Что такое ТЭН и зачем он нужен в водонагревателе
Что объединяет водонагреватель, стиральную машину и чайник? Хоть эти приборы и отличаются друг от друга, но имеют схожий принцип нагревания воды. За это отвечает специальный нагревательный элемент – ТЭН. Если речь идет о бойлерах, устройство представляет из себя полую металлическую трубку, закрепленную на специальной металлической пластине (фланце), внутри которой располагается спираль накаливания. В качестве наполнителя для трубчатого нагревательного элемента используется внутренний теплопроводящий изолятор – например кварцевый песок. Как работает ТЭН? Все достаточно просто, если вспомнить основы физики – прохождении электрического тока через проводник возникает два побочных эффекта. Первый – вокруг проводника образуется магнитное поле (и этот эффект используется практически в любом электродвигателе), а второй – проводник начинает нагреваться (этот эффект и используется в любых нагревательных приборах, а также в электрических лампах накаливания). По сути, он преобразует электрическую энергию в тепловую: ток проходит по токопроводящей спирали вследствие чего она нагревается и через слой электроизолятора (кварцевого песка) нагревается трубчатый корпус. Ну а уже от металлического корпуса ТЭНа нагревается вода в бойлере.
Разберем конструкцию нагревательного элемента подробнее:
1. Внешняя металлическая трубка – герметичный корпус, который изготавливается из меди или нержавеющей стали;
2. Спираль накаливания – состоит из термоэлектрического сплава (фехраль или нихром), который имеет высокое удельное электрическое сопротивление. При подаче тока она весьма сильно нагревается (до 800оС) и нагревает электроизолятор и корпус;
3. Диэлектрический наполнитель – кварцевый песок, заполняющий внутреннюю полость трубки. Он не только проводит тепло от спирали, но и изолирует её от соприкосновения с корпусом трубки;
4. Клеммы подключения питания – через них происходит подача электрического тока к спирали;
5. Прижимная пластина или фланец – основа крепления ТЭНа, изготовленная из металла;
6. Фиксирующая прокладка – резиновое уплотнение, повторяющее форму прижимной пластины. Обеспечивает герметичность соединения и отсутствие протечек.
Совместно с трубчатым нагревательным элементом в конструкцию бойлера также входит анод – это сменный магниевый стержень, который вкручивается в отведенное для него отверстие на прижимной пластине ТЭНа. Его функция заключается в том, чтобы увеличить срок службы нагревательного элемента и самого бойлера. В связи с тем, что вода, используемая для наполнения водонагревателя, содержит в себе соли кальция и магния, а температура ТЭНа велика, на его поверхности образуется накипь. Выкипая, вода оставляет после себя известковые отложения, оседающие как на самом нагревательном элементе, так и на термостате и внутренних стенках бака. Магниевый анод же притягивает к себе эти твердые частицы накипи, чтобы они не налепливались на рабочие компоненты бойлера. Являясь расходным материалом, анод требует периодической замены, частота которой зависит от жесткости воды – обычно один раз в 1-2 года.
Признаки неисправности ТЭНа
При выходе из строя водонагревателя основной причиной поломки зачастую является именно нагревательный элемент, поскольку он выступает основным компонентом, отвечающим за нагрев воды. Владелец бойлера замечает неполадку сразу – устройство либо перестает нагревать воду, работая в штатном режиме, либо и вовсе отказывается включаться (индикаторы не работают).
Неисправность также может затрагивать термостат, по-другому датчик температуры. Если же он вышел из строя, то поломка ТЭНа – это вопрос времени. Без него нагревательный элемент будет продолжать нагреваться до момента, пока он не достигнет критической температуры и не перегреется.
