Трубчатые электронагреватели (ТЭН)

Электрические ТЭНы десятилетиями не меняют свою конструкцию и остаются востребованными в отопительном оборудовании. Меняется форма этих приборов, конструктивные материалы, но остается неизменным принцип действия и эффективность.

Выбирая ТЕНы для отопления, важно знать их разновидности и схему работы, от которой зависит правильность функционирования в оборудовании.

Предназначение отопительных ТЕНов

Электрические ТЭНы снискали популярность благодаря своей универсальности и высокому КПД. Вся потребляемая ими электроэнергия расходуется по прямому назначению – на обогрев окружающего пространства.

Основными отопительными приборами, где используются ТЕНы являются:

1. Переносные и стационарные масляные электрообогреватели.
2. Водяные радиаторы отопления.
3. Полотенцесушители для ванной.
4. Электрокамины.
5. Электроконвекторы.
6. Электрические котлы.

Указанное оборудование может использоваться в качестве основного или дополнительного источника обогрева. Стоит оно недорого, легко монтируется и не требует специальных навыков при эксплуатации.

Подключить ТЭН к чугунному радиатору центрального отопления можно после отсоединения общего стояка. Такой прибор можно использовать для основного и дополнительного обогрева

Внутреннее устройство электронагревателей

Внутреннее устройство удобно рассматривать на примере трубчатой модели. Электронагреватель представляет собой заполненную термопроводником керамическую или металлическую трубку с расположенной внутри спиралью.

В месте фиксации трубки к фланцу находятся изолирующие втулки, которые делают невозможным контакт токопроводящей спирали с корпусом ТЭНа.

В большинстве моделей ТЕНов используются аналогичные комплектующие, однако их долговечность может отличаться в зависимости от качества сборки

Крепится электронагреватель преимущественно фланцевым соединением, которое позволяет герметизировать внутреннюю среду отопительного прибора от внешнего пространства. Недостатком такой конструкции является невозможность замены спирали при её внутреннем перегорании.

Маркировка ТЭН

Пример обозначения ТЭН:

• ТЭН 120 В 13 / 1,0 Т 220

Вариант комплектации ТЭНа крепежными штуцерами

Штуцер (резьбовая втулка с упорным фланцем) закрепляется на электронагревателе способом прессовки, пайки или сварки (в зависимости от условий работы ТЭН в той или иной нагреваемой среде).

Наиболее часто применяются штуцера с размерами приведенными в таблице:

Типовые формы контактных выводов

Контактный стержень соединен внутри ТЭНа с нагревательным элементом (спиралью), а снаружи имеет узел крепления подводящих проводов (шайбы и гайки).

Чаще всего применяются стержни с резьбой М4 или М5.

ТЭНы с диаметром оболочки меньше 8,5 мм оснащаются контактными выводами выполненными в виде лепестков.

Принцип работы устройства

Работает ТЭН по следующему принципу. При подключении к сети происходит нагрев внутренней спирали и передача энергии термопроводнику и наружной оболочке. В дальнейшем тепло передается окружающей жидкости, воздуху или твердому материалу.

При нагревании ТЕНа, погруженного в масло или воду, вокруг трубки создаются конвекционные потоки, которые перемешивают теплоноситель и способствуют его равномерному нагреву.

Электрические котлы известны своей надежностью и ремонтопригодностью. В них нет множества сложных деталей, поэтому они просты при эксплуатации и обслуживании

В безжидкостных отопительных приборах температура нагрева обычно ограничена, чтобы не повредить окружающие детали и не спровоцировать пожар.

Для ускорения теплообмена в них часто используется вентилятор, который обеспечивает циркуляцию воздуха как внутри прибора, так и в окружающем его помещении.

Виды ТЭНов для отопительных приборов

Простота изготовления ТЕНов не всегда оборачивается удобством для пользователей. Многие производители выпускают электронагреватели со специфической формой и креплением. В случае поломки их довольно сложно купить в магазине. Поэтому для правильного выбора необходимо изучить все возможные конструктивные варианты.

