы эти полимеры могут быть жидкими (кремнийорганические жидкости), эластичными (кремнийорганические каучуки) или твердыми продуктами (кремнийорганические пластики).

Кремнийорганические полимеры обладают хорошими диэлектрическими характеристиками, отличаются высокой термостойкостью, хорошими водоотталкивающими свойствами, физиологической инертностью, что позволяет использовать их для создания плоских нагревательных элементов. Такая конструкция называется силиконовыми нагревательными матами, и применяется в тех случаях, когда необходим равномерный нагрев какой-либо поверхности.

Силиконовые нагревательные элементы

Представляют собой конструкцию из двух слоев силикона, между которыми размещается нагревательный провод или вытравленная нагревательная пленка, что позволяет получить самые различные параметры нагревателя. Для увеличения механической прочности силикон армируется текстильным стекловолокном.

Эти нагреватели обладают высокой скоростью реагирования (малое время нагрева/остывания), точность поддержания температуры достаточно высока, особенно, если нагреватель оснащен сенсором температуры и термостатом.

Геометрические размеры силик

Как выбрать электронагреватель для воды: помогаем определиться с критериями

Плановое отключение горячей воды нередко застает нас врасплох. Чего уж говорить о внеплановом отключении — когда внезапно выясняется, что горячей воды нет в самый неподходящий момент (а «подходящих» моментов для таких событий, как мы знаем, не бывает в принципе).

Застраховаться от подобной неприятности можно, установив электрический нагреватель для воды. Также электрические нагреватели нередко используются в случае, если качество горячей воды оставляет желать лучшего (например, не устраивает напор воды или, скажем, у кого-то из домашних появилось раздражение кожи в ответ на состав воды).

Ну и, конечно, без электрических нагревателей не обойтись там, где горячей воды нет в принципе — например, на даче, где источником воды является колодец.

Электрический водонагреватель Bosch Tronic 1000T ES 100

Давайте взглянем на наиболее распространенные типы электрических водонагревателей и определимся, как подобрать наиболее подходящую модель в зависимости от поставленных задач.

Проточные нагреватели и накопительные (бойлеры)

Основное отличие между проточными водонагревателями и накопительными (бойлерами) можно выделить уже из самого названия: проточный нагреватель нагревает воду «в режиме реального времени» — пока она проходит сквозь нагревательную систему. Накопительный — накапливает воду, нагревает ее, после чего отдает потребителю по мере необходимости.

Конструктивно накопительный водонагреватель представляет собой герметичный бак, в который автоматически подается вода из водопровода. Внутри бака находится тэн (нагревательный элемент), который доводит холодную воду до температуры, установленной с помощью панели управления, и поддерживает ее на одном уровне. Когда вода расходуется, на ее место доливается новая из водопровода.

Проточные водонагреватели выглядят куда более компактно: они представляют собой короб, под крышкой которого прячется электронагреватель. В таком нагревателе нет специального бака для хранения воды, вода нагревается непосредственно в процессе прохождения через нагревательный элемент. Такие водонагреватели часто используются в малогабаритных квартирах, где нет места для размещения бойлера, либо там, где установка бойлера нецелесообразна.

Плюсы и минусы каждого типа нагревателей

У каждого из типов водонагревателей есть свои особенности, свои плюсы и минусы. Давайте назовем наиболее важные из них.

Бойлеры

• Плюсы:
  • бойлер не создает повышенной нагрузки на электросеть, поскольку его мощность в среднем существенно ниже, чем мощность проточных водонагревателей
  • накопительный нагреватель способен «раздавать» горячую воду на всю квартиру (т. е. на несколько источников потребления воды — несколько кранов)
  • нагретая вода будет сохранять температуру в течение некоторого времени, и воспользоваться ею можно будет даже в случае, если электричество вдруг отключили
• Минусы:
  • нагрев воды не происходит мгновенно: после расхода значительной части нагретой воды (или полного опустошения бойлера) придется подождать от несколько десятков минут до 1-2 часов, пока поступившая из водопровода вода снова нагреется
  • бойлер занимает немало места и весит тоже немало, поэтому для него не только нужно выделить место, но также потребуется специальный монтаж (надежное крепление и надежная стена)
  • нагревательный элемент бойлера страдает от образования накипи и может потребовать очистки

