Els elements de calefacció elèctrics no han canviat el seu disseny durant dècades i continuen sent demandats en equips de calefacció. La forma d'aquests dispositius, els materials de construcció estan canviant, però el principi de funcionament i eficiència no canvia. Per a una selecció competent, és útil informació sobre les diferències i les característiques. Estàs d'acord?
Aprendràs què són i com funcionen els elements calefactors per a la calefacció. Vam descriure amb detall els tipus d'elements calefactors, donant arguments indiscutibles per a una elecció raonable del tipus òptim. Tenint en compte les nostres recomanacions, adquirireu el dispositiu necessari sense errors.
Propòsit de la calefacció d'elements calefactors
Els elements de calefacció elèctrics han guanyat popularitat a causa de la seva versatilitat i alta eficiència. Tota l’electricitat que consumeixen s’utilitza per al propòsit previst: escalfar l’espai circumdant.
Els principals dispositius de calefacció on s’utilitzen elements calefactors són:
- Escalfadors d'oli elèctrics portàtils i estacionaris.
- Radiadors per escalfar aigua.
- Tovalloles calefactables per al bany.
- Xemeneies elèctriques.
- Convectors elèctrics.
- Calderes elèctriques.
L’equip especificat es pot utilitzar com a font de calefacció primària o addicional. És barat, fàcil d’instal·lar i no requereix habilitats especials durant el funcionament.
Podeu connectar l’element calefactor a un radiador de calefacció central de ferro colat després de desconnectar l’elevador normal. Aquest dispositiu es pot utilitzar per a calefacció principal i addicional.
Elements calefactors per a calefacció
En els sistemes de calefacció, els escalfadors elèctrics tubulars es poden utilitzar en calderes de combustible sòlid, escalfadors per infrarojos i radiadors de calefacció.
Les calderes modernes de combustible sòlid no funcionen exclusivament en combustibles sòlids... Un dels tipus més habituals és una caldera de combustible sòlid amb un element de calefacció, que té un limitador de temperatura i un termòstat. L'element calefactor manté una temperatura baixa del refrigerant, per exemple, a la nit, i en arrencar la caldera és més fàcil elevar-la a un estat còmode. A més, en mantenir el sistema en un règim de temperatura determinat, no permet que es congeli quan el combustible sòlid queda completament atenuat.
L’ús d’elements calefactors per escalfar una casa té els seus costats positius i negatius. El principal desavantatge és el cost de l’electricitat, la font de calor més cara. A més, si falla l’espiral, s’ha de canviar l’escalfador elèctric i no es pot reparar.
Els aspectes positius inclouen:
- instal·lació autònoma d’un sistema de calefacció si no hi ha accés a gas o combustible sòlid;
- automatització del procés de calefacció en instal·lar elements calefactors amb un termòstat;
- la facilitat mediambiental del sistema de calefacció, ja que no hi ha productes combustibles i combustibles nocius que hagin de ser emmagatzemats al medi ambient;
- compacitat i capacitat per triar un model adequat a les condicions de funcionament;
- baixos costos d’instal·lació i simplicitat.
Disposició interna dels escalfadors elèctrics
És convenient considerar el dispositiu a l'exemple d'un model tubular. L’escalfador elèctric és un tub de ceràmica o metall ple d’un conductor tèrmic amb una espiral situada al seu interior.Al lloc on el tub es fixa a la brida, hi ha casquets aïllants que fan impossible que l’espiral conductora entri en contacte amb el cos de l’element calefactor.
En la majoria de models d'elements calefactors, s'utilitzen components similars, però la seva durabilitat pot variar en funció de la qualitat de construcció
L'escalfador elèctric es fixa principalment amb una connexió de brida, que permet segellar l'entorn intern de l'escalfador de l'espai extern. L’inconvenient d’aquest disseny és la impossibilitat de substituir la bobina quan es crema internament.
Avantatges i desavantatges d’utilitzar calderes amb elements calefactors
Les calderes de combustible sòlid calefactores amb elements calefactors tenen diversos avantatges:
- la caldera és econòmica quan es crema combustible sòlid;
- la transició cap a la calefacció per elements calefactors es produeix automàticament i la temperatura no baixa als valors crítics;
- la temperatura desitjada és fàcil de programar i no escalfar massa la sala, respectivament, per estalviar diners;
- la caldera té una llarga vida útil a causa del manteniment constant de la temperatura òptima sense canvis bruscos;
- L’element calefactor és fàcil de substituir en cas d’avaria.