Трубчатые модели для бытового отопления

Трубчатая конструкция электронагревателей является самой распространенной в бытовом отопительном оборудовании.

Передача тепла в них может происходить с помощью: конвекции, ИК-излучения или теплопроводности.

Готовые ТЭНы с регулятором и собственным шнуром питания можно покупать только при уверенности, что длины провода будет достаточно

Форма и длина трубки в таких устройствах может быть любой и диктуется лишь конструктивными особенностями. Наиболее распространены такие его характеристики:

• диаметр – 5-18 мм;
• длина – 200-6000 мм;
• материал оболочки – сталь, нержавейка, керамика, медь;
• мощность – 0,3-2,5 кВт.

ТЕНы мощностью более 2,5 кВт в бытовых отопительных приборах не применяются, потому что квартирная проводка просто не выдержит большей нагрузки.

Оребренный вариант электронагревателей

Оребренные приборы представляют собой модификацию трубчатого ТЭНа. Их особенностью является наличие множества тонких стальных пластин, расположенных вдоль всей длины устройства.

Такая конструкция резко увеличивает площадь контакта с окружающей средой, обеспечивая высокую скорость её нагрева.

Оребренные ТЕНы стоят дороже, требовательны к объему рабочего пространства, но обеспечивают более высокие потребительские характеристики отопительного оборудования

Используются оребренные модели преимущественно в обогревателях воздушного типа. Они обеспечивают быстрое повышение температуры в помещении, особенно при наличии встроенного вентилятора.

Блочные конструкции ТЭНов

Блочный вариант представляет собой несколько совмещенных на базе единого крепления трубчатых нагревателей.

Особенное внимание при выборе блочных ТЭНов необходимо обращать на их мощность и способность котла с насосом обеспечить отвод тепла

Такая конструкция используется при сочетании двух факторов:

1. Потребность в повышенной мощности прибора и высокой скорости нагрева рабочей среды.
2. Невозможность быстрой передачи тепловой энергии от спирали к окружающей среде из-за малой площади наружной оболочки.

Фактически в блочном ТЕНе снижается нагрузка на каждую нагревательную трубку и увеличивается скорость теплопередачи. Такие устройства входят в состав бытовых отопительных котлов и промышленных электронагревательных установок.

Мощность блочных моделей может составлять 5-10 кВт, поэтому при их размещении в квартире требуется протягивать в помещение дополнительный электрокабель.

Приборы патронного типа

Патронные ТЭНы имеют вид трубки с одним свободным концом, что обусловлено особенностью их установки.

Наружная оболочка выполнена обычно из полированной стали, чтобы обеспечивать максимальный контакт с окружающим материалом. Такие трубки плотно вставляются в соответствующее отверстие отопительного прибора.

Главным недостатком патронных ТЕНов является малая площадь теплоотдающей поверхности, что требует применения специфических способов отведения тепловой энергии

Фиксация патронных моделей производится преимущественно с помощью фланцевого соединения. Используются они обычно в промышленности для нагрева рабочих частей экструдеров.

Существуют и другие конструкционные виды ТЭНов, но они применяются в основном в промышленном производстве и не затрагивают рассматриваемую тему.

Какие ТЭНы применяются в электрических котлах и водонагревателях.

Ранее я писал отдельную статью по электрическим котлам, которую тоже рекомендую прочитать. Ну да ладно, давайте перейдем к делу. В качестве нагревательных элементов для электрических котлов применяются блоки ТЭНов. Представляют они из себя несколько нагревателей, которые объединены вместе при помощи гайки. Чтоб было понятнее смотрите ниже на рисунок:

Гайка может быть следующих диаметров: 1,25 дюйма, 2 дюйма и 2,5 дюйма. Уплотняется такой блок при помощи кольцевого резинового уплотнения (если оно предусмотрено конструктивно) или при помощи подмотки нитью или ФУМ-лентой. Что касаемо трубок, они могут быть изготовлены из углеродистой или нержавеющей стали. Нержавейка дороже, но значительно дольше живет чем черная сталь.При мощностях до 9 кВт, внутри котлов могут быть установлены блоки с напряжением питания 220 В. При большей мощности, в котлах устанавливаются блоки под трехфазное напряжение 380 В.

