Éléments chauffants pour le chauffage : types, principe de fonctionnement, règles de sélection de l'équipement

Les éléments chauffants électriques ne changent pas de conception depuis des décennies et restent demandés dans les équipements de chauffage. La forme de ces appareils et les matériaux de construction changent, mais le principe de fonctionnement et l'efficacité restent inchangés. Pour une sélection judicieuse, les informations sur les différences et les caractéristiques seront utiles. Êtes-vous d'accord ?

Vous découvrirez ce que sont les éléments chauffants pour le chauffage et comment ils fonctionnent. Nous avons décrit en détail les variétés d'éléments chauffants, présenté des arguments incontestables pour un choix éclairé du type optimal. En suivant nos recommandations, vous achèterez sans erreur l'appareil nécessaire.

Objectif des éléments chauffants pour le chauffage

Les éléments chauffants électriques ont gagné en popularité grâce à leur polyvalence et à leur rendement élevé. Toute l'énergie électrique qu'ils consomment est utilisée directement pour chauffer l'espace environnant.

Les principaux appareils de chauffage utilisant des éléments chauffants sont :

1. Radiateurs électriques à huile portables et fixes.
2. Radiateurs de chauffage à eau.
3. Sèche-serviettes pour salle de bain.
4. Cheminées électriques.
5. Convecteurs électriques.
6. Chaudières électriques.

Cet équipement peut être utilisé comme source de chauffage principale ou supplémentaire. Il est peu coûteux, facile à installer et ne nécessite pas de compétences particulières pour son utilisation.

Vous pouvez connecter l'élément chauffant à un radiateur en fonte du chauffage central après avoir déconnecté la colonne montante générale. Un tel appareil peut être utilisé pour le chauffage principal et d'appoint.

Configuration interne des chauffages électriques

Il est pratique d'examiner la structure sur l'exemple d'un modèle tubulaire. Le radiateur électrique se compose d'un tube en céramique ou en métal rempli d'un conducteur thermique, avec une spirale à l'intérieur. Au point de fixation du tube à la bride se trouvent des bagues isolantes qui empêchent tout contact de la spirale conductrice avec le boîtier de l'élément chauffant.

Dans la plupart des modèles d'éléments chauffants, des composants similaires sont utilisés, mais leur durabilité peut différer selon la qualité d'assemblage.

Le radiateur électrique est principalement fixé par une connexion à bride, qui permet d'isoler l'environnement interne de l'appareil de chauffage de l'espace extérieur. L'inconvénient de cette conception est l'impossibilité de remplacer la spirale en cas de grillage interne.

Principe de fonctionnement des éléments chauffants

L'élément chauffant fonctionne selon le principe suivant. Lors de la connexion au réseau, la spirale interne chauffe et transfère l'énergie au conducteur thermique et à l'enveloppe externe. Ensuite, la chaleur est transmise au liquide, à l'air ou au matériau solide environnants.

Lors du chauffage de l'élément chauffant immergé dans l'huile ou l'eau, des courants de convection se créent autour du tube, qui mélangent le fluide caloporteur et contribuent à son chauffage uniforme.

Les chaudières électriques sont réputées pour leur fiabilité et leur facilité d'entretien. Elles ne comportent pas de nombreuses pièces complexes, ce qui les rend simples à utiliser et à entretenir.

Dans les appareils de chauffage sans liquide, la température de chauffage est généralement limitée pour ne pas endommager les pièces environnantes ni provoquer d'incendie.

Pour accélérer l'échange thermique, un ventilateur est souvent utilisé, assurant la circulation de l'air à la fois à l'intérieur de l'appareil et dans la pièce environnante.

Types d'éléments chauffants pour appareils de chauffage

La simplicité de fabrication des éléments chauffants ne se traduit pas toujours par un confort pour les utilisateurs. De nombreux fabricants produisent des radiateurs électriques avec une forme et une fixation spécifiques. En cas de panne, il est assez difficile de les acheter en magasin. Par conséquent, pour un choix correct, il est nécessaire d'étudier toutes les variantes constructives possibles.