També heu de conèixer els desavantatges d’aquestes calderes:
- el dispositiu no es pot instal·lar en un edifici d’habitatges ordinari si no hi ha una xemeneia independent;
- necessita una habitació independent;
- per al funcionament de l'element calefactor, es necessita una connexió de corrent trifàsica;
- el dispositiu necessita un manteniment regular.
Com podem veure, els desavantatges són bastant relatius i no són crítics per a la instal·lació d’equips en una casa particular.
Comprar i instal·lar una caldera o un radiador amb un element de calefacció a casa serà una ajuda convenient i beneficiosa per a un manteniment òptim d’una temperatura confortable a casa seva.
El principi de funcionament dels elements calefactors
L'element calefactor funciona segons el principi següent. Quan es connecta a la xarxa, la bobina interna s’escalfa i l’energia es transfereix al conductor tèrmic i a la funda exterior. Posteriorment, la calor es transfereix al líquid, l’aire o el material sòlid que l’envolta.
En escalfar un element calefactor submergit en oli o aigua, es creen fluxos de convecció al voltant del tub, que mesclen el refrigerant i contribueixen al seu escalfament uniforme.
Les calderes elèctriques són reconegudes per la seva fiabilitat i manteniment. No tenen moltes parts complexes, de manera que són fàcils d’utilitzar i mantenir.
En els escalfadors no líquids, la temperatura de calefacció sol ser limitada per no danyar les parts circumdants i provocar un incendi.
Per accelerar la transmissió de calor, sovint utilitzen un ventilador que fa circular aire tant a l’interior del dispositiu com a l’habitació circumdant.
Bloc d’escalfadors elèctrics
Aquestes DET per escalfar una casa s’utilitzen en casos en què és necessari augmentar la potència del dispositiu de calefacció. Normalment, aquests elements calefactors s’utilitzen en equips de calefacció on un líquid actua com a transportador de calor: aigua, oli, etc.
Una característica distintiva d’aquests elements és la seva fixació al dispositiu de calefacció. El mètode de muntatge és de dos tipus: roscat o amb brides. Els més populars són els escalfadors amb brida.
Els blocs d’escalfadors elèctrics per escalfar es poden utilitzar moltes vegades en diversos dispositius de calefacció. Si l'element està esgotat, no serà difícil substituir-lo per un de nou. Aquests TENA s'utilitzen sovint per a una caldera de calefacció.
Tipus d'elements calefactors per a dispositius de calefacció
La senzillesa de fabricar elements calefactors no sempre es converteix en comoditat per als usuaris. Molts fabricants produeixen escalfadors elèctrics amb una forma i un accessori específics. En cas d’avaria, és bastant difícil comprar-los a la botiga. Per tant, per a l’elecció correcta, cal estudiar totes les opcions de disseny possibles.
Models tubulars per a calefacció domèstica
El disseny tubular dels escalfadors elèctrics és el més comú en els escalfadors d’oli mòbils, els radiadors elèctrics portàtils i de paret. La transferència de calor en ells es pot produir mitjançant convecció, radiació infraroja o conducció tèrmica.
Els elements de calefacció ja preparats amb un regulador i el seu propi cable d’alimentació només es poden comprar si esteu segur que la longitud del cable serà suficient.
La forma i la longitud del tub en aquests dispositius poden ser qualsevol i només estan dictades per les característiques del disseny. Per exemple, l'element calefactor d'un escalfador micatrèmic és una bobina situada darrere d'una placa mineral. Quan s’escalfa, la placa emet calor infraroig.
Les característiques més habituals són:
- diàmetre - 5-18 mm;
- longitud - 200-6000 mm;
- material de closca: acer, acer inoxidable, ceràmica, coure;
- potència: 0,3-2,5 kW.
Els elements calefactors amb una capacitat superior a 2,5 kW no s’utilitzen en els aparells de calefacció domèstics, ja que el cablejat dels apartaments simplement no pot suportar una càrrega superior.
