Продолжаем техноликбез про бытовые обогреватели, не смотря на то, что сейчас лето. На очереди Масляные радиаторы. (предыдущие послы серии у меня в профиле)
Чтобы избавиться от сжигания пыли конвектором, нужно понижать температуру нагревателя. Но при сохранении мощности нагрева помещения, этого можно добиться только повышением площади поверхности. Можно было бы просто взять огромную оребрённую металлическую болванку и вставить в неё нагреватель, но это неоправданно дорого из-за дороговизны металла. Поэтому производитель сделал тонкую оболочку с ребрами, как батарею центрального отопления, заполнил теплопроводящей жидкостью и вкрутил внутрь ТЭН.
Так и появились масляные радиаторы — в них как теплопроводящая жидкость используется минеральное масло — оно дешёвое, не замерзает при хранении товара на складе без отопления и не кипит при целевых температурах обогревателя. А ещё оно не ядовито и не вызывает коррозию.
Масляный радиатор практически аналогичен старым добрым чугунным батареям центрального отопления. Часть тепла в помещение он отдает инфракрасным излучением, но большую часть — конвекцией. А ещё у него большое преимущество — нет кожуха, поэтому разложенные сверху носки, варежки, шапки и т.д. не прекращают циркуляцию воздуха — он свободно проходит через секции, в отличие от типовых конвекторов. (Хотя производитель запрещает вообще хоть как-то накрывать масляный радиатор. Вдруг какой дебил его накроет ватным одеялом?)
Благодаря огромной площади поверхности это не горячий прибор — случайное касание не грозит неминуемым ожогом. Огромное преимущество масляного радиатора — это, наверное, единственный обогреватель, который можно протереть от пыли почти полностью! У всех остальных приборов до пыли под кожухами, ограничительными решетками и т.д. добраться сложно. А здесь — тряпочкой протёр — и чисто. Для людей с проблемами со здоровьем, связанными с пылью, это может быть решающим преимуществом.
Но этот тип обогревателя не без недостатков:
Огромная тепловая инерция. От момента «пришёл и включил» до «стало тепло, снял шубу» могут пройти часы.
Если масло внутри содержит влагу, то может иногда громко щёлкать или потрескивать.
Если неосторожно ударить и повредить сварной шов корпуса, может вытечь масло. Такой радиатор придётся выбросить. Но чаще масляным радиаторам гнут кронштейны колес, пытаясь на него облокотиться.
Он огромный и тяжёлый. Это может быть недостатком, когда места в квартире мало, а обогреватель нужен только пару дней в году в межсезонье.
Может взорваться, если неисправно термореле и защитные термоконтакты. В таком случае ТЭНы греют масло внутри непрерывно и масло может вскипеть, разорвав корпус. Впрочем, это случается не чаще, чем ранение задниц от взрыва газлифтов офисных стульев.
Тепловентиляторы
Тепловентилятор — это попытка сохранить большую мощность обогревателя при малых габаритах. Вместо естественной конвекции, воздух через нагреватель принудительно прогоняется вентилятором. Да, это создаёт шум, но зато тепловентилятор очень быстро прогревает воздух при очень скромных размерах. К тому же струю тёплого воздуха можно направить — тепловентилятор может служить эрзац тепловой завесой, отсекая сквозняк, или согревая именно ноги. Мощные тепловентиляторы часто называют тепловыми пушками.
Конструктивно тепловентиляторы могут быть с нагревателем из нихромовой проволоки:
Это самая дешёвая и простая конструкция, проблема со сгорающей на горячем нихроме пылью усугубляется вентилятором, он бодро всасывает всю пыль с пола, поднятую ногами. Причём обратите внимание, два нагревателя — жадного производителя и не жадного:
Ажурные конструкции из нихромовой проволоки лучше отдают тепло, но плохо переносят тряску, удары и проблемы с циркуляцией воздуха
Более совершенная конструкция — тепловентилятор с нагревателями из ТЭНов. Они чуть медленнее разогреваются при выходе тепловентилятора на рабочий режим, зато меньше сжигают пыль и электрически безопаснее.
И, наконец, — весьма интересный керамический позисторный нагреватель. Это «бутерброд» из электродов-ребер и пластинки проводящей керамики. Если включить её в сеть, она проводит ток и от этого нагревается. Но при температуре около 200-250 градусов электрическое сопротивление резко возрастает — в итоге нагрев останавливается и выше этой температуры не поднимается. Получается саморегулирующийся нагреватель. Такой тепловентилятор не склонен к разрушительному перегреву, если клинит вентилятор или чем-то перекрывается поток воздуха. Но электроды-рёбра находятся под напряжением, так что любопытного ребенка, тыкающего скрепкой в защитную сетку вентилятора, может долбануть.
