Обогревающие устройства с использованием полимерных электропроводников
Это новое направление развития проводников в перспективе представляет определенную ценность, хотя и связано с непростыми физико-химическими и термическими процессами в технологиях получения промежуточного и завершающего продукта. Рассмотрим более ранние и известные разработки, связанные с производством по упрощенным технологиям различного рода обогревающих устройств с использованием электропроводников типа Вискум, Урал и их разновидностей. По программе научных исследований сотрудниками НИЛ ИнТС БГПА в 1985-1995 гг. в этом направлении была проведена заслуживающая внимания работа. Параллельно, с некоторым отставанием или опережением проводились работы аналогичного направления в Киеве, Санкт-Петербурге, Ульяновске, Москве. Было предложено немало интересных обогревающих устройств различного назначения. Однако широкого применения многие из них не получили по следующим причинам.
Первая - недостаточно подробное изучение и точное определение технологических параметров электропроводников, их характеристик, взаимосвязей, а также отсутствие научно обоснованной методики расчета и конструирования нагревательных элементов.
Вторая - отсутствие необходимого ассортимента электро-термоизоляционных материалов, особенно для высокотемпературных режимов работы (более 100° С). Из-за этого применялись материалы с низкими эксплуатационными характеристиками, выпускаемые нашей промышленностью.
В-третьих, по вышеуказанным причинам не обеспечивалось надлежащее качество продукции, неспособной, таким образом, конкурировать с мировыми аналогами. Отсюда развитие и освоение замедлялось или останавливалось.
Предлагаем вниманию читателей некоторые из нагревательных устройств, получивших одобрение у заказчиков.
Плоский универсальный нагревательный элемент представляет собой пластину толщиной 2 мм с заданными длиной и шириной, состоящую из ленточного электропроводника типа Урал" или "Вискум и двух поверхностных изоляционных слоев на клеющей основе, спрессованных в пакет. Может изготавливаться любых размеров и работать от тока напряжением от 12 до 380 В при мощности до 500 Вт. Обеспечивая температуру нагрева на поверхности до 90° С, такие элементы могут применяться для изготовления греющих опалубок, стационарных и переносных электронагревателей, для обогрева помещений, кабин машин и механизмов. Закрытость проводника изоляционными слоями от атмосферной среды способствует повышению эффективности и продолжительности их эксплуатации.
С целью упрощения технологии изготовления нагревательных элементов вместо склеивания при сборке пакета могут применяться заклепочные и другие подобные соединения, что вполне допустимо при использовании нагревателей в невлажной среде. Примеры продолжительности работы подобных нагревательных устройств показывают, что в течение 10-15 лет они могут надежно использоваться.
Трубчатый нагревательный элемент представляет собой устройство из полиэтиленовых и других изолирующих труб с вложенными в них греющими электропроводниками в виде ленты, витого жгута или шнура. Длина электропроводника определяется расчетом в зависимости от его электросопротивления, требуемой температуры нагрева, используемого тока и условий среды эксплуатации. Такие элементы могут применяться для подогрева грунта грядок, парников, теплиц. Они обеспечивают поддержание температуры грунта на уровне, необходимом для растений (от +14 до +26° С), что ускоряет созревание культур в 1,5-2,0 раза и способствует получению двух урожаев за лето в условиях климата Беларуси. Возможно круглогодичное воспроизводство. Расход электроэнергии минимальный.
Подобные трубчатые греющие элементы могут быть разъемными, то есть с раздельным устройством обогрева, которое вставляется в трубу в качестве замены после отработки или выхода из строя. Такие устройства целесообразно применять в капитальных сооружениях особой важности. Например, для обогрева ступеней и переходов на станциях метрополитена, дорожных и тротуарных покрытий, культовых зданий (через пол, стены и перегородки), взлетно-посадочных полос аэродромов, футбольных и других спортивных площадок.
Технико-экономические сравнения показывают, что, например, за пять лет можно снизить энергозатраты и себестоимость до 20% по сравнению с другими применяемыми системами обогрева.
Гибкий греющий элемент используется при изготовлении греющих ковров, дорожек, покрывал и других изделий, предназначенных для комфортного обогрева, установления требуемого микроклимата в детских помещениях, специальных кабинетах и офисах. На основе этого элемента могут изготавливаться мягкие рулонные покрытия для сушки поверхностей, обогрева оснований, стяжек и мокрых полов при производстве отделочных и кровельных работ в холодное время года, оттаивания грунта, удаления снега и льда.
