Электрообогреватели парокапельного типа

Устройство и принцип действия отопителей парокапельного типа

Этот вид обогревателей относится к группе «электрические конвекторы», то есть, к отопительным приборам, работа которых инициирует в отапливаемом помещении конвективные потоки воздуха – контактирующая с корпусом агрегата воздушная среда нагревается и поднимается вверх, замещаясь более холодной.

Инициируемое настенным обогревателем движение конвективных потоков

Основой конструкции отопителей парокапельного типа является ТЭН игольчатого типа. Трубчатый нагреватель вмонтирован в нижнюю часть герметичного чугунного, стального или алюминиевого резервуара с водой, этанолом или метанолом, залитых выше уровня расположения ТЭНа, игольчатая конструкция которого не требует для этого большого количества жидкости.

Схематичное изображение действия парокапельного отопителя в разрезе

Ёмкость в корпусе ПКН установлена под наклоном – отклонение плоскости её основания от горизонтали составляет приблизительно 20 градусов.

При включении прибора в сеть вода в течение нескольких минут нагревается ТЭНом до температуры кипения и начинает испаряться, заполняя свободный объём ёмкости паром.

Горячий пар под давлением, контактируя в верхней части резервуара с металлическими стенками, конденсируется на них с выделением тепловой энергии. Благодаря высокой теплопроводности металла, тепло передаётся ближайшим к обогревателю слоям воздуха, инициируя в помещении конвекцию, а конденсат в резервуаре стекает по наклонным стенкам в его нижнюю часть и, вновь нагреваясь ТЭНом, опять испаряется.

Схема циркуляции теплоносителя в парокапельном обогревателе

Таким образом, в процессе теплопередачи участвуют два теплоносителя – вода и пар, но температура жидкости не превышает 100 градусов, а пар в резервуаре может нагреваться до 120, поэтому верхняя часть ПКН во время работы всегда горячее.

Для повышения интенсивности теплообмена в большинстве моделей ПКН верхняя часть резервуара с жидкостью выполнена в виде многосекционных блоков из узких секций с дополнительным наружным оребрением, что в разы увеличивает площадь теплоотдачи.

Какими плюсами и минусами обладает парокапельное отопление

Выше мы перечислили главные положительные стороны системы, но можно указать еще некоторое количество преимуществ.

Например:

• Благодаря тому, что внутри агрегата находится небольшое количество носителя тепла, аппарат быстро нагревается;
• Небольшое количество жидкости не приведет к тому, что агрегат замерзнет или выйдет из строя;
• Обогреватель может работать даже в холодной комнате, после того как установка будет включена, лед растает и работа будет проведена в стандартном режиме;
• Благодаря тому, что внутри отсутствует кислород, установка полностью защищена от коррозии;
• Срок эксплуатации такого нагревателя, при правильном использовании может превышать 30 лет;
• Агрегат не нуждается в установке, его можно в любой момент перенести в другое помещение;
• Для работы аппарата потребуется только розетка.

Срок эксплуатации парокапельного нагревателя может превышать 30 лет

Изготовители данного прибора заявляют о полной безопасности тепловой трубки. Однако конструкция не предусматривает клапан сброса. Поэтому никто не может сказать, как именно себя поведет нагреватель в том случае если, термозащита не сработает. Еще к одному отрицательному свойству можно отнести его завышенную цену и сложный ремонт.

Процесс, который исполняют парокапельные батареи

Как и у любого другого обогревателя парокапельный имеет свой рабочий процесс.

Внутри него происходит следующее:

• ТЭН передает тепло носителю;
• Теплоноситель из жидкого состояния переходит в пар;
• Поднимаясь, пар прогревает корпус, конденсируется и передает тепло корпусу, а далее в пространство;
• После того как носитель конденсируется, он начинает стекать по стенкам к ТЭНу;
• Процесс повторяется заново.

Экономия средств получается в результате того, что используется небольшое количество носителя тепла. Кроме того, как только после первого цикла образуется пар, второй цикл будет использовать уже меньше энергии, ведь он будет только поддерживать процесс образования пара.

Парокапельные батареи очень эффективны

Пар начинает конденсироваться в большем количестве и оседать на остывших мессах обменника тепла. Такое действие позволяет распространяться тепловым потокам равномерно по помещению.

Парокапельный нагреватель, размеры которого не превышают обычную батарею, способны показать намного больше эффективности, чем любая другая конвективная система.