Недостатки тепловентиляторов:
Шум. Причём на дешевых моделях вентилятор не имеет переключаемых скоростей, поэтому шумит всегда.
Жгут пыль, от чего у некоторых может заболеть голова. Причём у тепловентиляторов с нихромовой спиралью этот эффект выражен максимально, а у моделей с позисторным нагревателем — минимально.
Слишком мощные для маленького помещения. Включил — жарко, выключил — холодно, среднее получить сложно.
Если корпус тепловентилятора пластиковый, то при поломке вентилятора раскалённый нагреватель от окружающего помещения будет отделять только пластиковый корпус, который может весело гореть и плавиться. Хоть о металлический корпус можно обжечься, он видится более надёжным барьером при неисправности.
Тепловентилятор должен иметь датчик опрокидывания: если кот уронит его, и он начнёт дуть в пол струёй воздуха температурой 200 градусов — хорошим это не кончится. Увы, большинство дешёвых тепловентиляторов упрощены до минимума, в том числе в плане защит.
Инфракрасные обогреватели
С этими типами отопительных приборов разобраться сложнее всего из-за количества глупостей, что понаписали прогуливавшие физику копирайтеры в интернете. И здесь придётся показать формулы, чуть-чуть буду их упрощать. Они помогут нам понять логику в конструкции обогревателей. Под инфракрасным обогревателем мы будем понимать обогреватель, для которого основной способ передачи тепла в помещение — излучение.
Любое нагретое тело излучает тепло, и чем горячее тело — тем жарче стоять рядом с ним. Физики этот процесс изучили и появилась формула закона Стефана-Больцмана. Она показывает, как связана мощность суммарного излучения тела с его температурой, она оказалась в зависимости 4 степени от температуры:
Значит, повысив температуру нагревателя в обогревателе в 2 раза, он будет излучать в 16 раз больше тепла в виде инфракрасного излучения. Отсюда важное свойство — чем горячее нагреватель, тем компактнее прибор. На практике это означает, что если нам нужно инфракрасным обогревателем излучить в помещение 1 кВт тепла для компенсации теплопотерь, то требуемая площадь поверхности нагревателя — 1,43 кв. м при температуре 60 °C, 1 кв. м — при температуре 95 °C, и хватит маленькой спиральки накала площадью поверхности 259 кв. мм, если она нагрета до 2600 °C. Это объясняет, почему «теплый керамический обогреватель» вынужденно будет маломощным и огромным.
К сожалению, не всё так просто, и есть вторая важная формула, необходимая для понимания зоопарка ИК обогревателей — формула Планка.
При росте температуры нагревателя не только растёт количество излучаемой энергии, но и меняется её спектр. Чем горячее — тем ярче и белее. Цветовая температура у лампочек как раз соответствует свечению абсолютно черного тела с такой температурой) Отсюда следуют следующие выводы:
С ростом температуры растёт мощность излучения. Обогреватель становится легче и компактнее.
Но с ростом температуры спектр излучения смещается из инфракрасного диапазона в видимый, который мешает и отвлекает, поэтому повышать температуру выше 2600 °C нецелесообразно: обогреватель превратится в лампу накаливания, которая своим светом отвлекает, хотя и неплохо греет.
Чем ближе спектр излучения к видимому свету, тем проще его сфокусировать отражателем в луч и направить куда надо. Поэтому для низкотемпературных ИК обогревателей излучение можно направить «примерно вот туда», а у высокотемпературных есть параболический отражатель, позволяющий собрать чёткий тепловой луч.
Чем горячее нагреватель, тем, как правило, ниже его срок службы.
Для инфракрасных обогревателей важен цвет. Реальные предметы — не такие хорошие излучатели инфракрасных волн, как абсолютно черное тело. Поэтому чёрный радиатор излучает эффективнее, чем белый. Верно и обратное — тёмные предметы в инфракрасных лучах нагреваются сильнее светлых. Поэтому проверив рукой, можно подумать «вроде не сильно печёт», а вот чёрная штора на этом же месте может даже дымиться.
Обычная лампа накаливания вполне себе неплохой обогреватель — менее 10% электроэнергии превратится в видимый свет, а остальное — в тепло.
Среди инфракрасных обогревателей наблюдается самое большое разнообразие, и для упрощения понимания я нанёс их на график по степени горячести нагревателя. Надеюсь, это хоть как-то поможет понять, чем они отличаются:
Про «вред» инфракрасных обогревателей
В целом с ИК-излучателями есть одна проблема — неравномерность нагрева. Помните, как сидя у костра рукам тепло, а спина мёрзнет? Та же проблема с ИК-обогревателями, особенно установленными под потолком — шапка уже дымится, а ногам холодно. Терморегуляция организма при таком отоплении сходит с ума — то ли потеть, то ли дрожать. Поэтому СанПиН 001-96 устанавливает предельную величину ИК-излучения от бытовых приборов в 100 Вт/м2.