Проточные нагреватели

• Плюсы:
  • проточный нагреватель окажется более прост в монтаже и установке
  • также он не будет занимать много места: его можно установить буквально в любом помещении
  • нагрев воды окажется быстрым: достаточно открыть кран
  • вода не будет застаиваться (всегда окажется свежей), ее не придется сливать в случае, если нагреватель не предполагается использовать в течение длительного времени
• Минусы:
  • температура «горячей» воды оказывается ограничена мощностью прибора и зависит от температуры воды в водопроводной системе — то есть чем холоднее вода на входе, тем она холоднее и на выходе
  • мощность проточного водонагревателя довольно высока, так что для его подключения в доме потребуется не только выделенная электрическая линия, но и наличие определенного запаса по мощности
  • один прибор способен обслужить только одну точку набора воды, не получится использовать прибор для подачи воды на несколько кранов

Основные характеристики накопительных нагревателей (бойлеров)

Как мы уже упомянули выше, бойлер удобен в случае, если есть необходимость запасти большое количество горячей воды. К тому же, такой нагреватель станет единственным решением в случае, когда установить проточный бойлер не представляется возможным (например, из-за того, что электропроводка не справится с нагрузкой).

Одна из ключевых характеристик бойлеров — это объем. Вторая по важности — мощность, и, как следствие — время, за которое прибор сможет нагреть воду до заданной температуры. Все эти параметры можно узнать в технической документации на прибор, поэтому выбирать бойлер исключительно по внешнему виду — не лучшая идея.

Для одного человека, экономно расходующего воду, будет достаточно бойлера объемом 30 литров. Для двух человек рекомендуется обратить внимание на модели от 50 литров, для трех — от 80 литров и т. д.

Thermex ERS 80 H Silverheat объемом 80 литров

Накопительный бойлер не оказывает большой нагрузки на сеть, потребляет меньше электроэнергии, а главное — не нуждается в специальном подключении, если его мощность составляет менее 3 кВт. Во многих случаях его можно включить в обычную розетку, не затрудняя себя проведением отдельной электрической линии (хотя, конечно, если установка бойлера запланирована на этапе ремонта, лучше предусмотреть возможность безопасного подключения заранее).

Установка бойлера также незамысловата: необходимо обеспечить заземление, в некоторых случаях — редуктор для компенсации повышенного давления в водопроводной магистрали, а также установить предохранительный клапан для защиты водонагревателя от излишнего давления в баке и для слива воды. Отметим, что все эти элементы, скорее всего, придется приобретать отдельно. В случае, если бойлер долго не используется, воду из него рекомендуется слить.

Бойлер устроен так, что холодная вода поступает через трубу внизу, после чего она нагревается в тэне до заданной температуры и «отдается» сверху. Температура воды, поступающей из бака, оказывается стабильной. Нагреватель такого типа самостоятельно выключается при нагревании воды до нужной температуры, и включается снова при ее остывании.

Большую роль играет теплоизоляция прибора — от этого зависит, как скоро потребуется подогревать остывшую воду.

Современные бойлеры могут управляться механическим способом (такое решение наиболее простое) либо электронным — с возможностью «умного» регулирования управления нагревом, автоматического включения и отключения и т. п.

Водонагреватель накопительный Ariston Velis PW 50 литров

Долговечность работы бойлера зависит от ряда конструктивных особенностей. В первую очередь это, конечно, материал, из которого сделана внутренняя емкость нагревателя. Наиболее простые бойлеры сделаны из металла, другие могут иметь защитное эмалированное покрытие. Для защиты применяется и стеклокерамика. «Слабым» местом у многих бойлеров является сварной шов — именно в этом месте нередко случаются протечки. Увы, но сделать прогнозы относительно надежности этого элемента соединения вряд ли возможно: при выборе той или иной модели приходится руководствоваться личным опытом либо отзывами пользователей, которые уже приобрели такой бойлер ранее.

Нагреватель у бойлера состоит из, собственно, тэна и термостата, отвечающего за контроль температуры. Тэн может быть как открытым (и непосредственно контактировать с водой), так и закрытым (защищенным от контакта с водой). Их также иногда называют «мокрым» и «сухим».

Открытый тэн обеспечит высокую скорость нагрева воды, окажется доступным по цене, а также зачастую является универсальным и подойдет для разных моделей бойлеров. Зато на нем образуется накипь, а следовательно — он потребует периодической чистки или замены.

