Электрическое отопление

Цель любой системы отопления – поддерживать в помещении определенную, необходимую пользователю температуру вне зависимости от температуры окружающего воздуха. Если мы говорим о системах отопления, логичным будет считать, что температура окружающей среды ниже, чем необходимая в помещении. Для того, чтобы понять, как правильно строить систему отопления, необходимо понять - в чем фундаментальные причины охлаждения здания?

Причины очень просты: законы физики говорят, что любая (изолированная) система стремиться к термодинамическому равновесию, т.е. к состоянию, когда параметры системы (в нашем случае температуры), будут неизменны во времени. Т.е. дом будет стремиться остыть, а окружающая среда нагреться, таким образом, что их температуры уровняются. Учитывая, что теплоемкость окружающей среды существенно превосходит теплоемкость дома, интуитивно понятно, что охлаждаться будет дом. Механизмы этого охлаждения различны – охлаждение через стены и окна, воздушная конвекция через вентиляцию, тепловая радиация. Вся совокупность таких процессов принято называть теплопотерями. Самая простая модель теплопотери выглядит следующем образом Pтеп= K (Tвнут-Tвнеш). Где P – теплопотери помещения за единицу времени, К- некий коэффициент, зависящий от степени теплоизоляции здания, а Т – внутренняя и внешняя температуры. Т.е, говоря простым языком, теплопотери прямо пропорциональны разности температур в помещении и за его пределами.

Пример: У меня есть собственный дом с электрообогревом, объемом около 250 куб.м, я подсчитал и померял на практике, что его теплопотери равны 150 Вт. Исходя из этого, я ожидал, что при морозе -30 градусов и температуре +23 в помещении мне понадобится 7,8 кВт. Этот факт с высокой точностью подтвердился. Такой опыт при наличии амперметра, может сделать практически каждый в своем собственном доме.
Зачем нужно отопление и какую мощность нужно закладывать?
Цель системы отопления – компенсация теплопотерь здания. Иными словами, чтобы в вашем помещении постоянно поддерживалась необходимая температура Вам необходимо рассеивать внутри помещения тепловую мощность, равную текущим теплопотерям. При таком соотношении мощностей, ваша система будет находиться в полном термодинамическом равновесии (т.е. температура внутри будет оставаться неизменной).
 Ниже приведен график необходимой мощности для приведенного выше примера:

 