Versió acanalada d’escalfadors elèctrics
Els dispositius de canalé són una modificació de l’element calefactor tubular. La seva característica és la presència de moltes plaques d’acer fines al llarg de tota la longitud del dispositiu. Aquest disseny augmenta dràsticament l’àrea de contacte amb l’entorn, proporcionant un alt índex de calefacció.
Els elements de calefacció de canalé són més cars, exigint el volum de l’espai de treball, però proporcionen característiques de consum més elevades dels equips de calefacció
Els models amb aletes s’utilitzen principalment en escalfadors per escalfar aire. Proporcionen un augment ràpid de la temperatura ambient, especialment amb un ventilador incorporat.
Dissenys de blocs d’elements calefactors
La versió de bloc representa diversos escalfadors tubulars combinats sobre la base d’una única muntura.
A l’hora d’escollir els elements calefactors de blocs, s’ha de prestar especial atenció a la seva potència i a la capacitat d’una caldera amb una bomba d’eliminar la calor
Aquest disseny s’utilitza quan es combinen dos factors:
- La necessitat d’augmentar la potència del dispositiu i una alta velocitat d’escalfament del medi de treball.
- La impossibilitat d’una ràpida transferència d’energia tèrmica de l’espiral a l’ambient a causa de la petita zona de la capa exterior.
De fet, en un element de calefacció de blocs, la càrrega de cada tub de calefacció disminueix i augmenta la velocitat de transferència de calor. Aquests dispositius formen part de calderes de calefacció domèstiques i instal·lacions de calefacció elèctrica industrials.
La potència dels models de blocs pot ser de 5-10 kW, per tant, quan es col·loquen en un apartament, s’ha d’extreure un cable elèctric addicional a l’habitació.
Dispositius tipus cartutx
Els elements de calefacció de cartutx tenen la forma d’un tub amb un extrem lliure, cosa que es deu a la peculiaritat de la seva instal·lació. La carcassa exterior sol ser d’acer polit per assegurar el màxim contacte amb el material circumdant. Aquests tubs s’insereixen hermèticament al forat corresponent de l’escalfador.
El principal desavantatge dels elements de calefacció de cartutx és la petita àrea de la superfície de transferència de calor, que requereix l’ús de mètodes específics per eliminar l’energia calorífica.
La fixació dels models de cartutx es realitza principalment mitjançant una connexió de brida. Normalment s’utilitzen a la indústria per escalfar les parts de treball de les extrusores.
Hi ha altres tipus d’elements calefactors estructurals, però s’utilitzen principalment en la producció industrial i no afecten el tema en qüestió.
Disseny d’elements calefactors
En alguns detalls, el disseny d’un escalfador elèctric tubular es mostra a la imatge següent.
L’element més important de tots els elements calefactors és l’escalfador, solen ser servits per un fil de nichrome (1), situat al centre del tub al llarg de tota la seva longitud, unit al pin de sortida (6).
El fil té una certa resistència interna i quan hi circula un corrent elèctric s’escalfa.
El material per a l’escalfador ha de tenir una alta resistència al corrent que hi circula; també estan fets d’aliatges que contenen nicrom o constantan.
La resistència de l'escalfador es selecciona d'acord amb la potència requerida de l'element calefactor... Aquí funciona la principal llei de l’enginyeria elèctrica: la llei d’Ohm i la coneguda fórmula:
P = U * I, on I - intensitat de corrent, U - tensió de xarxa, P - potència.
Així, per exemple, per tal que la potència de l'element calefactor sigui d'1 kW (1000 W), en una xarxa monofàsica de 220 V, la resistència del fil és la següent:
En primer lloc, determinem l'actual:
I = P / U = 1000W / 220V = 4.55A
Directament la resistència es determina mitjançant la fórmula:
R = U / I, on R és la resistència de l'element calefactor en ohms U és la tensió en volts I és la força del corrent en amperes
En conseqüència, la resistència del filament de crom de l’escalfador elèctric és R = 220 / 4,55 = 48,4 ohms.
Com ho entens com més baixa sigui la resistència de l’escalfador elèctric tubular, major serà la seva potència, mentre que gairebé tot es gasta a escalfar el filament. L’eficiència dels elements calefactors s’acosta al 100%, és a dir, com més potent és, més i més ràpid s’escalfa.