Закрытый тэн обеспечит более долгий срок работы и является более безопасным в том, что касается потенциальной опасности поражения током (например, в случае, если бойлер потек). Такой тэн оказывается помещен в специальную колбу, заполненную кварцевым песком или маслом. Закрытый тэн имеет больший эксплуатационный срок, но и существенно повышает стоимость водонагревателя.

Термостат позволяет бойлеру автоматически включаться и отключаться. На передней панели иногда можно увидеть датчик нагрева воды. Он бывает электронный или механический (в виде стрелки). Таким образом всегда можно узнать, какова температура воды внутри бойлера.

Важным элементом бойлера является магниевый анод — штырь из металла с нанесенным сплавом магния. Этот элемент защищает другие детали бойлера, беря на себя основной «удар» при борьбе с некачественной водой — он нейтрализует воду, забирая в себя соли и преобразует налет в мягкую накипь. В противном случае накипь оседала бы на тэне.

Магниевый анод

При эксплуатации бойлера от 15 месяцев следует извлечь анод и проверить его на износ. После этого срока эксплуатации анод, вероятно, будет достаточно сильно изношен и его следует заменить. Отметим, что, как правило, аноды выпущенные для одной модели бойлера не подойдут для другой модели. «Мокрый» медный тэн — это что-то наподобие кипятильника, он быстро покрывается накипью, понижающей его теплопроводность.

Нагревательный элемент в комплекте с анодом

Наконец, упомянем о существовании компактных безнапорных бойлеров небольшого объема (например, 5 литров). Такие накопительные водонагреватели в большинстве случаев нужны для систем, где вода подается с помощью насосов по мере включения (например, в дачном доме). То есть давление воды внутри бака не превышает внешнего атмосферного давления. Такой бойлер монтируется непосредственно под раковиной и без труда способен обеспечить теплой водой одну точку.

Основные характеристики проточных нагревателей

Как мы уже говорили, проточные электрические нагреватели гораздо компактнее бойлеров, однако их мощность окажется существенно выше. А следовательно — для их установки нужно провести отдельную электрическую линию, а также установить отдельный автомат. Ну а во многих домах и квартирах (там, где нет достаточного запаса по входной мощности) установить подобный нагреватель и вовсе не представляется целесообразным: в худшем случае он будет «выбивать пробки», в лучшем — сможет работать лишь при отсутствии другой нагрузки (т. е. при выключенных чайниках и прочих мощных электроприборах).

Электрический проточный водонагреватель Eldom Betta 6,5 кВт

Принцип эксплуатации проточных водонагревателей сводится к омыванию тэна тонкими струями, которые успевают нагреться до требуемой температуры. Электрические проточные водонагреватели производят горячую воду в неограниченном объеме и доводят её до горячего состояния практически сразу после включения. Реальный опыт эксплуатации показывает, что для обеспечения горячей водой не более двух точек (к примеру, кухня и душ) вариант проточного типа окажется наиболее простым решением (конечно, если нет цели сэкономить на расходе электричества). Однако для нормальной работы необходим достаточный напор — не менее 0,4 атм. Для бытовых нужд на кухне достаточно 3—6 кВт мощности, а для душа и ванн лучше ориентироваться на 8—11 кВт.

В отличии от накопительных нагревателей (бойлеров), которые работают от обычной однофазной электросети в 220 В и 230 В, многие проточные водонагреватели (особенно модели, мощность которых превышает 8 кВт), допускают подключение к сетям 220/380 В. При возможности более благоприятным будет выбор трехфазного напряжения, в котором нагрузка равномерно распределяется на три фазы.

Основные характеристики проточных нагревателей, таким образом, это мощность и объем воды, который прибор способен прогреть за единицу времени. Этот параметр указывается в документации и выглядит как параметр типа «4 литра в минуту». Второй важный параметр — максимальная температура воды, которую может выдать прибор. Этот параметр также указан в инструкции (как правило, он не превышает 60 градусов).

Многие нагреватели при этом оснащены ограничителем потока, не позволяющего подать слишком много воды (чтобы прибор успевал нагревать воду). Но при слабом напоре такой ограничитель может стать причиной несрабатывания датчика потока, активирующего нагрев. А следовательно — при покупке такого устройства будет нелишним проверить, соответствует ли напор воды в водопроводе установленным нормам. Возможно, придется установить дополнительный насос.