Как работает электрический конвектор ЭНСТО:
Конвектор – достаточно простой прибор, состоящий из нагревательного элемента ТЭНа, термостата, реле перегрева, корпуса и шнура с вилкой. Рассмотрим поэтапно для чего требуются все перечисленные компоненты устройства.
Нагреватель: Не будем детально останавливаться на шнуре с вилкой, однако с его помощью, через определенную схему, ТЭН соединяется с источником напряжения 230V AC. Цель ТЭНа проста – он преобразует электрическую энергию в потери (то есть в тепло), причем делает это с КПД равным 100%. ТЭН представляет из себя обыкновенный нагревательный элемент (резистор) с сопротивлением R= U2/P . К примеру у конвектора номинальной мощности 1 кВт, сопротивление резистора = 52 Ом. Сопротивление ТЭНа является неизменным. Поэтому, например, при падении напряжения, мощность конвектора будет падать пропорционально квадрату падения напряжения. Нагревательный элемент у конвекторов ЭНСТО окружен Х-образным радиатором, такую комбинацию также принято называть Х-образным ТЭНом. Наличие радиатора связано с единственной причиной. Для обеспечения комфортной работы конвектора, температура ТЭНа должна быть минимальна, что обеспечивается максимальным увеличением площади Х-образного радиатора. Низкая температура ТЭНа позволяет минимизировать сгорание на нём пыли и, как следствие, уменьшение количества канцерогенов (дыма) в помещении.
Термостат: Вернемся к нашему примеру, приведенному выше. Очевидно, чтобы обеспечить комфортную жизнь в моем доме даже при температуре -30С, нам необходимо будет установить в дом 9 конвекторов мощностью 1 кВт (возможны и любые другие комбинации, однако суть из должна сводиться к тому, что суммарная мощность должна быть равной 9 кВт, все зависит от количества помещений, ваших эстетических предпочтений, решений вашего личного дизайнера и т.д.). Если бы у конвекторов не было бы термостатов, то , после такой установке, при внешней температуре воздуха -5С, температура в доме неминуемо стала бы равной 9000/150 – 5 = 55C, что вероятно не есть наша цель. Для того, чтобы решить эту проблему, каждый конвектор снабжен термостатом. Термостат, по сути представляет из себя термореле, настроенное на определенную температуру окружающего воздуха. Термостат выключает ТЭН, при температуре выше установленной, снижая таким образом мощность системы отопления до необходимой, т.е. равной текущим теплопотерям помещения. Например, возвращаясь к примеру, приведенному выше, можно с уверенностью сказать, что если все термостаты установлены на 23 градуса, то при температуре воздуха -5С, все конвекторы будут работать 46.6(6) % времени. Т.е. за час, интегральная мощность системы отопления будет равна 4200 кВт. Фактически каждый конвектор в разных помещениях будет включаться и выключаться в зависимости от температуры окружающего воздуха, следя за соблюдением этого параметра, но суммарно, все они будут работать только 46% своего времени.
Корпус: Кроме очевидной эстетической и конструктивной функции, корпус на самом деле имеет огромное значение в конвекторе. Как мы знаем из физики, система всегда стремиться к термодинамическому равновесию. Говоря русским языком, ТЭН конвектора будет нагреваться до того момента, пока тепловая энергия, уносимая с его поверхности транспортной конвекцией (воздухом) не станет равной его мощности. Учитывая тот факт, что конвекция тем больше, чем выше разность температуры ТЭНа и воздуха, такое равновесия рано или поздно наступит. Так вот, основной задачей изготовителей конвекторов, является создание устройства, когда подобное равновесие наступает в определенном пределе температур, которые определены российскими и международными стандартами (которые, между прочим, одинаковы в отношении конвекторов). Температура решетки радиатора не может быть выше чем 120 С° + Т окр. среды и средняя температура поверхности должна не превышать 70 С°. Таким образом, размер корпуса, форма и количество отверстий радиатора решают именно эту проблему. Прибор II класса защиты не требует заземления, т.к. нет контакта токоведущих частей с корпусом прибора и все компоненты с двойной изоляцией. Так же следует сказать, что наши конвекторы на мой «необъективный» взгляд имеют лучший на рынке дизайн и изготовлен из горячеоцинкованной стали (кровельные железо) высочайшего качества финской компании Ruukki.
Реле перегрева: Цель его проста: любой производитель знает, какая температура для его устройства является критической и может привести к перегреву ТЭНа. Исходя из этого, в нашем конвекторе установлено реле, предустановленное на определенную безопасную температуру. При превышении этой температуры внутри корпуса конвектора, он выключится, и будет выключено до восстановления безопасной температуры. Причины повышения температуры могут быть различными: закрытие решёток радиатора различными предметами (кто-то решил что-то посушить), падение, засорение решёток пылью, повышение напряжения и т.д.
Интересные факты и наши конкуренты:
Электрический конвектор удивительное по своим свойствам устройство - КПД конвектора 100%. Причина очень простая. Это устройство преобразует электроэнергию в потери, т.е. в тепло. Этот процесс – процесс преобразования энергии в потери ¬- возможно единственный, который удается человечеству с эффективностью 100%. Если мы рассмотрим практически любые электрические приборы, работающие в доме как в замкнутой системе, то они также греют помещение столь же эффективно как конвектор. Исключение могут составлять устройства типа стиральных и посудомоечных машин, которые обычно сливают теплую воду за пределы помещения, бойлеры, по той же причине, радиостанции, которые производя электромагнитные волны, покидающие здание и пр. А вот пылесос, мощностью 2 кВт или вентилятор мощностью 2 кВт будут греть помещение столь же эффективно, как и конвектор. Часть их энергии обращается в потери (нагрев электромотора), часть передается воздуху, который за счет трения о прочий воздух в помещении неминуемо остановится, затратив свою энергию на трение и выделив ее в виде тепла. Можно было бы с уверенностью сказать, что все электроприборы греют одинаково и отличаются лишь дизайном, однако это не совсем так.
Мы провели тестирование нескольких китайских производителей в нашей лаборатории и выяснили интересные подробности:
Большинство изделий из поднебесной сделаны изначально для Китайского рынка т.е 220 VAC. Таким образом они уже заведомо работают в легком перегреве = U2 фактическое/U2 номинальное= 230V * 230V / 220V*220V = 9,2%. По этой причине или по причине стремления удешевления продукции (т.е за счет уменьшения габаритных размеров корпуса) все тестированные нами устройства уже при комнатной температуре перегреваются и у них срабатывает реле защиты от перегрева. Некоторые из них, при комнатной температуре работают лишь 50% времени. Вот и получается, что, имея номинальную модность 1000 Вт фактически они выдают в помещение только около 500 Вт - в зависимости от температуры окружающей среды. Возвращаясь к моему примеру, следует сказать, что в мой дом пришлось бы установить 18 конвекторов подобных производителей, что фактически было бы дороже в полтора раза, с одной стороны, проблематично с точки зрения места в доме, с другой стороны, ну и вообще как-то опасно, т.к. если производитель выпускает продукцию заведомо ненадлежащего качества, остаётся еще вопрос доверия к безопасности. Тоже самое относится к значительному количеству масляных радиаторов и прочих чудо-приборов, которые можно найти на нашем огромном рынке.
Резюме простое: если вам нужно только лишь что-то согревающее под столом, то конечно, можно рассматривать в качестве нагревателя любой прибор, без оглядки на его характеристики. Но если же вы хотите обустроить систему отопления для своего дома, то не стоит выбирать азиатские продукты малоизвестных брендов.
Слухи и иллюзии:
1. Конвекторы «сушат воздух»
Процесс сушки это - процесс изъятия воды из воздуха. Вопрос: куда она в таком случае девается, ведь если конвектор ее забирает из воздуха, значит, она должна где-то собираться. В действительности этого никто не наблюдал (в отличии от кондиционера, например). На самом деле тепловентиляторы и в меньшей мере конвекторы сушат кожу, т.к. создают конвекцию воздуха в помещении. Да, лучше греться теплыми полами, но у них КПД меньше, т.к. они греют еще соседа под перекрытием.
2. Лучше топиться электрокотлом, чем конвекторами
Совсем странное заявление. С точки зрения КПД, оба варианта совершенно идентичны, однако, учитывая стартовые инвестиции, обслуживание и сложности с построением удаленного контроля первый вариант проигрывает в разы.
3. «Качество работы» конвектора
Любые попытки определить «качество работы конвектора вручную» обречены на провал. Если два нагревательных устройства потребляют из сети одинаковую мощность, то может быть уверены - они нагревают помещение одинаково.