Основными причинами неисправности нагревательного элемента выступают:
1. Большой объем накипи – в процессе своей эксплуатации бойлер нагревает и выпаривает воду, вследствие чего содержащиеся в ней соли кальция и магния постепенно осаждаются на ТЭНе. С течением времени отложения покрывают нагревательный элемент, создавая подобие панциря из накипи. Изолированный таким образом ТЭН все меньше контактирует с водой и начинает нагревать самого себя, достигая критической температуры;
2. Короткое замыкание – в результате замыкания из-за использования удлинителя (непрямое подключение водонагревателя) или пробоя на корпус бойлера (недостаточная изоляция или неправильное заземление) провод питания может перегореть и выйти из строя. При наличии УЗО питание будет автоматически отключаться при обнаружении утечки тока;
3. Спираль перегорела или повредилась – электропроводящая нить может расплавиться из-за скачков напряжения, либо перегореть с течением времени под воздействием накипи;
4. Спираль соприкасается со стенками трубки – при недостаточном заполнении ТЭНа теплопроводящим наполнителем спираль начинает контактировать с металлической трубкой нагревательного элемента. В результате в месте соприкосновения образуются пробои, нарушающие герметичность ТЭНа и его нормальную работу.
При обнаружении отклонений в работе бойлера важно незамедлительно приступить к его диагностике и обслуживанию. Проверить ТЭН водонагревателя на исправность можно достаточно быстро и без необходимости в его демонтировании со стены. Если причиной неполадок оказалась накипь, а само устройство не имеет повреждений, то справиться с проблемой поможет очистка и замачивание ТЭНа в растворе лимонной кислоты. Если же после очистки нагревательный элемент не вызывает доверия, его работоспособность можно проверить с помощью мультиметра. В случае, когда ТЭН имеет заметные повреждения (трещины, пробои, вздутия и деформации), его необходимо заменить на новый.
Влияние жесткой воды на работу ТЭНа
Жесткая вода, характеризующаяся повышенным содержанием минералов, является распространенной проблемой во многих регионах. Она пагубно сказывается на состоянии приборов, работа которых основана на взаимодействии с водой – это могут быть не только водонагреватели, но и стиральные машины, которые для нагрева воды также используют ТЭН.
В процессе своей эксплуатации бойлер нагревает большие объемы воды. Подвергаясь воздействию высоких температур, жидкость выпаривается и оставляет после себя твердые нерастворимые частицы. В их число входят карбонаты, бикарбонаты, а также сульфаты кальция и магния. Основой отложений являются именно соли кальция и магния, образующие накипь. Она отличается тем, что имеет крайне низкую теплопроводность.
Накипь на поверхности ТЭНа снижает эффективность водонагревателя следующим образом:
· Изоляция тепла – отложения действуют как изолятор, затрудняющий передачу тепла от нагревательного элемента к воде. Толстый слой накипи создает дополнительное препятствие для тепла, что замедляет процесс нагрева воды и требует больше времени для достижения необходимой температуры;
· Уменьшение площади соприкосновения – накипь на ТЭНе уменьшает контактную поверхность между нагревательным элементом и водой. В результате это приводит к снижению эффективности передачи тепла, так как меньшая площадь контакта означает, что меньше тепла может быть передано жидкости за определенный период времени.
Современные водонагреватели оснащаются магниевыми анодами. Их цель – притягивать на себя основной объем накипи. Однако, если вода, используемая для заполнения бойлера, изрядно жесткая, то магниевый стержень не сможет решить проблему полноценно. Необходимо организовать фильтрацию с помощью фильтров грубой очистки, а также полифосфатных фильтров.
Проверка и замена ТЭНа
Поскольку неполадки в работе бойлера напрямую связаны с нагревательным элементом, владельцу необходимо незамедлительно проверить ТЭН на водонагревателе – процедура не требует специальных знаний, поэтому может быть проведена своими руками. Для этого нам понадобится инструмент, соответствующий типу крепежа фланца ТЭНа. Зачастую таковым является торцевая головка (часто на 13 или 17 мм), с помощью которой откручиваются гайки на болтах в количестве 5-6 штук в зависимости от модели прибора. Помимо этого, под рукой нужно держать крестовую отвертку для снятия крепежа с защитной крышки – это все основные инструменты, которые нам потребуются для проверки или замены ТЭНа.
Дополнительно позаботьтесь о наличии таза или любой другой емкости, с помощью которой будут собираться остатки воды в баке. Для очистки нагревательного элемента от накипи понадобится лимонная кислота. При наличии мультиметра можно проверить ТЭН водонагревателя на исправность и диагностировать пробой или короткое замыкание.
Пошаговая инструкция по проверке
Для того, чтобы проверить или заменить ТЭН в водонагревателе, потребуется его частично разобрать. При этом, сам бойлер можно даже не снимать с крепления – это имеет смысл сделать в случае, когда внутри бака скопилось большое количество накипи и вам нужно от неё избавиться более удобным способом.