Un aïllant (2) es troba entre el fil de nicrom i el tub, que pot suportar altes temperatures.
Per a la fabricació d’un element calefactor tubular (3) s’escullen metalls poc corrosius, són aquests elements calefactors els que s’utilitzen més sovint a la vida quotidiana i a la indústria.
Els elements de calefacció de vidre s’utilitzen en entorns agressius, per exemple, en laboratoris, on cal escalfar mescles químiques.
Els tubs de vidre dels escalfadors també es poden trobar en els escalfadors domèstics que utilitzen radiació infraroja. Els tubs de ceràmica poques vegades s’utilitzen als escalfadors.
El diàmetre dels tubs pot ser diferent, però s’han utilitzat tubs de sis a vint-i-quatre mil·límetres.
L'aïllant ha de ser altament aïllant i alhora és eficaç en la transferència de calor de l'escalfador al tub.
L'alimentació de l'element calefactor es realitza mitjançant els terminals (4) situats a les insercions aïllants (5).
Els terminals es poden situar tant en un extrem com en els dos extrems de l'element calefactor. Alguns tipus d’elements calefactors estan equipats amb un fusible incorporat. Aquests escalfadors s’utilitzen en rentadores i rentaplats.
Funcions addicionals dels escalfadors elèctrics
Més amunt, es consideraven els dissenys més simples de dispositius que no tenen cap mecanisme d'ajust incorporat.
La unitat de termoregulació pot tenir automatismes mecànics o electrònics. Aquest últim és més precís, però exigent amb els paràmetres de la xarxa elèctrica domèstica.
Però els escalfadors d’aigua elèctrics es poden equipar amb l’automatització més senzilla que proporciona al dispositiu funcions addicionals.
Això inclou:
- Termoregulació... Els elements calefactors amb un termòstat incorporat per a la calefacció tenen un sensor de temperatura que s’activa quan el mitjà de treball s’escalfa fins a un nivell determinat. L'escalfador elèctric s'ajusta des de l'exterior de la brida.
- Antigelant... Aquesta funció la proporciona un termòstat simplificat que només funciona quan la temperatura baixa a 0-2 ° C. Evita que l’aigua es congeli a les canonades de calefacció i consumeixi un mínim d’electricitat.
- Turbo calefacció, que proporciona escalfament forçat de l’entorn de treball a la posada en marxa inicial de l’equip. Cal recordar que el cablejat elèctric de la sala ha de suportar un augment de potència a curt termini.
No hi ha tants dispositius que admetin funcions addicionals, ja que sovint la regulació del funcionament dels dispositius de calefacció en general es realitza mitjançant una unitat d'automatització independent.
Tipus d’escalfadors elèctrics
Tot i la simplicitat externa del disseny, a les prestatgeries es poden trobar una gran varietat d’elements calefactors per a calefacció per radiadors.
Sobretot, la potència dels escalfadors és força àmplia. Els models de baixa potència tenen una potència d’uns 0,3 kW, amb uns de més potència que arriben als 6 kW.
Per determinar correctament la potència òptima del dispositiu, és necessari conèixer els estàndards d’enginyeria tèrmica que s’apliquen en aquesta regió. Com a mínim, podeu utilitzar les dades mitjanes utilitzades al centre de Rússia i, si cal, lleugerament correctes.
10 metres quadrats m de la zona climatitzada de l'habitació, es necessita un element de calefacció amb una capacitat d'1 kW.
Els models poden diferir pel que fa al disseny de la carrosseria. Tenint en compte que les bateries de calefacció poden tenir diferents dissenys i configuracions, podeu trobar elements calefactors amb rosca dreta i esquerra. Els diàmetres dels dispositius també poden ser diferents. Això està directament relacionat amb la secció transversal del tap del radiador, ja que hi ha instal·lat un dispositiu al seu lloc. Les dimensions estàndard són de 40 mm.
En principi, els dispositius que s’instal·len en radiadors de diferents materials no difereixen. El dispositiu és gairebé idèntic, la diferència només pot ser de diàmetre. A la venda hi ha elements calefactors de disseny simple i doble. Aquesta última opció és una mica més còmoda d'utilitzar. Quan s’encenen, tots dos elements s’activen simultàniament, cosa que fa que el refrigerant s’escalfi el més ràpidament possible. Després d’això, un dels elements s’apaga, gràcies al qual s’estalvien recursos energètics.
