Как работает конвекторный обогреватель – принцип, видео

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.

Принцип работы конвекторного обогревателя

Рынок климатического оборудования для дома и офиса разнообразен. Значительную долю устройств составляют обогреватели разных типов. Рассмотрим, чем отличается конвекторный обогреватель, принцип работы этого устройства.

Три вида теплообмена

Передача тепла от тёплого предмета к холодному происходит тремя способами:

1. Прямой теплообмен – это непосредственная передача тепла при соприкосновении предметов с разными температурами. Теплообмен происходит благодаря броуновскому движению молекул и передаче энергии при соударении молекул. Принцип теплообмена используется в электроплитках.
2. Чем выше температура нагретого предмета, тем активнее происходит передача энергии излучением. Это явление используется в инфракрасных обогревателях. Отличие такого вида обогрева: нагревается не воздух, а предметы, на которые попадают лучи.
3. Третий вид теплообмена – конвекция, то есть передача тепла посредством движения нагретого воздуха.

Рассмотрим, как работает конвекторный обогреватель.
Его функционирование основано на конвекции воздуха. Нагретый воздух расширяется, становится легче и поднимается вверх, а холодный воздух опускается вниз. Нагревательный элемент расположен внутри корпуса, имеющего отверстия в нижней и верхней части. Холодный воздух поступает в устройство через нижние отверстия; в процессе нагревания воздух расширяется и выходит через верхние отверстия. В помещении происходит бесшумная циркуляция воздуха, и температура постепенно повышается.

Экологичный принцип действия конвекторного обогревателя

Среди достоинств этого оборудования – безопасность и экологичность. Электрические обогреватели конвекторного типа работают следующим образом.

Нагревательный элемент, размещённый внутри корпуса, имеет безопасную температуру, его эффективность определяется значительной площадью нагрева и правильным направлением потока воздуха. Прикосновение к нагревательному прибору не может вызвать ожог. Повышенная температура нагревателя не столь высока, чтобы вызывать химические реакции в воздухе. Это значит, что кислород в помещении не выгорает, углекислый газ и окись азота не образуются.

Если сравнивать тепловентилятор и конвекторный обогреватель, то нужно отметить, что тепловентилятор нагревает помещение быстрее, но при этом в нём используются элементы, нагреваемые до высоких температур и ухудшающие состояние воздуха.

Конвекторный обогреватель не столь быстродействующий, но экологически чистый.

Принцип действия конвекторного обогревателя – поддержание стабильной температуры

Если холодный воздух, поступающий в обогреватель, имеет достаточно высокую температуру, то электрический ток на время отключается. За этим процессом следит электроника. На корпусе расположен датчик температуры, информация передаётся на автоматическое устройство, которое включает или выключает подачу электрического тока. Такая система исключает перегрев воздуха в комнате. На некоторых типах обогревателей установлен цифровой индикатор, отображающий температуру в помещении.

Как работает конвекторный обогреватель осенью и зимой?

Максимальная мощность конвекторного обогревателя – 2 кВт. Этого достаточно, чтобы поддерживать комфортную температуру в помещении не более 20 квадратных метров при условии, что температура за окном не опустилась ниже нуля. Такой обогреватель эффективен во время осеннего снижения температуры.

Зимой во время морозов мощность 2 кВт недостаточна для обогрева помещения. Конвекторный обогреватель не заменит центральное отопление, но может служить дополнительным источником тепла во время морозов.

Кроме мощности, для данного типа обогревателей важную роль играет объём циркулирующего воздуха. Нужно помнить, как работает конвекторный обогреватель: через него в процессе циркуляции должен проходить воздух в помещении. Принято считать, что на каждые десять квадратных метров требуется 1 кВт мощности обогревателя. Если помещение имеет площадь больше 20 квадратных метров, то одним обогревателем не обойтись – их должно быть хотя бы два.

Можно ли повысить эффективность обогрева, установив плотно закрывающиеся окна и двери? Вообще-то нагревание воздуха станет более эффективным, но могут нарушиться гигиенические нормы состава воздуха. Проблема в том, что в жилом помещении не может постоянно находиться некий объем воздуха, требуется вентиляция. При площади 20 кв.м требуется ежечасный обмен 20 кубических метров воздуха. Если поступающий в помещение воздух проходит через конвектор, то люди не почувствуют резкого охлаждения в помещении.

Конструкция и дизайн конвекторных обогревателей

Конвекторные обогреватели имеют вид плоских панелей. У них значительная боковая поверхность и небольшая толщина. Конструктивно эти устройства разделяются на настенные и напольные.

Настенный вариант позволяет сэкономить место. Приятная светлая окраска корпуса способствует тому, что нагреватель естественно вписывается в интерьер.
Напольная конструкция имеет свои преимущества: нагревательная панель установлена на колёсиках, обогреватель можно перемещать по комнате.