Вода в парокапельном обогревателе

Как уже было сказано ранее, при работе парокапельного обогревателя происходит нагрев воды внутри герметичного цилиндра. В этом случае вода выступает в роли теплоносителя, что позволяет провести аналогию между парокапельниками и радиаторами водяного отопления. Вероятно, именно участие воды в работе обогревателя и передача тепла от его источника к греющей поверхности с помощью пара стало причиной названия этих устройств беструбными обогревателями, но это лишь предположение автора статьи.

Подразумевается, что контроль над работой обогревателя осуществляется в автоматическом режиме с помощью термостата, отключающего подачу электроэнергии при нагреве воздуха в помещении выше заданного значения. При этом есть возможность управлять процессом обогрева, выбирая комфортные условия и исключая нерациональное потребление энергии.

К сожалению, в презентации НПО «Волгоградские энергосберегающие технологии», а также в прилагаемой к нему технической документации, производитель не дает никаких пояснений относительно количества используемой в приборе воды и лишь ссылается на то, что оно (количество) определено расчетным путем.

Между тем конструкция цилиндра не дополнена сбросным клапаном на случай неконтролируемого процесса парообразования, возникшего, например, при выходе из строя термостата и перегреве нагревательного элемента. Можно предположить, что заверения производителей в высокой надежности капельного обогревателя несколько преувеличены.

Наличие воды в парокапельном обогревателе может стать причиной его выхода из строя при хранении неработающего прибора зимой  в неотапливаемом помещении: вода замерзнет и просто раздавит цилиндр. Правда производители уверяют, что этого не произойдет, ссылаясь на малый объем используемой жидкости, но опять таки, никакой конкретной информации по этому вопросу в технической документации нет.

О КПД парокапельного нагревателя

В рекламной компании по продвижению парокапельных обогревателей особый упор делается на высокий КПД, равный 98%. Действительно, если сравнивать эти устройства с радиаторами водяного отопления (и там и там присутствует вода), КПД действительно впечатляет, но при сравнении с электрическими обогревателями, имеющими КПД также равный 96-98%,  этот прибор ничем не выделяется.

Именно по этой причине не следует рассчитывать на высокоэффективную и экономичную работу паракапельных обогревателей: тепловой эффект при их работе и работе любых других электрических обогревателей равной мощности будет равным. Действительно, парокапельники дадут более комфортное тепло по сравнению с традиционными обогревателями, ведь температура их теплообменника ниже и составляет 100-120С. Но они вряд ли смогут конкурировать с инфракрасными обогревателями нового поколения, теплообменник которых также обеспечивает комфортный тепловой поток, а сами приборы к тому же можно крепить к поверхности потолка, а это уже совсем иной подход к вопросу отопления и возможность создать в помещении более комфортные условия.

Модельный ряд и цена на нагерватели капельного типа

Остается добавить, что сам факт использования вода в электрическом приборе отопления несомненно интересен, но насколько хороши и надежны приборы отопления, созданные при этом, время покажет!

Насколько эффективны парокапельные обогреватели

Электрические конвекторы обладают потреблением энергии, которая равна тепловой мощности, это ведет за собой определенные конструктивные ограничения. Так 1 кВт способен обеспечить около 0,1 м2 тепловой отдачи, а температура которой будет обладать ТЭН составит примерно 350 градусов. Когда через горячий радиатор проходит воздух с повышенной температурой, атмосфера в помещении становится слишком сухой, а это может принести определенный дискомфорт. Расширение пространства в данной ситуации не поможет, так как температуру тоже придется повысить.

Парокапельные обогреватели обеспечивают высокую теплоотдачу

Что касается парокапельного давления, то ему присущи следующие показатели:

• Тепловая мощность по отношению к электрической в 3 раза больше;
• Уровень коэффициента полезного действия равен 98%;
• Температура носителя тепла может варьироваться от 70 до 120 градусов;
• Влажность в комнате остается приемлемой.

По этой причине такой обогреватель, можно установить в любом помещении, даже в школе или в больнице. Кроме того установка может быть использована и в качестве запасного варианта, однако цена такого агрегата намного выше чем у электрического обогревателя.

Устройство и принцип действия парокапельного обогревателя

В основе конструкции парокапельного обогревателя лежит герметичный цилиндр со встроенным нагревательным элементом и расчетным количеством обычной дистиллированной воды. Подразумевается, что количество воды достаточно для образования пара, обеспечивающего эффективную работу устройства, но недостаточно для создания избыточного давления, способного не только нарушить герметичность цилиндра, но и причинить вред окружающему пространству.