Элемент состоит из тканого или ленточного электропроводинка типа "Урал" или "Вискум", защищенного с двух сторон электротермоизоляционной пленкой, не допускающей электропробоя и укрытой с внешних сторон облицовочным рулонным материалом. Например, ковровой тканью для размещения в жилищно-бытовых условиях либо влагостойким защитным покрытием - в сырых и влажных помещениях.
Выполненные по специальной технологии, названные устройства могут работать от напряжения 36-220 В и обеспечивать нагрев до 50° С. Мощность и размеры устанавливаются по желанию заказчика.
Опыт эксплуатации подобных греющих элементов показывает их надежную работу при обогреве бытовых помещений, торговых киосков и других объектов. По сравнению с металлическими аналогами они существенно долговечней и обеспечивают экономию электроэнергии до 15%.
Мини-электронагревательные элементы создаются и используются там, где отсутствуют источники напряжения повышенной мощности. Например, для обогрева кабин и стекол автомобилей, строительных и других машин и механизмов, где используется постоянный ток напряжением 12 или 24 В. Для таких условий они могут быть жесткими, состоящими из двух внешних изоляционных пластин и внутреннего электропроводника типа "Урал" или "Вискум" с подключением к электросистеме двигателя или аккумулятора. В других случаях они могут быть гибкими, например, при обогреве кабин, сидений (в виде коврика, шторок на окна). По-видимому, уникальными являются изготовленные в НИЛ "ИнТС" опытные образцы греющих стелек, закладываемые в обувь. Помимо электропроводных материалов особых составов, они содержат также профилактические (медицинского назначения), способствующие снижению потливости и числа случаев грибковых заболеваний ног. С нижней стороны они укрываются влаго- и электроизоляционным слоем, а сверху мягким защитным слоем из ткани. Электропроводный слой соединяется выводами с мини-аккумулятором емкостью 0,2-0,8 А/ч, подающим ток напряжением 6-9 В. В результате поверхность стельки нагревается до температуры от +20 до +25° С.
Периодическое включение описанной системы обогрева обеспечивает предохранение ног от замерзания. Практически (в зависимости от емкости аккумулятора) одной зарядки достаточно для работы в течение 3-6 часов. Бережное отношение гарантирует ее работу в течение 2-3 лет.
Греющая стелька может оказать хорошую услугу туристам, спортсменам, рыболовам, всем, чья деятельность связана с длительным пребыванием на холоде, в том числе и строительным рабочим и ИТР.
В данном сообщении мы рассказали лишь о некоторых греющих устройствах. Фактически НИЛ ИнТС разработано, изготовлено и практически опробовано более 30 их разновидностей. Учитывая, что теперь имеются научно обоснованные методики расчета и конструирования, перечень новых греющих устройств может быть значительно расширен.
Виктор ЛЫСОВ, профессор БГПА
Первая - недостаточно подробное изучение и точное определение технологических параметров электропроводников, их характеристик, взаимосвязей, а также отсутствие научно обоснованной методики расчета и конструирования нагревательных элементов.
Вторая - отсутствие необходимого ассортимента электро-термоизоляционных материалов, особенно для высокотемпературных режимов работы (более 100° С). Из-за этого применялись материалы с низкими эксплуатационными характеристиками, выпускаемые нашей промышленностью.
В-третьих, по вышеуказанным причинам не обеспечивалось надлежащее качество продукции, неспособной, таким образом, конкурировать с мировыми аналогами. Отсюда развитие и освоение замедлялось или останавливалось.
Предлагаем вниманию читателей некоторые из нагревательных устройств, получивших одобрение у заказчиков.
Плоский универсальный нагревательный элемент представляет собой пластину толщиной 2 мм с заданными длиной и шириной, состоящую из ленточного электропроводника типа Урал" или "Вискум и двух поверхностных изоляционных слоев на клеющей основе, спрессованных в пакет. Может изготавливаться любых размеров и работать от тока напряжением от 12 до 380 В при мощности до 500 Вт. Обеспечивая температуру нагрева на поверхности до 90° С, такие элементы могут применяться для изготовления греющих опалубок, стационарных и переносных электронагревателей, для обогрева помещений, кабин машин и механизмов. Закрытость проводника изоляционными слоями от атмосферной среды способствует повышению эффективности и продолжительности их эксплуатации.
С целью упрощения технологии изготовления нагревательных элементов вместо склеивания при сборке пакета могут применяться заклепочные и другие подобные соединения, что вполне допустимо при использовании нагревателей в невлажной среде. Примеры продолжительности работы подобных нагревательных устройств показывают, что в течение 10-15 лет они могут надежно использоваться.