Теперь перейдем к ТЭНам для водонагревателей. Они могут быть выполнены на резьбовой гайке (чаще всего диаметром 1,25 дюйма) или на фланце, который зажимается при помощи болтов. Смотрим ниже на рисунок:

ТЭН для водонагревателя на фланце

Есть еще «сухие» ТЭНы. Они изолированы от воды в специальных колбах и производители утверждают, что они более безопасны, чем обычные. Хотя все их преимущества в безопасности можно свести на нет при помощи установки УЗО, которое будет отключать питание при наличии тока утечки больше 30 мА.

«Сухой» ТЭН

Дополнительные функции электронагревателей

Выше были рассмотрены простейшие конструкции приборов, которые не имеют каких-либо встроенных регулировочных механизмов.

Блок терморегуляции может иметь механическую или электронную автоматику. Последняя более точна, но требовательна к параметрам домашней электросети

Но электронагреватели могут оборудоваться простейшей автоматикой, обеспечивающей устройству дополнительные функции.

К таковым относятся:

1. Терморегуляция. ТЕНы со встроенным терморегулятором для отопления имеют датчик температуры, который срабатывает при нагреве рабочей среды до определенного уровня. Регулировка электронагревателя происходит с наружной стороны фланца.
2. Антизамерзание. Эта функция обеспечивается упрощенным терморегулятором, который срабатывает только при понижении температуры до 0-2°C. Она препятствует замерзанию воды в трубах отопления, потребляя минимум электроэнергии.
3. Турбонагрев, который обеспечивает форсированный нагрев рабочей среды при первоначальном пуске оборудования. Необходимо помнить, что электропроводка помещения должна выдержать кратковременное повышение мощности.

Приборов, поддерживающих дополнительные функции, не так много, потому что зачастую регулирование работы отопительных приборов в целом производится с помощью отдельного блока автоматики.

Как выбрать отопительный ТЭН

Выбирая ТЭН, необходимо обращать внимание на его мощность, конструкцию, длину трубки и наличие дополнительных возможностей. Поэтому перед покупкой необходимо узнать как можно больше обо всех его характеристиках.

Расчет мощности прибора

Большая мощность ТЕНа не всегда является положительным качеством. При выборе важно учитывать несколько факторов, которые связаны с уровнем энергопотребления:

• предельная мощность теплоотдачи отопительного прибора в целом;
• возможности электропроводки;
• объем помещения.

Нельзя покупать устройство с мощностью, которая больше 75% максимального уровня теплоотдачи отопительного оборудования.

Например, имеется радиатор с 10 секциями, каждая из которых отдает воздуху 150 Вт тепла, всего 1,5 кВт. При установке в него электронагревателя с мощностью 2 кВт поверхность батареи не сможет быстро отдать всю образующуюся энергию.

В результате ТЭН будет постоянно отключаться из-за перегревания.

Причиной быстрой поломки ТЭНа может быть неправильный выбор мощности прибора. В результате системного перегрева спирали она со временем перегорает

В квартирах с изношенной проводкой постоянная нагрузка на розетку не должна превышать 1,5-2 кВт, иначе она может загореться и привести к печальным последствиям. Поэтому перед покупкой ТЕНа нужно проверить состояние проводки и, при необходимости, её заменить.

Когда вопрос с электросетью и возможностями оборудования решен, можно приступать к расчету требуемой мощности для поддержания комфортной температуры в помещении.

В хорошо утепленных домах и квартирах будет достаточно уровня 40 Вт/м3. А при наличии щелей в окнах мощность обогрева должна быть увеличена до 60-80 Вт/м3.

Покупать конкретную модель можно только после учета всех вышеописанных энергетических факторов.

Учет особенностей конструкции

Большинство ТЭНов отопления имеет оболочку из легированной стали, которая обеспечивает прочность и стойкость к коррозии. Медные устройства применяются преимущественно в нагревателях воды, хотя ограничений на их использование в самодельных радиаторах нет.