При нагреве вода вскипает, превращается в пар, который, в свою очередь, поднимается вверх, соприкасается с «холодной» верхней поверхностью цилиндра и конденсируется, выделяя при этом тепловую энергию.

Тепловая энергия через стенки цилиндра передается в окружающее пространство излучением. Образующаяся при этом вода по внутренним стенкам цилиндра стекает вниз, нагревается, вновь преобразуется в пар и процесс повторяется.

Греющей поверхностью в парокапельном обогревателе является вся наружная поверхность цилиндра, температура которой может составлять 90-120 С, что значительно ниже температуры греющих элементов электрических обогревателей других моделей. Так, к примеру, спираль электрического конвектора раскаляется до 800 С, а температура нагревательного элемента керамического обогревателя составляет 400-600С.

Однако нагрев поверхности прибора до 90-120 С нельзя считать безопасным. Любой случайный контакт с ней может привести к ожогам. Поэтому, как и в традиционных электрических обогревателях, греющий элемент в парокапельных обогревателях расположен внутри металлического корпуса, между внутренними стенками которого и нагревательными цилиндрами движутся восходящие конвективные потоки, повышая эффективность работы прибора.

Технические характеристики и разновидности пароконденсатных обогревателей

Основным критерием при выборе ПКН является мощность, необходимая для обогрева помещения конкретной площади и объёма. У бытовых моделей парокапельных отопителей этот параметр находится в диапазоне от 0,5 до 2,0 кВт. Соответственно, в регионах с умеренным климатом при наличии эффективного наружного утепления ограждающих конструкций дома ПКН мощностью 1,5 кВт обеспечит обогрев помещения площадью до 15 м кв.

Варианты расположения ПКН настенного исполнения в жилых помещениях

Проектирование различных моделей парокапельных обогревателей требует точного расчёта соотношений мощности игольчатого ТЭНа, площади поверхности корпуса агрегата с учётом оребрения и количества используемого в резервуаре теплоносителя.

Максимальная мощность ПКН в 2 кВт выбрана в целях безопасности. С привязкой к этой величине рассчитываются объём резервуара, количество заливаемой в него жидкости и площадь теплоотдачи. Соотношение этих параметров должно обеспечивать эффективное парообразование в ёмкости при безопасном давлении пара (не более 0,07 мПа), температуру поверхности корпуса не более 115 градусов, а также расположение игольчатого ТЭНа всегда ниже уровня жидкости — даже при работе обогревателя в максимальном штатном режиме.

Нагреватели парокапельного типа — многосекционные батареи с электронным блоком управления, мощностью 1,5, 0,9 и 0,5 кВт.

Обогреватели парокапельного типа, как уже было упомянуто выше, подразделяются на бытовые устройства и агрегаты для производственного применения.

Приборы для производственного использования отличаются большей мощностью, соответственно, больше и их габариты. При выпуске таких агрегатов эстетичность исполнения отодвигается на задний план, уступая место эффективности работы, прочности корпуса и защищённости системы управления, а также питающего кабеля.

Пароконденсатные обогреватели промышленного применения

Однако даже промышленные парокапельные обогреватели современных моделей имеют класс наружной отделки выше среднего, что позволяет без ущерба для интерьера помещения использовать их и в быту.

Пароконденсатные обогреватели повышенной мощности BHeat Air 3000 мощностью 3 кВт для производственного применения – обогрева помещений площадью до 30 м кв.

Современные обогреватели ПКН, как бытового, так и производственного назначения, оснащены системой безопасности (автоматическое отключение при опрокидывании или перегреве биметаллической пластины) и управления температурой — терморегулятором, работающим на основе данных температурного датчика, штатного или дополнительно установленного своими руками в актуальной зоне комнаты – по достижении заданного температурного режима в этой зоне обогреватель отключится.

Пароконденсатный обогреватель с блоком электронной системы управления, оснащённым жидкокристаллическим дисплеем

Модели ПКН по месту расположения подразделяются на напольные, настенные и универсальные. Принцип работы приборов всех этих конструкций одинаков, теплоотдача агрегатами производится обеими сторонами панели.

Напольные агрегаты оснащены опорными ножками, обеспечивающими ему устойчивое положение на горизонтальной плоскости, или платформой с колёсиками, облегчающими перемещение.

В случае же непредвиденного опрокидывания отопителя сработает устройство автоматического размыкания сети, а относительно невысокая температура корпуса не сможет стать причиной пожара.