Modèles tubulaires pour le chauffage domestique

La construction tubulaire des radiateurs électriques est la plus courante dans les radiateurs à huile mobiles, les radiateurs électriques portables et muraux. Le transfert de chaleur peut se faire par convection, rayonnement infrarouge ou conduction thermique.

Les éléments chauffants prêts à l'emploi avec régulateur et cordon d'alimentation propre ne doivent être achetés que si vous êtes sûr que la longueur du câble sera suffisante.

La forme et la longueur du tube dans ces appareils peuvent être quelconques et ne sont dictées que par les particularités de conception. Par exemple, l'élément chauffant d'un chauffage micathermique est un serpentin situé derrière une plaque minérale. En chauffant, la plaque émet de la chaleur infrarouge.

Ses caractéristiques les plus courantes sont :

• diamètre – 5-18 mm ;
• longueur – 200-6000 mm ;
• matériau de l'enveloppe – acier, inox, céramique, cuivre ;
• puissance – 0,3-2,5 kW.

Les résistances chauffantes d'une puissance supérieure à 2,5 kW ne sont pas utilisées dans les appareils de chauffage domestique, car le câblage de l'appartement ne supporterait tout simplement pas une charge plus élevée.

Variante à ailettes des radiateurs électriques

Les appareils à ailettes sont une modification de la résistance chauffante tubulaire. Leur particularité est la présence de nombreuses fines plaques d'acier disposées sur toute la longueur de l'appareil. Cette conception augmente considérablement la surface de contact avec l'environnement, assurant ainsi une vitesse de chauffe élevée.

Les résistances chauffantes à ailettes sont plus chères, exigent un volume d'espace de travail important, mais offrent des performances de consommation plus élevées pour les équipements de chauffage.

Les modèles à ailettes sont principalement utilisés dans les radiateurs pour le chauffage à air. Ils assurent une augmentation rapide de la température ambiante, surtout en présence d'un ventilateur intégré.

Éléments chauffants en blocs

La version bloc est constituée de plusieurs réchauffeurs tubulaires assemblés sur une seule fixation.

Lors du choix de résistances chauffantes bloc, une attention particulière doit être portée à leur puissance et à la capacité de la chaudière avec pompe à évacuer la chaleur.

Ce type de construction est utilisé lorsque deux facteurs sont combinés :

1. Le besoin d'une puissance accrue de l'appareil et d'une vitesse élevée de chauffage du milieu de travail.
2. L'impossibilité de transférer rapidement l'énergie thermique de la spirale à l'environnement en raison de la faible surface de l'enveloppe extérieure.

Dans un élément chauffant bloc, la charge sur chaque tube chauffant est réduite et la vitesse de transfert thermique est augmentée. Ces appareils font partie des chaudières de chauffage domestiques et des installations de chauffage électrique industrielles.

La puissance des modèles bloc peut atteindre 5-10 kW, donc lors de leur installation dans un appartement, il est nécessaire de tirer un câble électrique supplémentaire dans la pièce.

Appareils de type cartouche

Les résistances chauffantes de type cartouche ont l'aspect d'un tube avec une extrémité libre, ce qui est dû à la particularité de leur installation. L'enveloppe extérieure est généralement en acier poli pour assurer un contact maximal avec le matériau environnant. Ces tubes s'insèrent hermétiquement dans l'orifice correspondant de l'appareil de chauffage.

Le principal inconvénient des résistances chauffantes de type cartouche est la faible surface de dissipation thermique, ce qui nécessite l'utilisation de méthodes spécifiques d'évacuation de l'énergie thermique.

La fixation des modèles de type cartouche se fait principalement par une connexion à bride. Ils sont généralement utilisés dans l'industrie pour chauffer les parties actives des extrudeuses.