Приведем пошаговую инструкцию по тому, как разобрать водонагреватель, чтобы проверить ТЭН на исправность:
1) Обесточиваем водонагреватель и перекрываем воду – отключаем бойлер от сети, вынув кабель питания из розетки. Перекрываем стояки горячей и холодной воды;
2) Сливаем воду – открываем клапан сброса избыточного давления/предохранительный клапан водонагревателя и направляем дренажную трубку в ванну, унитаз или вместительную емкость. Открываем кран горячей воды у располагающегося неподалеку смесителя, чтобы через него проходил воздух. Дожидаемся, пока вся вода не сольется с бака. В зависимости от объема бойлера этот процесс занимает от получаса до полутора часа;
3) Снимаем крышку – в нижней части водонагревателя располагается защитная крышка, скрывающая за собой термостат и ТЭН. Обычно она держится на двух шурупах. Откручиваем их крестовой отверткой;
4) Вытаскиваем терморегулятор – первое, что мы увидим после открепления крышки, это головку терморегулятора и отходящие от неё провода. Нет нужды отсоединять провода, кроме заземляющего, поскольку он крепится к корпусу бойлера. Откручиваем его крепление отверткой (болт с гайкой или шуруп). Теперь можно вытащить термостат, который держится только на клеммах ТЭНа. Беремся за его основание и расшатывающими движениями тянем на себя. Вытаскиваем терморегулятор вместе с защитной крышкой;
5) Откручиваем крепление – перед нами круглая прижимная пластина ТЭНа, закрепленная на 5-6 болтах с гайками. Перед их откручиванием подставляем под бойлер таз или другую емкость для сбора остатков воды. С помощью торцевой головки ослабляем и снимаем гайки с болтов;
6) Вытаскиваем ТЭН – скопившаяся внутри накипь может усложнить вытаскивание нагревательного элемента, поэтому действием неспеша. После снятия крепежа осторожно поддеваем фланец ТЭНа отверткой, двигаясь по окружности. Беремся за пластину и аккуратно расшатываем её. В процессе этого из отверстия начнут выпадать отложения и выливаться остатки воды. Если ТЭН не вытаскивается, скорее всего на него налипли большие куски накипи или он деформировался. В первом случае продолжаем расшатывать ТЭН и зачищать место крепления от отложений. Во втором случае стараемся согнуть ТЭН обратно и подобрать подходящее положение для его снятия с бойлера.
После того, как мы сняли ТЭН с водонагревателя, пришло время оценить его состояние. Если нагревательный элемент работал больше 1-2 года, скорее всего он полностью покрыт отложениями. Зачищаем поверхностный слой накипи вручную и осматриваем устройство на наличие повреждений. Обычно они видны невооруженным глазом – это могут быть трещины или пробои, свидетельствующие о том, что внутренняя спираль ТЭНа перегорела. Либо сама металлическая трубка может быть деформирована или изогнута. В таких случаях трубчатый нагревательный элемент не подлежит восстановлению и его нужно заменить на новый.
Если с первого взгляда ТЭН не имеет повреждений, его необходимо зачистить от накипи для более детальной проверки. Промываем устройство под проточной водой, убирая отложения тряпочкой или губкой. Подготавливаемой раствор лимонной кислоты для замачивания нагревательного элемента – это наиболее эффективный способ его очистки от накипи. Подбираем подходящую емкость в зависимости от длины ТЭНа. Подойдет стеклянная банка, либо пластмассовая бутылка от воды объемом 1,5 л (нужно отрезать горлышко бутылки и поместить в неё нагревательный элемент). Для раствора лимонной кислоты потребуется 50-100 г вещества на 1-2 литра воды. Чтобы реакция протекала быстрее, используйте горячую или теплую воду. Оставьте ТЭН замачиваться на несколько часов, периодически проверяя степень его очистки.
Очищенный от накипи ТЭН имеет гладкую металлическую поверхность, на которой любые повреждения, при их наличии, будут сразу бросаться в глаза. Если пробоев, деформации и трещин нет, то скорее всего нагревательный элемент работоспособен. При наличии небольших шероховатостей или потертостей, образовавшихся под воздействием накипи, использовать такой ТЭН можно на свой страх и риск. Лучше всего в такой ситуации проверить его с помощью мультиметра.