Видео о принципе работы обогревателей (с 3.30 мин)

Видео о производстве и принципе действия конвекторов

Принцип работы конвекторного обогревателя

Суровыми зимними морозами, в отопительное «межсезонье» поддерживать комфортную температуру жилых помещений помогают дополнительные отопительные приборы – конвекторы, масляные, инфракрасные обогреватели. Каждая разновидность обогревателей выказывает особенности, касающиеся принципов работы, уровня энергопотребления, специфики использования. Конвекторные обогреватели выходят гораздо экономичнее, других отопительных приборов. Чтобы сделать правильный выбор, стоит внимательнее рассмотреть принцип работы конвекторного обогревателя.

Базовые принципы работы конвектора

Работа конвекторного обогревателя базируется на простом физическом явлении, известном среднестатистическому человеку со школьного курса физики. Теплый воздух демонстрирует свойство подниматься вверх, холодный – опускаться вниз. За счет естественной циркуляции воздуха происходит обогрев объема помещения при использовании конвекторных обогревателей.

Чтобы понять как работает конвекторный обогреватель, не обладайте никакими специальными знаниями – настолько прост метод. В нижней части расположен нагревательный элемент, теплообменник. Чтобы увеличить площадь контакта нагревательного элемента с воздухом, снабжается плоскими металлическими ребрами, одновременно послужат для направления потока теплого воздуха. Нагревательный элемент закрывается металлическим кожухом. По виду потребляемой энергии и конструктивным особенностям конвекторы разделим на:

В верхней и нижней части кожуха конвектора прорезаны отверстия, через которые холодный воздух попадает внутрь корпуса, горячий – выходит наружу. Кожух не соприкасается с нагревательным элементом, корпус конвектора не разогревается сильно, как корпус масляных или водяных радиаторов.

В бытовых условиях чаще встречаются электрические конвекторные обогреватели. Водяные конвекторы не слишком эффективны, из-за небольших габаритов приборы используют, где нет шанса установить традиционный водяной радиатор для отопления помещений с панорамными окнами. Газовые конвекторы, несмотря на простоту монтажа и экономичность ветки, не получили распространения на рынке.

Достоинства и недостатки конвекторных обогревателей

Речь касается распространенной разновидности конвекторов – электрических обогревателях. Если проанализировать, чем конвектор отличается от обогревателя с масляным заполнением, главным преимуществом назовем быстрое поднятие температуры воздуха помещения. В масляном радиаторе сначала нагревается теплоноситель, корпус прибора, после начинает прогреваться воздух. Нагревательный элемент конвектора греет воздух.

Поскольку кожух конвектора не доходит до высоких температур, приборы гораздо безопаснее в эксплуатации. Риск обжечься о горячий корпус сведен к минимуму. Особенность важна в случаях, когда доме заселен маленькими детьми, домашними животными. Пониженная температура корпуса дает конвектору одно преимущество – при опрокидывании не испортятся, не воспламенятся напольные покрытия. Правда, у большинства моделей бытовых электронагревателей одна ступень защиты предусматривает отключение нагревательного элемента при опрокидывании.

Базовый принцип работы конвекторного обогревателя определяет главный недостаток – неравномерный прогрев воздуха по высоте. Разница температур воздуха у пола, на высоте человеческого роста составляет 4 – 9 градусов Цельсия. Показатель определен расположением части прибора, снабженной зазорами выхода нагретого воздуха. При «классическом» расположении на верхнем торце обогревателя разница температур будет повыше. Зазоры расположены фронтально – теплый воздух распределяется равномернее.

Одна проблема конвекторных обогревателей – пыль, подхватываемая потоками циркулирующего воздуха. Понятно, постоянное вдыхание пыльного воздуха не слишком полезно для здоровья. Опускаясь, пыль оседает на нагревательном элементе, со временем приводит к появлению неприятного запаха при нагреве ТЭНа, снижению эффективности прибора. При выборе конвекторного обогревателя стоит отдать предпочтение современным моделям, отверстия выхода воздуха содержит фронтальная часть.

«Сердце» конвектора – нагревательный элемент

Особенности конструкции нагревательного элемента (ТЭНа) формируют показатели конвекторного обогревателя:

1. долговечность;
2. эффективность;
3. уровень энергопотребления;
4. стоимость.

Если цена прибора невысока, внутри установлен примитивный нагревательный элемент – открытая спираль. Упомянутые модели конвекторов выпускают отечественные, европейские производители. У приборов, снабженных открытой спиралью, низок класс защиты корпуса IP, нельзя применять для обогрева помещений с повышенной влажностью. Рабочая температура открытой спирали высокая (500 градусов), сгорающая пыль станет причиной появления неприятного запаха, выжигания кислорода, очагом возникновения пожара при падении крупных горючих тел на поверхность.