Il existe d'autres types structurels de résistances chauffantes, mais ils sont principalement utilisés dans la production industrielle et ne concernent pas le sujet traité.

Fonctions supplémentaires des radiateurs électriques

Nous avons précédemment examiné les configurations les plus élémentaires d'appareils dépourvus de tout mécanisme de régulation intégré.

Le bloc de thermorégulation peut être doté d'un automatisme mécanique ou électronique. Ce dernier est plus précis, mais exigeant quant aux paramètres du réseau électrique domestique.

Mais les chauffe-eau électriques peuvent être équipés d'une automatisation très simple, offrant des fonctions supplémentaires à l'appareil.

Il s'agit notamment de :

1. Thermorégulation. Les thermoplongeurs avec thermostat intégré pour le chauffage possèdent un capteur de température qui se déclenche lorsque le fluide caloporteur atteint un certain niveau. Le réglage du thermoplongeur s'effectue depuis l'extérieur de la bride.
2. Antigel. Cette fonction est assurée par un thermostat simplifié qui se déclenche uniquement lorsque la température descend à 0-2°C. Elle empêche le gel de l'eau dans les tuyaux de chauffage, en consommant un minimum d'électricité.
3. Chauffage turbo, qui assure un chauffage forcé du fluide caloporteur lors de la mise en service initiale de l'équipement. Il faut noter que le câblage électrique de la pièce doit supporter une augmentation temporaire de la puissance.

Les appareils prenant en charge des fonctions supplémentaires ne sont pas très nombreux, car souvent la régulation du fonctionnement des appareils de chauffage dans son ensemble est effectuée à l'aide d'un bloc d'automatisme séparé.

Comment choisir un élément chauffant pour un équipement de chauffage ?

Lors du choix d'un élément chauffant de rechange pour un chauffe-eau ou un radiateur, il faut prêter attention à sa puissance, sa conception, la longueur du tube et les fonctionnalités supplémentaires. Par conséquent, avant l'achat, il est nécessaire de se renseigner le plus possible sur toutes ses caractéristiques.

Calcul de la puissance de l'appareil

Une puissance élevée du thermoplongeur n'est pas toujours une qualité positive.

Lors du choix, il est important de prendre en compte plusieurs facteurs liés au niveau de consommation d'énergie :

• la puissance limite de dissipation thermique de l'appareil de chauffage dans son ensemble ;
• les capacités du câblage électrique ;
• le volume de la pièce.

Il ne faut pas acheter un appareil dont la puissance dépasse 75 % du niveau maximal de dissipation thermique de l'équipement de chauffage.

Par exemple, vous avez un radiateur avec 10 éléments, chacun dégageant 150 W de chaleur dans l'air, soit 1,5 kW au total. Si vous y installez un thermoplongeur d'une puissance de 2 kW, la surface du radiateur ne pourra pas dissiper rapidement toute l'énergie produite. En conséquence, le thermoplongeur s'éteindra constamment en raison d'une surchauffe.

La cause d'une panne rapide du thermoplongeur peut être un mauvais choix de puissance de l'appareil. En raison d'une surchauffe systématique de la spirale, celle-ci finit par griller.

Dans les appartements avec un câblage usé, la charge constante sur une prise ne doit pas dépasser 1,5 à 2 kW, sinon elle peut prendre feu et entraîner de graves conséquences. Par conséquent, avant d'acheter un élément chauffant, il faut vérifier l'état du câblage et, si nécessaire, démonter l'ancien et installer un nouveau réseau électrique.

Lorsque la question de l'électricité et des capacités de l'équipement est résolue, vous pouvez procéder au calcul de la puissance requise pour maintenir une température confortable dans la pièce.

Dans les maisons et appartements bien isolés, un niveau de 40 W/m³ sera suffisant. Et en présence de fissures dans les fenêtres, la puissance de chauffage doit être augmentée à 60-80 W/m³. Vous ne pouvez acheter un modèle spécifique qu'après avoir pris en compte tous les facteurs énergétiques décrits ci-dessus.