Электрический проточный водонагреватель Atlantic Ivory IV202 5,5 кВт

Наконец, упомянем, что проточные нагреватели, как и бойлеры, могут быть оснащены электронной системой управления, существенно повышающей комфорт от эксплуатации устройства и позволяющей гораздо более точно регулировать параметры работы прибора.

Выводы

В целом выбрать электрический нагреватель для дома или дачи довольно легко. Дело в том, что выбор во многом оказывается ограничен такими параметрами, как способ подачи воды (центральное водоснабжение или насос), давление (напор) воды в трубах и возможности электрической сети. Многие приборы автоматически не подойдут по тем или иным параметрам (окажутся слишком мощными либо потребуют проведения трудоемких подготовительных работ).

Не удивительно, что многие останавливают свой выбор на самом простом решении, требующем минимум усилий при подключении — установке обычного накопительного нагревателя-бойлера подходящего объема. Проточные нагреватели пользуются куда меньшей популярностью (во многом из-за повышенной нагрузки на электрическую сеть). Однако в случае, когда установка нагревателя планируется на стадии ремонта, именно они могут оказаться оптимальным решением, поскольку позволяют получить горячую воду сразу же, без предварительного ожидания.

Электронагревательные приборы

Электронагревательные приборы получили очень широкое распространение в нашей жизни. Например, электроплиты и чайники, утюги, камины, фены и другие уже давно стали привычными «жильцами» наших квартир.

Основной частью любого электронагревательного прибора является нагревательный элемент. Со второй половины XX века и по настоящее время широко используются так называемые ТЭНы – трубчатые электронагреватели (см. фото). Они представляют собой нихромовую проволоку, свитую в виде спирали и помещённую внутрь металлической трубки, заполненной электроизолирующим теплопроводным порошком. ТЭНы применяют в большинстве водонагревательных приборов, в утюгах, электроплитах, электрокаминах и так далее. Такие ТЭНы имеют размеры до нескольких дециметров и мощность до нескольких тысяч ватт.

В последнее время начинают широко распространяться электрические «тёплые полы». Для их укладки используют ТЭНы, которые находятся не в металлических трубках, а в пластмассовых, поэтому хорошо гнутся. Это важно, чтобы укладывать их в виде «змейки», равномерно покрывая всю площадь пола и обходя препятствия, например изгибы и выступы стен. Такие нагреватели имеют длину десятки метров и мощность до нескольких сотен ватт, что достаточно для обогрева одной комнаты.

В обычных лампах накаливания в световую энергию превращается менее 10% потребляемой электроэнергии, а остальные 90% превращаются в теплоту. Поэтому лампы накаливания тоже можно считать электронагревательными приборами. И хотя их чаще всего используют именно для освещения, нередки случаи, когда их применяют и для обогрева, например, теплиц. Для подключения ламп к электросети используют специальный патрон (на рисунке показан в разрезе). Он имеет нижний контакт в виде упругой пластинки и кольцевой контакт, соприкасающийся с цоколем лампы.

Важно: теплота выделяется не только в нагревательном элементе, но и в проводах. Однако на единице длины нагревательного элемента теплоты выделяется гораздо больше, чем на единице длины провода. Другими словами, на каждом сантиметре спирали выделяется гораздо больше теплоты, чем на каждом сантиметре провода, подводящего к спирали ток. В чём причина этого?

Во-первых, нагревательный элемент и подводящие провода изготовлены из разных металлов: нихрома и меди. Между тем, если взять одинаковые по размерам проводники из нихрома и меди, то нихромовый проводник будет иметь в 50 раз большее сопротивление, чем медный. Это же можно сказать иначе: удельное сопротивление нихрома в 50 раз больше удельного сопротивления меди. Выясним, как это влияет на выделение теплоты.

Нагревательный элемент и подводящие провода представляют собой проводники, соединённые последовательно. В § 9-б мы узнали, что в таких проводниках сила тока одинакова. Следовательно, согласно закону Джоуля–Ленца, количества теплот, выделяющихся в этих проводниках, прямо пропорциональны их сопротивлениям (так как силы токов и времена его прохождения одинаковы). Поэтому каждая единица длины нихромовой проволоки выделяет в 50 раз больше теплоты, чем единица длины медного провода, если площади их поперечного сечения одинаковы.