Напольная модель парокапельного бытового отопителя с отверстиями в опорах для крепления к полу саморезами

Модели настенного расположения имеют с одной из сторон панели отверстия для кронштейнов, которыми агрегат крепится к стене. Конструкция и размер кронштейнов обеспечивают расположение ПКН на расстоянии 7-10 см от несущего основания, что уменьшает тепловое воздействие обогревателя на стену и не препятствует конвекции воздуха с тыльной стороны прибора. Участок стены, расположенный за устанавливаемым обогревателем, должен быть дополнительно оборудован теплозащитой из термостойкого материала.

Пароконденсатный обогреватель настенного размещения

Конструкция ПКН универсального расположения позволяет установить на них опорные ножки или же смонтировать на стену. Эффективность того или иного способа применения зависит от конкретных условий эксплуатации.

Модели ПКН универсального размещения – для использовании на полу или размещения на стене

Самостоятельное изготовление ПКН

Дороговизна пароконденсатных обогревателей при кажущейся простоте принципа действия порождает соблазн изготовить такой агрегат самостоятельно, учитывая современную доступность материалов, комплектующих и инструмента.

Действительно, сегодня парокапельные обогреватели нередко изготавливаются своими руками – материалы и комплектующие для их сборки можно без труда найти в продаже. Но производить такие агрегаты в домашних условиях только после прочтения инструкции и рекомендаций не реально – конструкций таких приборов достаточно много, и технология изготовления каждой имеет индивидуальные особенности. При этом необходимо иметь не только общие навыки монтажных и сварочных работ, но и практический опыт конкретно в изготовлении ПКН.

Кроме того, сборка маломощного парокапельного отопителя нецелесообразна – существует множество других видов не дорогих обогревательных приборов, причём, промышленного изготовления, которые справятся с обогревом жилья лучше и безопаснее. А самодельный высокопроизводительный агрегат не настолько эстетичен, чтобы использовать его для обогрева жилья.

Самодельный ПКН из стальной трубы с ТЭНом на 500 Вт

Изображённый выше обогревательный регистр, работающий по парокапельному типу, может служить наглядным пособием к вопросу, как сделать ПКН самому

Агрегат собран из четырёх фрагментов-«ручьёв», изготовленных из стальной трубы диаметром 50 мм и заглушек-пластин из листовой стали. В нижний «ручей», оборудованный патрубком, вмонтирован ТЭН. В верхней части регистра – заглушка с вентилем, через которые в радиатор заливалась смесь воды с антифризом и стравливался воздух под давлением при первом включении устройства.

Схематичное изображение устройства ПКН в разрезе

В нижний «ручей» залит теплоноситель, который при нагреве испаряется. Пар заполняет всё свободное пространство «ручьёв», отдаёт тепло стенкам радиатора и конденсируется на них, стекая потом обратно вниз к ТЭНу.

Конструкция ПКН может быть и более простой, но это не отменяет необходимости наличия конкретных профессиональных навыков.

ПКН кустарного производства одноручьевой конструкции из стальной трубы

Достоинства и недостатки обогревательных приборов парокапельной конструкции

Оценивая целесообразность использования в определённых условиях отопителя именно пароконденсатного типа, нужно знать основные плюсы и минусы этих агрегатов.

Достоинства ПКН:

• экологичность – отсутствие каких бы то ни было выделений в обогреваемое пространство,
• безопасность — достаточно низкая температура корпуса (не влияют на показатель влажности воздуха в помещении и не сжигают пыль), оснащённость системой автоматического отключения при перегреве, бесшумность;
• достаточная степень автоматизации управления большинства моделей;
• долговечность – обусловлена отсутствием в резервуаре воздуха, необходимого для коррозии, но ограничена сроком эксплуатации ТЭНа;
• морозостойкость – расширение теплоносителя при замерзании не вызовет разрушения резервуара из-за наличия в нём свободного объёма;
• компактность, возможность настенной установки;
• технологическая экономичность – простота монтажа и повседневного ухода, отсутствие необходимости устройства дымохода.

Недостатки парокапельных обогревателей:

• достаточно высокая стоимость агрегатов даже бытового предназначения;
• присущее всем электронагревательным приборам повышенное потребление электроэнергии;
• невозможность ремонта обогревателей в бытовых условиях в случаях, связанных с разгерметизацией – ошибка в количестве теплоносителя чревата взрывом при нагреве.