Безопаснее, надежнее в эксплуатации будут конвекторные обогреватели электрические с нагревателями закрытого типа. ТЭНы сформированы стальной трубкой, в которую помещена нить накаливания. Рабочая температура закрытого нагревательного элемента низка – не превышает +100 градусов. Чтобы передача тепла шла эффективнее, стальная трубка снабжается алюминиевым радиатором. Благодаря высокой теплопроводности алюминия, радиатор быстро нагревает циркулирующий воздух.

У стальных ТЭНов с алюминиевым радиатором замечены определенные недостатки. Поскольку коэффициенты теплового расширения материалов различны, плотность контакта между радиатором и поверхностью стальной трубки со временем нарушается. Оборачивается снижением эффективности прибора. Возможен худший вариант – локальный перегрев ТЭНа. Приведет к перегоранию нагревательного элемента, возникновению пожароопасной ситуации.

Самые современные (дорогостоящие) модели электрических конвекторов оснащаются моноблочным нагревателем. Нагревательный элемент, радиатор представляют собой цельнолитую конструкцию. ТЭНы надежны в эксплуатации – срок службы изделия достигает 20 лет. Нагревательная нить цельнолитых ТЭНов помещается в специальную засыпку, которая состоит из мельчайших кристаллов кварца, некоторых других веществ. Для изготовления корпуса применяются сплавы алюминия. Например, конвекторные обогреватели (Франция) марки Noirot оснащаются литым силуминовым ТЭНом.

Наиболее эффективный обогрев при минимальном расходе электроэнергии обеспечат комбинированные модели, например, конвективно-инфракрасный обогреватель. Помимо ТЭНа установлена инфракрасная панель. Отличите от типичного конвектора агрегат по внешнему виду – передняя панель конвективного инфракрасного обогревателя снабжена перфорацией, поток ИК-излучения беспрепятственно освещает помещение.

Управление, ступени безопасности

Простые бытовые конвекторы оснащаются подсистемой регулировки энергопотребления. Переключение может быть двухступенчатым (полная, половинная мощность), трехступенчатым (50, 75, 100% мощности). Модели конвекторных обогревателей в большинстве оснащены ступенью терморегуляции. Возможности и точность регулировки дешевых, дорогих обогревателей различаются коренным образом.

Регулировка температуры осуществляется с помощью электромеханических или электронных термостатов. У электромеханических систем управления точность регулировки температуры не слишком высока – в пределах 1-3 градусов. Отключение прибора при достижении нужной температуры осуществляется посредством биметаллической пластины. Электронная схеме сформирована датчиками, соединенными с блоком управления, позволит регулировать температуру, выдерживая точность несколько десятых градуса.

Конечно, стоимость электронного блока управления, по сравнению с электромеханическим, будет в разы выше. Благодаря высокой точности регулировки температуры, энергопотребление прибора с электронным управлением уменьшается на 4-5%. Очередная схема регулировки позволит сделать потребление электроэнергии оптимальным – таймер. Часы дают человеку поддерживать нужные температурные режимы в зависимости по времени суток.

Подбирая лучший конвекторный обогреватель, уделяйте внимание показателям эффективности и ступени защиты. В паспорте конвекторного обогревателя указывается класс защищенности нагревательного элемента от внешних воздействий, высокой влажности. По международным стандартам класс защиты маркируется буками IP и цифрами. Если в паспорте конвектора указан IF24 и выше, прибор используют во влажных помещениях.

Конвекторы снабжаются ступенями защиты, снижающими уровень пожароопасности. Практически изделия оснащаются защитой от перегрева – если температура ТЭНа превысит допустимую норму, конвектор автоматически отключается. У мобильных нагревателей защита против опрокидывания. Специальный датчик контролирует вертикальность положения прибора. При отклонении от вертикального положения нагревательный элемент отключается.

Сравнивая многообразие видов обогревателей, однозначно определить, что лучше – обогреватель или конвектор, вряд ли удастся. У различных типов обогревательных приборов неодинаковые принципы действия, уровень энергопотребления, эффективность. При выборе обогревателя исходим из конкретных задач и особенностей помещения. Целям временного отопления дачного домика подходят инфракрасные обогреватели, а мобильные электрические конвекторы выгодно работают «в паре» с центральной веткой отопления как дополнительные обогревательные приборы.

Источники:

http://oventilyacii.ru/otoplenie/ustrojstvo-i-printsip-raboty-konvektornogo-obogrevatelya.html
http://glav-dacha.ru/princip-raboty-konvektornogo-obogrevatelya/
http://vashtehnik.ru/obogrevateli/princip-raboty-konvektornogo-obogrevatelya.html