Электрический ТЭН (погружной нагреватель) — это электрический резистивный элемент, ввинчиваемый непосредственно в бойлер, обычно мощностью 2–3 кВт в бытовых размерах. Из-за конвекции он нагревает только воду выше своего уровня, поэтому от положения установки зависит, какую часть бака он обслуживает. При 3 кВт нагрев 200 литров на 50 °C занимает около 3,9 часа и 11,6 кВт·ч электроэнергии.
Как работает ТЭН?
ТЭН преобразует электроэнергию в тепло с КПД 100 % через резистивный элемент в защитной оболочке, погруженный непосредственно в накопленную воду; он управляется собственным стержневым термостатом и защищен отключением при перегреве. Бытовые элементы обычно имеют мощность 2–3 кВт, однофазные; коммерческие бойлеры используют более мощные или несколько трехфазных элементов. Для нагрева воды требуется 1,16 Вт·ч на литр на градус, поэтому элемент 3 кВт поднимает температуру 200 литров на 50 °C примерно за 3,9 часа (11,6 кВт·ч).
Одна особенность определяет все в применении ТЭНа: нагретая вода поднимается, поэтому элемент нагревает только воду выше себя. Слой под ним остается холодным — прямое следствие стратификации.
Где следует устанавливать ТЭН?
Положение определяется назначением, потому что высота элемента задает объем, который он может нагреть:
| Положение установки | Нагреваемая вода | Типичное применение |
|---|---|---|
| Нижний ввод / низкий боковой ввод | Весь бойлер | Основной электрический нагрев, зарядка по льготному ночному тарифу, перенаправление избытка PV |
| Боковой ввод на средней высоте | Верхняя половина | Повседневный резерв: горячая вода в верхней части без нагрева всего объема |
| Верхний / высокий боковой ввод | Только верхняя часть | Быстрый догрев для следующего душа, режим «антилегионелла» в зоне готовности |
Во многие бойлеры устанавливают два элемента — один низкий для полной зарядки по дешевому тарифу, другой высокий для быстрого дневного догрева; такая схема подходит и для солнечных систем, где нижняя зона бака намеренно остается холодной для зарядки коллекторами.
Какую роль играет ТЭН в системах с тепловыми насосами и солнечных системах?
В системах на возобновляемых источниках ТЭН — вспомогательное устройство, а не рабочая лошадка. Преобладают три функции. Во-первых, борьба с легионеллой: тепловые насосы для эффективности часто хранят воду при 48–55 °C, а периодический догрев ТЭНом доводит бойлер до 60 °C и выше для обеззараживания — при 60 °C легионеллы гибнут за несколько минут. Стратегия подробно изложена в материале какая температура убивает легионеллу при использовании теплового насоса. Во-вторых, резерв: элемент 3 кВт гарантирует горячую воду во время обслуживания теплового насоса или в экстремальную погоду. В-третьих, перенаправление избытка PV: контроллер излишков PV модулирует мощность элемента, поглощая фотоэлектрическую энергию, которая иначе ушла бы в сеть, и сохраняя ее в виде горячей воды при нулевых предельных затратах.
В солнечных бойлерах ТЭН выполняет также функцию дополнительного нагрева в пасмурные дни и устанавливается выше солнечного змеевика, чтобы не отбирать у коллекторов холодную воду для нагрева.
Сколько стоит эксплуатация ТЭНа?
ТЭН дает ровно 1 кВт·ч тепла на 1 кВт·ч электроэнергии — COP 1,0, — что делает его одним из самых дорогих способов получения горячей воды по стандартным тарифам. Тепловой насос, перемещающий то же тепло, работает при COP около 3, сокращая потребность в электроэнергии примерно на две трети; Международное энергетическое агентство (IEA) называет эту кратность основным эксплуатационным преимуществом нагрева воды тепловым насосом. Зато ТЭН выигрывает за счет выбора времени работы и гибкости: при зарядке по льготному ночному тарифу или от избытка PV его эффективная стоимость кВт·ч может быть в несколько раз ниже дневных тарифов, а как устройство догрева он работает так мало часов, что эффективность почти не имеет значения. Окупается ли перенос накопления во времени, разобрано в материале дешевле ли держать горячую воду включенной весь день.
Часто задаваемые вопросы
Сколько времени ТЭН нагревает бак?
Время равно литры × прирост температуры × 1,16, деленное на мощность элемента в ваттах. Элемент 3 кВт нагревает 100 литров на 50 °C примерно за 1,9 часа, 200 литров — примерно за 3,9 часа, а 300 литров — чуть меньше чем за 6 часов, при условии, что элемент расположен достаточно низко для нагрева всего объема.
Почему при нагреве ТЭНом горячая только верхняя часть моего бойлера?
Потому что элемент нагревает только воду выше своего уровня. ТЭН, установленный на средней высоте или сверху, по замыслу оставляет нижнюю часть бака холодной. Если вам нужен полностью горячий бойлер на электроэнергии, используйте нижний элемент или проверьте, не вышел ли из строя нижний элемент.
Что дешевле: нагревать воду ТЭНом или тепловым насосом?
В расчете на кВт·ч тепла тепловой насос явно выигрывает: при COP около 3 он расходует примерно треть электроэнергии. ТЭН конкурирует только при питании от избытка PV или очень выгодного ночного тарифа, либо при кратковременном использовании для догрева.
Образуется ли накипь на ТЭНах в жесткой воде?
Да. Накипь покрывает оболочку элемента, замедляя теплопередачу, вызывая шум локального кипения и сокращая срок службы элемента. В регионах с жесткой водой выбирайте элементы с низкой удельной поверхностной мощностью или с покрытием и проверяйте их при обслуживании бойлера.
Может ли ТЭН выполнять цикл «антилегионелла»?
Да — это одна из его стандартных функций в системах с тепловыми насосами. Контроллер планирует периодический догрев, обычно раз в неделю, поднимая накопленную воду до 60 °C и выше для обеззараживания бака, а остальное время позволяя тепловому насосу работать при эффективных более низких температурах.