В чугунных и стальных радиаторах использование ТЕНов из цветных металлов нежелательно. Это может привести к ускорению износа материалов и соединений

Также при выборе необходимо учитывать направление резьбы заглушки, которое может быть правым или левым. Разные модели электронагревателей отличаются и диаметром фланцев. Они могут иметь размер от 0,5 до 1,25 дюйма.

Обычно к ТЭНу хорошего производителя прилагается краткая инструкция, в которой описываются его конструкционные параметры. Их изучение поможет купить устройство, которое точно подойдет к имеющемуся отопительному оборудованию.

Длина нагревательной трубки

Протяженность трубки является одной из главных характеристик, которые определяют эффективность работы устройства.

Большая её длина при равной мощности приводит к увеличению площади поверхности электронагревателя и ускорению теплообмена с рабочей средой. Это положительно сказывается на долговечности ТЭНа и скорости циркуляции теплоносителя.

ТЭНы с длинной трубкой идеально подходят для установки в самодельные регистры, которыми удобно обогревать большие помещения и хозяйственные постройки

Желательно, чтобы трубка проходила по всей длине рабочей зоны отопительного прибора, не дотягиваясь до противоположной стенки на 6-10 см. Эта рекомендация позволит быстро и равномерно прогревать теплоноситель.

Наличие дополнительного функционала

Переплачивать за дополнительные возможности ТЭНов не всегда нужно. Если отопительный прибор используется в качестве вспомогательного и не имеет собственной встроенной автоматики, то покупка модели с термостатом имеет смысл.

Но при наличии в радиаторе или электроконвекторе собственных термодатчиков и механизмов контроля температуры дополнительные функции так и останутся невостребованными.

Встроенная в заглушку ТЭНа электроника должна иметь предохранительные механизмы, чтобы в случае поломки регулирующей платы не случился пожар

Поэтому приобретать дорогостоящие электронагреватели со встроенной автоматикой рекомендуется только при явной необходимости в таком оборудовании.

Что касается производителей ТЭНов, то их выбор не принципиален. Основными поставщиками являются фирмы из России, Украины, Турции и Италии. Качество их продукции примерно одинаково, поэтому нет смысла переплачивать за бренд.

Трубчатые электронагреватели (ТЭН)

Трубчатые электронагреватели (ТЭН)

Трубчатые электронагреватели (ТЭН) предназначены для нагрева различных сред путем конвекции, теплопроводности и излучения посредством преобразования электрической энергии в тепловую и применяются в качестве комплектующих изделий в промышленных установках и бытовых нагревательных приборах.

Конструкция трубчатого электронагревателя круглого сечения представляет собой расположенный в нутрии металлической оболочки нагревательный элемент (спираль из сплава с высоким сопротивлением) с контактными стержнями. От оболочки нагревательный элемент изолирован спрессованным электроизоляционным наполнителем. Для предохранения от попадания влаги из окружающей среды торцы ТЭН герметизируют. Контактные стержни изолируются от оболочки диэлектрическими изоляторами.

D — диаметр оболочки L — развернутая длина ТЭН Lk — Длинна контактного стрежня в заделке

Пример условного обозначения ТЭН по ГОСТ-13268:

По конфигурации, конструктивному исполнению и назначению предлагаемые нашим предприятием ТЭНы имеют широкий диапазон параметров: — по рабочему напряжению от 48 до 380В; — по номинальной мощности от десятков ватт до десятков киловатт; — по длине от нескольких сантиметров до 4 метров; — по конфигурации как прямые, так и согнутые в различных плоскостях; — по назначению для нагрева воздуха, жидкостей, масла, пресс-форм, плавления легкоплавких металлов, селитры; — по крепежным элементам и форме контактных выводов как стандартного исполнения, так и специально требующиеся.

Поскольку большинство трубчатых электронагревателей по своей специфике индивидуальны, мы принимаем заказы на изготовление ТЭН по рабочим чертежам заказчика.