Иногда можно прочесть страшилки про вредные и полезные длины волн ИК-излучения. И конечно же, производитель тут же предлагает купить обогреватель с «правильной» длинной волны. Страшилка работает неплохо, так как мы что-то слышали про опасный коротковолновый ультрафиолет, который оставляет ожоги на коже, и строим ложные аналогии. Только это всего лишь страшилка.
С точки зрения комфорта, идеальным инфракрасным обогревателем будут большие тёплые (40–60 °C) панели где-нибудь подальше от нас, чтобы излучение от них равномерно окутывало нас. На практике, такое решение было бы слишком дорогим, и приходится смотреть в сторону приборов компактнее и горячее.
Инфракрасные обогреватели можно использовать… на улице. Так как нагревается не воздух, а поверхности, то тепло не исчезает с лёгким порывом ветра. Поэтому существуют уличные ИК обогреватели (чаще с газовым нагревом), которые устанавливают на верандах, в беседках и других подобных местах. Также инфракрасные обогреватели могут быть хорошим решением в ангарах — нагретый воздух быстро устремится под высокий потолок вверх, поэтому рабочее место целесообразнее нагревать ИК излучением.
Какие разновидности ИК обогревателей бывают по типу излучающего элемента:
«Кварцевые конвекторы», или как ещё их назвать
Представляют собой пластину из керамики, внутри которой зацементирована нагревательная спираль. Нагревается до температуры порядка 90 °C и отдает тепло в помещение как излучением, так и конвекцией. Но в силу отсутствия развитого оребрения и плохой теплопроводности керамики конвектор из прибора так себе. Впрочем, из-за низкой температуры мощность излучения тоже невысока. На этом можно было бы закончить, если бы не обильный маркетинг с враньём, которым обмазывают свои изделия некоторые производители. Приборам приписывают магические свойства энергосбережения, экологичности и даже то, что они не сушат воздух (что, как мы знаем из текста выше, — изменение относительной влажности — чисто физический процесс, и не важно, каким образом производится нагрев). В совсем запущенных случаях приплетают мифический «эффект русской печи» и другие фантазии. Если повесить такие обогреватели вместо сопоставимых по размерам конвекторов, можно обнаружить, что они не прогревают ожидаемые площади, ведь их мощность мала.
Преимущества таких обогревателей:
Интересный внешний вид. Можно использовать там, где дизайнер не видит других отопительных приборов. Керамику, в отличие от стального листа, можно изготовить весьма замысловатых форм и расцветок.
Поверхность обычно не горячая, случайное прикосновение не приведёт к неминуемому ожогу.
Низкая мощность — всего около 0,5 кВт на прибор. Соответственно, таких приборов для отопления может понадобиться больше: вместо одного масляного радиатора на 1,5 кВт придётся установить три кварцевых по 0,5 кВт — в зависимости от теплопотерь помещения. Но с другой стороны, установкой большего количества маломощных приборов можно добиться большей равномерности прогрева помещения.
Большая масса — такой обогреватель сложнее перемещать и он дольше выходит на рабочий режим.
Хрупкость керамики — может треснуть от неосторожного обращения, и даже сам по себе от неравномерности нагрева.
Часто завышенная цена на приборы, отдаваемая мощность в пересчёте на рубль стоимости прибора делает их заметно менее притягательными.
Многие приборы имеют паршиво проработанное крепление. Были случаи, когда обогреватель отваливался, падал на пол и прожигал пятно на линолеуме.
По моему мнению эти приборы имеют право на жизнь только из-за разнообразия внешней эстетики. Но, выбирая их, нужно чётко понимать их ограничения: они не являются заменой аналогичных по размеру конвекторов. Ну и, конечно же, смотрите на цену — часто она просто неадекватно высока не из-за технологической сложности изделия, а просто из-за жадности производителя, имеющего космическую маржинальность.
Микатермические обогреватели
Прибор использует миканитовые нагревательные элементы. Если вспомнить, что «мика» по-русски — слюда, то всё становится понятным. Такой нагреватель — это нихромовая проволока в «бутерброде» из слюды, которая является изолятором и плохоньким рассеивателем тепла. Покрытые слюдой ламели разогреваются до температур порядка 300 °C, отдавая часть энергии в виде излучения, остальное — в виде конвекции.