A més, els escalfadors de radiadors poden tenir termòstats o no, i també poden variar de longitud.
Les unitats poden tenir diferents longituds de varetes, cosa que pot afectar significativament l’eficiència del treball. Si la longitud dels elements calefactors és insuficient, l’equip no podrà proporcionar una velocitat de circulació suficient del refrigerant, a causa de la qual cosa l’escalfament del radiador serà feble i desigual. Els paràmetres òptims són quan la vareta de l'element calefactor és 60-100 mm més curta que la part interior del radiador.
Com triar un element de calefacció per a equips de calefacció?
A l’hora d’escollir un element de calefacció per substituir-lo en un escalfador d’aigua o en un radiador, cal parar atenció a la seva potència, disseny, longitud del tub i la disponibilitat de característiques addicionals. Per tant, abans de comprar, heu d’esbrinar al màxim totes les seves característiques.
Càlcul de la potència del dispositiu
La gran potència de l'element calefactor no sempre és una qualitat positiva.
A l’hora d’escollir, és important tenir en compte diversos factors relacionats amb el nivell de consum d’energia:
- la potència màxima de transferència de calor de l’escalfador en general;
- capacitats de cablejat elèctric;
- el volum de la sala.
No es pot comprar un dispositiu amb una potència superior al 75% del nivell màxim de transferència de calor de l’equip de calefacció.
Per exemple, hi ha un radiador de 10 seccions, cadascuna de les quals emet 150 watts de calor a l’aire, un total d’1,5 kW. Quan s’hi instal·la un escalfador elèctric amb una potència de 2 kW, la superfície de la bateria no podrà renunciar ràpidament a tota l’energia generada. Com a resultat, l’element calefactor s’apagarà constantment a causa d’un sobreescalfament.
El motiu de la ràpida avaria de l’element calefactor pot ser l’elecció incorrecta de la potència del dispositiu. Com a resultat d’un sobreescalfament sistèmic de la bobina, es va cremant amb el pas del temps
En els apartaments amb cablejat desgastat, la càrrega constant a la presa no ha de superar els 1,5-2 kW, en cas contrari es pot incendiar i provocar tristes conseqüències. Per tant, abans de comprar un element de calefacció, heu de comprovar l’estat del cablejat i, si cal, desmuntar l’antic i col·locar una nova xarxa elèctrica.
Quan el problema amb l'electricitat i les capacitats de l'equip es resolgui, podeu començar a calcular la potència necessària per mantenir una temperatura confortable a l'habitació.
En cases i apartaments ben aïllats, n’hi haurà prou amb un nivell de 40 W / m3. I si hi ha buits a les finestres, s'hauria d'augmentar la potència de calefacció a 60-80 W / m3.Podeu comprar un model específic només després de tenir en compte tots els factors energètics anteriors.
Consideració de les característiques del disseny
La majoria d'elements calefactors tenen una carcassa d'acer d'aliatge, que proporciona resistència i resistència a la corrosió. Els dispositius de coure s’utilitzen principalment en escalfadors d’aigua, tot i que no hi ha restriccions d’ús en radiadors casolans.
En els radiadors de ferro colat i acer, no és desitjable l’ús d’elements calefactors de metalls no ferrosos. Això pot conduir a un desgast accelerat de materials i connexions.
A més, a l’hora de triar, cal tenir en compte la direcció del fil de l’endoll, que pot ser dreta o esquerra. Els diferents models d’escalfadors elèctrics també difereixen pel diàmetre de les brides. Poden variar de 0,5 a 1,25 polzades.
Normalment, s’adjunta una instrucció breu a un element calefactor d’un bon fabricant, que descriu els seus paràmetres de disseny. Estudiar-los us ajudarà a comprar un dispositiu que s’adapti exactament al vostre equip de calefacció existent.
Longitud del tub d'escalfament
La longitud del tub és una de les principals característiques que determinen l’eficiència del dispositiu.