Основным правилом при выборе ТЭН для заданной нагреваемой среды является правильное сочетание геометрических и электротехнических параметров. Ресурс и надежность работы ТЭН зависят от того, насколько велика поверхностная нагрузка. Для различных нагреваемых сред допустимая удельная поверхностная нагрузка разная и является строго нормативной величиной, превышение которой ведет к преждевременному выходу ТЭН из строя.

Пример условного обозначения при заказе: ТЭН-100А13/3,15.Р.220.Ф2.R30.Ш.М22х1,5

Материал оболочки может быть из нержавеющей стали, меди, латуни и черной стали. По согласованию ТЭН могут быть изготовлены по чертежам с параметрами, отличными от указанных на сайте. ТЭН может оснащаться по требованию потребителя крепежной арматурой (штуцерами).

Типовые формы ТЭН

МАКСИМАЛЬНАЯ МОЩНОСТЬ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ТРУБЧАТЫХ НАГРЕВАТЕЛЕЙ (ТЭН), кВт

Все выпускаемые ТЭНы изначально имеют возможность работы с электрическими параметрами, отличающимися в той или иной степени от номинальных, указанных на корпусе ТЭНа или в сопроводительной документации.

В верхней строке указаны значения номинальных напряжений для ТЭН (маркировка на ТЭНах)

В левом столбце указаны фактические значения питающих напряжений.

На пересечении строк и столбцов находится коэффициент перевода мощностей ТЭН, на который нужно умножить номинальную мощность ТЭНа (см. маркировку ТЭН)

Пример: на маркировке ТЭНа указано рабочее напряжение 127В, мощность: 1 кВт. Требуется определить мощность такого ТЭН при включении его на 220В.

Выбираем в верхней строке номинальное напряжение 127 в, в левом столбце — фактическое напряжение 220В. На пересечении строки и столбца находим коэффициент 3,00. Умножаем номинальную мощность ТЭН(1 кВт) на полученный коэффициент и получаем мощность при напряжении 220В — 3 кВт.

Вниманию потребителей!

Производитель категорически не рекомендует эксплуатировать ТЭНы при значительном отличии питающих напряжений от номинальных, т.к. при увеличении напряжения сильно возрастает мощность ТЭНа, а при снижении напряжения использование ТЭНа неэффективно. Кроме того, конструктивное исполнение ТЭНа, рассчитанного на меньшее рабочее напряжение, может представлять опасность при включении на более высокое напряжение. Кроме того, гарантийные обязательства производителя не распространяются на повреждения или преждевременный выход ТЭНа из строя, при эксплуатации с параметрами питающей сети, отличными от номинальных.

ТЭН – двухконцевые – крепежные элементы

Для надежного крепления ТЭН в комплектуемых изделиях электронагреватели оснащаются необходимыми крепежными элементами (штуцера, втулки, пластины…)

Наиболее часто ТЭНы крепятся к стенкам изделий при помощи штуцеров.

Штуцер (резьбовая втулка с упорным фланцем) закрепляется на электронагревателе способом прессовки, пайки или сварки в зависимости от условий работы ТЭН в той или иной нагреваемой среде.

Наиболее часто применяются штуцера с размерами приведенными в таблице.

Из перечисленных размеров хотелось бы выделить, как самый технологичный, вариант штуцеров с трубной резьбой G 1/2» (наружний диаметр резьбы – 20,96 мм). Применение этого типоразмера штуцеров не потребует дополнительных затрат на ответные гайки и уплотнительные прокладки, так как размер G 1/2 » является одним из основных размеров отечественного и импортного сантехнического оборудования.

При заказе Вы можете выбрать один из предложенных вариантов или указать требующиеся размеры штуцера.

Чаще всего штуцера изготавливаются из углеродистой стали. По Вашему желанию возможно изготовление штуцеров из нержавеющей стали (для ТЭН работающих в агрессивных средах, в пищевых установках, в медицинских дистилляторах) и других материалов.

Всевозможные другие крепежные элементы могут быть изготовлены из различных материалов и закреплены в необходимом месте ТЭН по Вашему требованию.