Во-вторых, нихромовая проволока свёрнута в спираль, длина которой в 10-20 раз меньше длины самой проволоки (см. рисунок). Поэтому на единице длины спирали выделяется в 10-20 раз больше теплоты, чем на единице длины прямого отрезка нихромовой проволоки.

Итак, две причины – применение вещества с большим удельным сопротивлением (нихрома или аналогичного) и плотное его размещение (спираль с близкими витками) приводят к тому, что основное количество теплоты выделяется именно в нагревательном элементе электроприбора, а не в проводах.

Виды электронагревательных приборов

Наиболее используемыми источниками тепла для теплоснабжения домов являются электричество, газ, уголь или дрова. Несмотря на техническую доступность каждого из них, применение того или иного обусловлено некоторыми факторами, такими как: экономическая целесообразность, место и периодичность использования, безопасность. В наше время первые два вида энергии из перечисленных пользуются наибольшей популярностью. Рассмотрим аспекты использования электроэнергии, а также виды электронагревательных приборов.

Преимущества и недостатки использования электроэнергии для целей отопления

Сразу нужно отметить, что использование электрических нагревательных приборов для отопления – не самый дешевый вариант, так как стоимость самого оборудования, а также издержки при эксплуатации слишком высоки. Поэтому его чаще всего рассматривают в качестве альтернативного, на случай перебоев с подачей газа или, если газификации вообще нет. В то же время, отопление дома с помощью электроприборов имеет и некоторые очевидные достоинства:

• Практически повсеместная доступность.
• Очень быстрый и простой монтаж.
• Удобное управление.
• Компактное устройство приборов.
• Полное отсутствие каких-либо продуктов сгорания.

Таким образом, при всех своих недостатках, связанных, главным образом, с экономической составляющей вопроса, электроприборы обладают массой полезных качеств, которыми не могут похвастаться отопительные устройства, основанные на сжигании топлива.

По каким принципам осуществляется классификация электронагревательных приборов

Все современные электрические отопительные устройства классифицируются следующим образом.

По способу монтажа прибора:

• Переносные или мобильные, к которым можно отнести масляные радиаторы и различные конвекторы.
• Установленные на одном месте или стационарные, включающие в себя бойлеры, кондиционеры, электрические котлы и камины, инфракрасные нагреватели.

По виду теплоносителя, который нагревается в приборе:

• Воздушные – обогрев окружающего пространства осуществляется посредствам прогревания воздуха. К ним можно отнести конвекторы, радиаторы, электрокамины и многие другие устройства.
• Жидкостные – теплоносителем в них служит какая-либо жидкость, имеющая хорошую теплоемкость: вода, масло, антифриз. Наиболее известными приборами с таким принципом работы являются электрокотлы и бойлеры.
• Твердотельные или излучательные – тепло в этих устройствах передается от источника на какую-нибудь твердую поверхность, которая затем нагревает воздух в окружающем помещении. К ним относятся лучистые и инфракрасные нагреватели.

По типу нагревательного элемента (ТЭНа):

• Стандартные трубчатые элементы с успехом используют во многих видах отопительных приборов, которые работают на электроэнергии. Они могут иметь очень широкий диапазон технических характеристик, как по производительности, так и по мощности. Производят их из стали и титана.

Стандартный трубчатый тип нагревательных элементов

• Оребренные трубчатые – похожи на предыдущие, но имеют ребристую поверхность, повышающую теплоотдачу. Они используются только в приборах, где теплоносителем является газовая среда (тепловые завесы и конвекторы). Делают такие элементы из нержавеющей или конструкционной стали.

Так выглядят оребренные ТЭНы

• Блочные электронагреватели представляют собой несколько ТЭНов, соединенных в один конструктивный узел. Такие устройства устанавливают в приборы, где существует возможность регулировки мощности. Теплоносителями в них может выступать жидкость или сыпучие твердые вещества.

Блок электронагревателей, собранный в один узел

• Оборудованные терморегулятором – являются самым распространенным видом бытовых электронагревателей для отопления, имеющего жидкостный теплоноситель. Их делают из меди, стали, или никеле-хромового сплава.

Оборудованный терморегулятором ТЭН

Все рассмотренные нагревательные элементы являются только главными деталями устройств, об особенностях которых читайте далее.

Воздушные конвекторы

Эти приборы выполняют в виде компактных переносных устройств, снабженных ножками или колесиками для установки на полу или стене. Рабочим элементом в них выступают оребренные ТЭНы, закрытые декоративным металлическим корпусом с прорезями для циркуляции воздуха. Их используют в квартирах или частных домах, главным образом, как дополнительные источники тепла.