La seva gran longitud amb igual potència comporta un augment de la superfície de l’escalfador elèctric i una acceleració de l’intercanvi de calor amb el mitjà de treball. Això té un efecte positiu sobre la durabilitat de l'element escalfador i la velocitat de circulació del refrigerant.
Els elements calefactors amb un tub llarg són ideals per a la instal·lació en registres de fabricació pròpia, que són convenients per escalfar habitacions grans i dependències
És recomanable que el tub circuli per tota la longitud de la zona de treball de l’escalfador, sense arribar a la paret oposada entre 6 i 10 cm. Aquesta recomanació us permetrà escalfar el refrigerant de manera ràpida i uniforme.
Disponibilitat de funcionalitats addicionals
No sempre cal pagar de més per les característiques addicionals dels elements calefactors. Si l’escalfador s’utilitza com a escalfador auxiliar i no disposa d’automatismes integrats, és recomanable comprar un model amb un termòstat.
Però si el radiador o el convector elèctric té els seus propis sensors de temperatura i mecanismes de control de temperatura, les funcions addicionals romandran sense reclamar.
L’electrònica integrada a l’endoll de l’element calefactor ha de tenir mecanismes de seguretat perquè, en cas d’avaria de la placa de control, no es produeixi cap incendi
Per tant, es recomana comprar costosos escalfadors elèctrics amb automatització integrada només si hi ha una necessitat clara d’aquest equip. Si necessiteu una selecció individual del fons de temperatura, és millor comprar un termòstat en una presa de corrent, que es pot utilitzar periòdicament.
Pel que fa als fabricants d’elements calefactors, la seva elecció no és fonamental. Els principals proveïdors són empreses de Rússia, Ucraïna, Turquia i Itàlia. La qualitat dels seus productes és gairebé la mateixa, de manera que no té sentit pagar massa per la marca.
Instal·lació d’elements calefactors
Abans d’instal·lar el dispositiu, cal fer càlculs de potència tenint en compte el tipus de bateria i les característiques tècniques tèrmiques mitjanes, que són la norma en una àrea determinada.
Fer càlculs
A l’hora de determinar l’indicador de potència, podeu utilitzar el valor mitjà de les dades d’enginyeria tèrmica a la Federació Russa. Així, quan s’instal·la un escalfador elèctric de tipus tubular com a dispositiu principal de calefacció de 10 metres quadrats, és suficient una potència d’1 quilowatt.
Per als elements de calefacció per radiadors, que se suposa que s’instal·len, com a complement del sistema de calefacció principal, es recomana utilitzar un indicador de potència tres vegades inferior.
La potència nominal d’un escalfador elèctric es pot calcular segons la fórmula:
Q = 0,0011 * M (T1-T2) / t
En aquest cas, M és la massa del portador d’energia, T1 és la temperatura després de l’escalfament, T2 és la temperatura abans de l’escalfament i t és el temps necessari per maximitzar el règim de temperatura.
Un factor important són les característiques tècniques del propi escalfador elèctric, així com la transferència de calor de la bateria. Totes les dades necessàries sobre el dispositiu es poden llegir al passaport adjunt. La dissipació de calor d’una secció d’un radiador de ferro colat és d’1,40 watts de mitjana i de 180 watts per a l’alumini. Per tant, la potència de l'element calefactor per al mateix volum de bateries de diferents materials serà lleugerament diferent.
Instal·lació
La instal·lació d’un escalfador elèctric tubular no és difícil. Això requereix:
- descargoleu el tap de la bateria per un costat;
- instal·leu l'element calefactor mitjançant una subjecció roscada i una junta de goma.
El procés de connectar un escalfador elèctric tubular té algunes característiques:
- El mitjà de calefacció, quan s’escalfa, augmenta la pressió de la bateria. En aquest sentit, cal instal·lar un petit dipòsit d’expansió. També és possible equipar el radiador amb una vàlvula reguladora de pressió en un sistema tancat.
- Els elements de subjecció dels elements calefactors són força fràgils. Per tant, en instal·lar el dispositiu, s’ha de fer amb cura, sense cap esforç addicional.
Per maximitzar l'eficiència de l'escalfador elèctric, és millor connectar-lo a la part inferior de la bateria. Això es deu al fet que el refrigerant, refredant-se, baixa i, quan s’escalfa, puja fins a la part superior.