Трубчатый нагревательный элемент представляет собой устройство из полиэтиленовых и других изолирующих труб с вложенными в них греющими электропроводниками в виде ленты, витого жгута или шнура. Длина электропроводника определяется расчетом в зависимости от его электросопротивления, требуемой температуры нагрева, используемого тока и условий среды эксплуатации. Такие элементы могут применяться для подогрева грунта грядок, парников, теплиц. Они обеспечивают поддержание температуры грунта на уровне, необходимом для растений (от +14 до +26° С), что ускоряет созревание культур в 1,5-2,0 раза и способствует получению двух урожаев за лето в условиях климата Беларуси. Возможно круглогодичное воспроизводство. Расход электроэнергии минимальный.
Подобные трубчатые греющие элементы могут быть разъемными, то есть с раздельным устройством обогрева, которое вставляется в трубу в качестве замены после отработки или выхода из строя. Такие устройства целесообразно применять в капитальных сооружениях особой важности. Например, для обогрева ступеней и переходов на станциях метрополитена, дорожных и тротуарных покрытий, культовых зданий (через пол, стены и перегородки), взлетно-посадочных полос аэродромов, футбольных и других спортивных площадок.
Технико-экономические сравнения показывают, что, например, за пять лет можно снизить энергозатраты и себестоимость до 20% по сравнению с другими применяемыми системами обогрева.
Гибкий греющий элемент используется при изготовлении греющих ковров, дорожек, покрывал и других изделий, предназначенных для комфортного обогрева, установления требуемого микроклимата в детских помещениях, специальных кабинетах и офисах. На основе этого элемента могут изготавливаться мягкие рулонные покрытия для сушки поверхностей, обогрева оснований, стяжек и мокрых полов при производстве отделочных и кровельных работ в холодное время года, оттаивания грунта, удаления снега и льда.
Элемент состоит из тканого или ленточного электропроводинка типа "Урал" или "Вискум", защищенного с двух сторон электротермоизоляционной пленкой, не допускающей электропробоя и укрытой с внешних сторон облицовочным рулонным материалом. Например, ковровой тканью для размещения в жилищно-бытовых условиях либо влагостойким защитным покрытием - в сырых и влажных помещениях.
Выполненные по специальной технологии, названные устройства могут работать от напряжения 36-220 В и обеспечивать нагрев до 50° С. Мощность и размеры устанавливаются по желанию заказчика.
Опыт эксплуатации подобных греющих элементов показывает их надежную работу при обогреве бытовых помещений, торговых киосков и других объектов. По сравнению с металлическими аналогами они существенно долговечней и обеспечивают экономию электроэнергии до 15%.
Мини-электронагревательные элементы создаются и используются там, где отсутствуют источники напряжения повышенной мощности. Например, для обогрева кабин и стекол автомобилей, строительных и других машин и механизмов, где используется постоянный ток напряжением 12 или 24 В. Для таких условий они могут быть жесткими, состоящими из двух внешних изоляционных пластин и внутреннего электропроводника типа "Урал" или "Вискум" с подключением к электросистеме двигателя или аккумулятора. В других случаях они могут быть гибкими, например, при обогреве кабин, сидений (в виде коврика, шторок на окна). По-видимому, уникальными являются изготовленные в НИЛ "ИнТС" опытные образцы греющих стелек, закладываемые в обувь. Помимо электропроводных материалов особых составов, они содержат также профилактические (медицинского назначения), способствующие снижению потливости и числа случаев грибковых заболеваний ног. С нижней стороны они укрываются влаго- и электроизоляционным слоем, а сверху мягким защитным слоем из ткани. Электропроводный слой соединяется выводами с мини-аккумулятором емкостью 0,2-0,8 А/ч, подающим ток напряжением 6-9 В. В результате поверхность стельки нагревается до температуры от +20 до +25° С.
Периодическое включение описанной системы обогрева обеспечивает предохранение ног от замерзания. Практически (в зависимости от емкости аккумулятора) одной зарядки достаточно для работы в течение 3-6 часов. Бережное отношение гарантирует ее работу в течение 2-3 лет.
Греющая стелька может оказать хорошую услугу туристам, спортсменам, рыболовам, всем, чья деятельность связана с длительным пребыванием на холоде, в том числе и строительным рабочим и ИТР.
В данном сообщении мы рассказали лишь о некоторых греющих устройствах. Фактически НИЛ ИнТС разработано, изготовлено и практически опробовано более 30 их разновидностей. Учитывая, что теперь имеются научно обоснованные методики расчета и конструирования, перечень новых греющих устройств может быть значительно расширен.
Виктор ЛЫСОВ, профессор БГПА
Строительство и недвижимость. Статья была опубликована в номере 09 за 1997 год в рубрике отопление