Электрические конвекторы

Принцип действия таких приборов основывается на том, что холодный воздух, свободно или принудительно поступает в прибор и проходит через все нагревательные элементы (ТЭНы). Затем он, как и положено нагретым газам, поднимается вверх и проходит через специальную решетку. Конвекторы могут оборудоваться встроенными вентиляторами для принудительной циркуляции воздуха. Данные приборы не имеют никаких ограничений для применения.

Радиаторы с масляным теплоносителем

Внешний вид и принцип действия таких приборов полностью аналогичен обыкновенным батареям отопления. Только они заполнены минеральным маслом, а нагревают его электрические ТЭНы, установленные непосредственно внутри внутренней полости прибора. Их с успехом используют в офисах и жилых помещениях. Бывают масляные радиаторы открытыми и закрытыми. Ребра последних защищены металлическим кожухом. Основное преимущество этих приборов в том, что они не выжигают кислород в помещении и не нагреваются до температур, опасных для маленьких детей. Особенно последнее свойство касается закрытых радиаторов.

Открытый и закрытый масляные радиаторы

Кондиционеры

Мы привыкли связывать эти приборы с необходимостью охлаждать воздух в помещении в жару. Однако, они способны производить и тепло, осуществляя, так называемый обратный цикл. Большинство моделей нельзя использовать при температуре наружного воздуха ниже – 10⁰ С. Кондиционеры, называемые инверторами, способны нагревать помещение даже при температуре – 20⁰ С. Однако они имеют гораздо большую стоимость.

Электрокамины

Эти электронагреватели обладают великолепным дизайном, поэтому могут использоваться не только как обогреватели, но и в качестве декоративного элемента. Эти устройства можно встретить в элитных квартирах или загородных домах ввиду их непомерно высокой стоимости.

Современные электрокамины делают напольными, имитирующими классические дровяные варианты и настенными, которые выглядят как тонкие панели, навешиваемые на стену. Принцип действия каминов схож с тем, которым обладают конвекторы.

Настенный и напольный электрокамины

Электрические котлы

В отличие от предыдущих приборов, эти устройства используются для создания постоянной системы отопления в доме. Используются совместно с жидкостным теплоносителем, циркулирующим по замкнутому контуру, обвязывающему все помещения в доме.

По виду основного нагревательного элемента электрокотлы делятся на:

• ТЭНовые – работают с любыми видами жидкости и имеют самую простую конструкцию. Они позволяют плавно изменять мощность, ступенчато изменять интенсивность нагрева за счет включения разного количества устройств.

• Электродные, которые обладают компактными размерами и применяются исключительно для водяных систем. При этом теплоноситель должен строго соответствовать требованиям ГОСТ 2874-82 «Вода питьевая». Это обстоятельство сильно влияет на стоимость оборудования. Тепловая энергия возникает по принципу электролитической диссоциации, благодаря которой на электродах возникает разность потенциала из-за растворенных солей. Это прекрасно нагревает воду. Такое устройство намного экономичнее предыдущего.

• Индукционные котлы являются наиболее инновационными и дорогими устройствами. Они очень надежны и долговечны. Нагревать такие котлы могут любой теплоноситель за счет принципа электромагнитной индукции. Такое устройство потребляет максимальное количество электроэнергии, но зато просто в монтаже, не требует наличия отдельного помещения и обладает максимальным КПД при самых маленьких размерах.

Все электрокотлы должны быть обязательно заземлены очень надежно.

Все разновидности электрокотлов

Инфракрасные электронагреватели

Это самый современный вид электрических устройств, предназначенных для обогрева помещений. Его работа основана на излучении электромагнитных волн инфракрасного спектра. При этом тепловая энергия передается от прибора тем предметам, которые расположены рядом. Отраженная от них лучистая энергия достаточно эффективно нагревает воздух в помещении. Это, наверное, самый экономичный тип электронагревательных приборов. Кроме того, такие устройства не пересушивают воздух. Некоторые из них имеют очень красивое декоративное оформление.

Потолочный инфракрасный электронагреватель

Несмотря на высокую стоимость электроэнергии, популярность электрических отопительных приборов не снижается. Это связано с их удобством и, во многих случаях, с мобильностью, что недоступно для газового оборудования.