Слюда — материал хрупкий, поэтому ламели нагревателя вынуждены прятать в корпус, подальше от шаловливых ручек. В результате такой обогреватель излучает в горизонтальной плоскости, в маленьких комнатах будет греть только всё ниже столешницы.
В целом получилось странное изделие, особых преимуществ относительно других типов обогревателей не имеет, но его цена выше. Кроме как при помощи фантастической рекламы он не продаётся.
Алюминиевые подвесные (потолочные) ИК-обогреватели
В качестве излучателя в таких обогревателях алюминиевый профиль с запрессованным ТЭНом, нагревающийся до 200-300 °С. Корпус содержит отражатель, теплозащитный кохуж, так что будучи подвешенным под потолком он греет поверхности куда направлен, а не потолок.
Относительно невысокая температура нагревателя делает прибор крупногабаритным, он всегда стационарный. При этом у него большая площадь нагревателя, открытого для прикосновения, поэтому он размещается там, где его точно ничего не заденет. Просты и надёжны, но проблемы, как и у всех ИК-обогревателей, — когда вы стоите под ним: макушке жарко, а ногам — холодно.
Керамические ИК-излучатели
Нихромовая спираль в таких обогревателях спрятана в керамическом корпусе, покрытом глазурью. Поверхность имеет температуру порядка 300-700 °С. Керамика защищает нихромовую спираль от контакта с воздухом, что продлевает срок её службы. Для бытового применения выпускаются с цоколем Е27 — можно вкрутить вместо лампы накаливания и греть например рассаду или террариум (сам плафон должен быть достаточно термостоек). Учитывая невысокую мощность единичного нагревателя (50-100 Вт), для отопления помещения пришлось бы делать огромный массив из таких излучателей. Поэтому обычно они применяются для локального подогрева.
▍ Лампы
В эту группу я объединил инфракрасные обогреватели, где нагреватель так горяч, что его накал виден глазом как жёлтое свечение. Близость излучения к видимому спектру делает их конструктивно похожими на галогеновые прожекторы, только вместо стекла — защитная сетка. Разница только в трубке-лампе.
1. Нихромовая спираль в кварцевой трубке. Нихром на воздухе покрывается защитной оксидной плёнкой и способен долгое время работать при температуре 1000 °С. Кварцевая трубка выступает в роли держателя — раскалённая нихромовая спиралька не провисает, находясь в кварцевой трубке. Аналогичные кварцевые трубки с нихромовой спиралью используются в электрогрилях, микроволновых печах с кварцевым грилем.
2. Карбоновая лампа. Вместо нихрома используется угольная нить, полученная обжигом волокон, как на самых первых лампах накаливания в конце XIX века. Разработаны для промышленности и обладают некоторыми преимуществами, которые бесполезны в быту. А именно — разогреваются до рабочей температуры за 1-2 сек против 5-10 у нихромовых, что необходимо, например, для работы на конвейере. За счёт черноты и большей площади поверхности тела накала имеют чуть большую мощность излучения на единицу длины. Рабочая температура около 1200 °С. Чтобы углеродная нить не сгорела на воздухе — имеют герметичную колбу. При этом гораздо дороже обычных нихромовых нагревателей.
3. Галогеновая лампа. Дальнейший рост температуры нагревателя для увеличения излучаемой мощности требует использовать самый тугоплавкий металл — вольфрам. Рабочая температура 2500 °С. А галогеновой она называется из-за того, что в колбу помимо инертного газа добавлен галоген (бром, йод и т.п.). Он позволяет избежать почернения колбы от испаряющегося со спирали вольфрама, галоген реагирует с вольфрамом в холодной части и переносит обратно на горячую спираль, разлагаясь. Поэтому галогеновые лампы удается сделать горячее = эффективнее и компактнее. От галогенового прожектора видимого диапазона обогреватель с галогеновой лампой отличается только температурой спирали.
Иногда колба лампы может иметь золотое отражательное напыление для направления излучения в одну сторону. Или может быть окрашена в рубиново-красный цвет, чтобы не так отвлекать видимым светом во время работы.
Это тот случай, когда для бытового применения нет разницы, какой тип лампы установлен в обогреватель — все различия проявляются только в некоторых промышленных задачах. Это как продавать в хозяйственном магазине простые лопаты и нержавеющие лопаты с древком из красного дерева: если вам нужно выкопать яму — они все отлично работают. И только при помощи недобросовестной рекламы можно убедить дачника, что ему непременно нужна именно дорогая нержавеющая лопата.
Уф. В третьей части поговорим про пожарную безопасность, термостаты и энергосбережение.
телеграм канал в профиле, форма для благодарности звонкой монетой ниже. третью часть опубликую на следующей неделе.