Prise en compte des caractéristiques de conception

La plupart des éléments chauffants ont une enveloppe en acier allié qui assure la solidité et la résistance à la corrosion. Les appareils en cuivre sont principalement utilisés dans les chauffe-eau, bien qu'il n'y ait aucune restriction quant à leur utilisation dans les radiateurs artisanaux.

Dans les radiateurs en fonte et en acier, l'utilisation d'éléments chauffants en métaux non ferreux est déconseillée. Cela peut entraîner une accélération de l'usure des matériaux et des connexions.

De plus, lors du choix, vous devez prendre en compte le sens du filetage du bouchon, qui peut être à droite ou à gauche. Différents modèles de radiateurs électriques diffèrent également par le diamètre des brides. Ils peuvent avoir une taille de 0,5 à 1,25 pouce.

En général, un élément chauffant de bonne marque est fourni avec une brève notice qui décrit ses paramètres de conception. Leur étude vous aidera à acheter un appareil qui conviendra parfaitement à votre équipement de chauffage existant.

Longueur du tube chauffant

La longueur du tube est l'une des principales caractéristiques qui déterminent l'efficacité de l'appareil.

Une grande longueur à puissance égale entraîne une augmentation de la surface de l'élément chauffant et une accélération des échanges thermiques avec le milieu de travail. Cela a un effet positif sur la durabilité de l'élément chauffant et la vitesse de circulation du fluide caloporteur.

Les éléments chauffants à tube long sont parfaitement adaptés à l'installation dans des registres artisanaux, qui permettent de chauffer facilement de grandes pièces et des dépendances.

Il est souhaitable que le tube parcoure toute la longueur de la zone de travail de l'appareil de chauffage, en s'arrêtant à 6-10 cm de la paroi opposée. Cette recommandation permettra de chauffer rapidement et uniformément le fluide caloporteur.

Présence de fonctionnalités supplémentaires

Il n'est pas toujours nécessaire de payer plus pour des fonctionnalités supplémentaires des éléments chauffants. Si l'appareil de chauffage est utilisé comme appareil d'appoint et ne dispose pas de sa propre automatisation intégrée, alors l'achat d'un modèle avec thermostat a du sens.

Cependant, si le radiateur ou le convecteur électrique possède ses propres capteurs de température et mécanismes de contrôle de la température, les fonctions supplémentaires resteront inutilisées.

L'électronique intégrée dans le bouchon de la résistance doit disposer de mécanismes de sécurité pour qu'en cas de panne de la carte de régulation, un incendie ne se produise pas.

Par conséquent, il est recommandé d'acheter des radiateurs électriques coûteux avec automatisation intégrée uniquement en cas de besoin évident pour un tel équipement. Si vous avez besoin d'une sélection individuelle de la température ambiante, il est préférable d'acheter un thermostat de prise, qui peut être utilisé périodiquement.

En ce qui concerne les fabricants de résistances, leur choix n'est pas crucial. Les principaux fournisseurs sont des entreprises de Russie, d'Ukraine, de Turquie et d'Italie. La qualité de leurs produits est à peu près similaire, il n'est donc pas nécessaire de payer plus cher pour la marque.

Conclusions et vidéo utile sur le sujet

Vidéo #1. Aperçu pratique des résistances de différents types :

Vidéo #2. Aperçu d'une résistance avec thermostat :

Vidéo #3. Caractéristiques d'une résistance bloc utilisée dans les chaudières électriques de chauffage :

L'achat d'une résistance pour des appareils de chauffage est une tâche complexe. Pour cela, il faut connaître précisément les caractéristiques de l'équipement dans lequel le chauffage électrique est intégré. Par conséquent, vous ne devez choisir un modèle spécifique qu'après une analyse minutieuse de ses paramètres.

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