Как проверить ТЭН мультиметром
Когда в распоряжении есть мультиметр, проверка состояния ТЭНа водонагревателя дает гарантированный ответ на вопрос, можно ли продолжать его использовать или нужно заменить на новый. Перед проверкой нагревательный элемент зачищается от накипи, чтобы щипцы прибора контактировали только с поверхностью металла (чистыми и сухими клеммами).
Какие нам понадобятся данные для расчета сопротивления:
· Напряжение, подаваемое на ТЭН (U) – 220 Вольт;
· Мощность нагревательного элемента (P) – прописана в инструкции, на упаковке или на фланце ТЭНа.
Рассчитываем сопротивление по формуле R= U²/P. На полученное значение мы и будем ориентироваться. Теперь включаем мультиметр и выставляем ползунок на режим измерения сопротивления (200 Ом). Соприкасаемся проводами тестера с клеммами нагревательного элемента.
В итоге мы получаем три возможных исхода:
· Исправный ТЭН – мультиметр показывает значение, близкое к рассчитанному сопротивлению;
· Спираль оборвана – прибор показывает единицу;
· Произошло замыкание – отображается цифра 0.
Если все хорошо, необходимо также проверить наличие пробоя ТЭНа на корпус водонагревателя. Для этого переключаем тестер на звуковой режим. Одним проводом касаемся клеммы нагревательного элемента, а вторым – корпуса бойлера или места заземления. Если прибор начнет издавать звуки, значит пробой имеется.
Пошаговая инструкция по замене ТЭНа
.jpg)
Независимо от того, проверяете ли вы или заменяете ТЭН, разбор водонагревателя в обоих случаях осуществляется аналогичным образом. Поскольку пошаговая инструкция по разбору бойлера уже приведена несколькими абзацами выше, разберем в деталях последующие шаги:
1. Разбираем старый ТЭН – снимаем с него прижимную пластину/фланец и резиновое уплотнение. Зачищаем их от загрязнений и закрепляем на новом нагревательном элементе (при наличии нового уплотнения заменяем его на старое). Выкручиваем или отламываем старый магниевый анод и фиксируем на его месте новый;
2. Устанавливаем новый ТЭН – вставляем нагревательный элемент в отверстие бойлера так, чтобы уплотнение сидело плотно и хорошо герметизировало соединение. Придерживая ТЭН, закручиваем гайки от руки, далее подтягиваем их инструментом;
3. Вставляем терморегулятор – надеваем термостат на клеммы ТЭНа. Прикручиваем провод заземления на отведенное для него место;
4. Надеваем защитную крышку и подключаем водонагреватель к питанию – перед этим рекомендуется открыть воду и заполнить бойлер для того, чтобы проверить соединение на наличие утечек.
Уход за ТЭНом водонагревателя
Особенностью эксплуатации водонагревательных приборов является то, что их основной рабочий узел – трубчатый нагревательный элемент – постоянно контактирует с водой, которая содержит в себе соли жесткости. По этой причине ТЭН необходимо проверять хотя бы раз 1-2 года, а если вода отличается повышенной жесткостью, то раз в полгода. Во время проверки владелец бойлера должен очищать бак и сам нагревательный элемент от накипи, а также менять магниевый анод, притягивающий к себе отложения. В процессе обслуживания рекомендуется замачивать ТЭН в растворе лимонной кислоты, чтобы его поверхность была гладкой и обеспечивала эффективный нагрев воды. Если в вашем регионе жесткая вода, имеет смысл установить фильтры грубой очистки, а также полифосфатные фильтры, предотвращающие попадание солей жесткости внутрь бытовых приборов.
Заключение
Для того, чтобы предотвратить поломку водонагревателя, необходимо регулярно проверять ТЭН на исправность. Сделать это можно самостоятельно и без помощи специалистов – можно даже не снимать бойлер с крепления. Помните, что нагревательные элементы, как и магниевые аноды, являются расходными материалами. При этом, их срок службы можно существенно продлить и сэкономить деньги, если обслуживать прибор хотя бы раз в 1-2 года, вытаскивая ТЭН и зачищая его от накипи.
