Как подогреть бетон электричеством


Прогрев бетона в зимнее время: методы и схемы электропрогрева

Строительство бетонных монолитов при минусовых температурах осложняется неравномерным застыванием смеси. Вода быстро превращается в лед, процесс гидратации останавливается, в результате прочность готовой постройки нарушается. Прогрев бетона помогает избежать этих проблем.

Добиться необходимой температуры бетонной смеси можно пятью способами:

  1. электродным;
  2. проводом ПНСВ;
  3. электропрогревом опалубки;
  4. индукционным обогревом;
  5. инфракрасным теплом.

Рассказываем, в каких случаях используется каждый из них.

Электродный прогрев

Принцип действия основывается на способности бетонного раствора проводить ток. Электроды располагают внутри и на поверхности смеси. После подключения к трансформатору образуется электрическое поле и происходит нагрев. Добиться оптимальной температуры можно изменением выходных параметров трансформатора.

Плюсы:

  • Простота монтажа и высокий КПД;
  • Позволяет прогреть конструкцию любой толщины и формы.
  • Минусы:

  • требует проведения расчетов и долгой подготовки;
  • высокие энергозатраты (не менее 1000 кВт на 3–5 м3 смеси).
  • Что нужно знать об электродном прогреве

    1. По мере схватывания бетона, его электрическое сопротивление меняется нелинейно. Чтобы избежать потери тепла и влаги, после завершения установки электродов необходимо укрыть поверхность утеплителем. Им может стать фанера с прокладкой из пенопласта, шлаковата, картон, опилки, доски и т. д. Осуществлять работы без утепляющего материала нельзя.

    2. Прогрев с помощью сварочных аппаратов не рекомендуется по ряду причин:


    • при вживлении электродов в бетон ток проходит непосредственно через раствор – отсюда вытекает опасность поражения людей и животных;
    • допустимое напряжение – 36 В, в противном случае опасность удара током становится критичной;
    • сварочный трансформатор не предназначен для таких нагрузок и быстрее изнашивается.

    3. Постоянный ток при прогреве бетона электродами использовать недопустимо: он способствует электролизу. Вода разлагается и не кристаллизируется. Застывание смеси становится невозможным.

    4. Подходят электроды четырёх видов:

    Вид электродовОписаниеСхема подключения
    ПластинчатыеЭто металлические пластины, которые помещаются с разных сторон конструкции между бетоном и опалубкой.
    ПолосовыеПолосы металла 20–50 мм шириной. Подходят для прогрева горизонтальных элементов – например, плит или бетона, который соприкасается с грунтом. Подключаются по очереди к разным фазам с одной стороны конструкции, либо с разных сторон аналогично пластинчатым электродам. >
    Струнные Размеры: 2–3 м в длину и 15 мм в ширину. Часто используются при прогреве колонн. Устанавливаются в центре конструкции. Электрическое поле образуется между опалубкой с токопроводящим листом и струной.
    СтержневыеПодходят для конструкций сложной формы. Вставляются прутья арматуры диаметром до 15 мм, после чего их подключают к различным фазам трансформатора. Обеспечивают сквозной прогрев.

    5. Трансформатор для прогрева бетона в зимнее время должен отличаться высокой мощностью, иметь защищенный корпус, быть удобным для транспортировки и выдерживать длительную работу при минусовых температурах.

    Пример техники: Установка ПЛАЗЕР СПБ-70П


    Отправить заявку

    Прогрев бетона проводом ПНСВ

    Один из самых эффективных и безопасных способов. При прохождении тока через провод ПНСВ выделяется тепло, нагревая смесь. Расход – в среднем 60 м на 1 м3 бетона. Этот провод часто используется как напольный обогреватель в частном секторе.

    Плюсы:

  • несложно предсказать «поведение» и отрегулировать температуру, бетон нагревается постепенно, набор прочности происходит плавно;
  • существенно ускоряет процесс застывания;
  • подходит для повторного использования;
  • устойчив к возгоранию за счёт покрытия изоляцией;
  • отличается прочностью и не перегибается;
  • эффективен при экстремальных температурах;
  • устойчив к воздействию кислотной и щелочной среды.
  • Минусы:

  • требует точных расчетов и подготовительных работ.
  • Что нужно знать о проводе ПНСВ

    1. Укладка кабеля в холодное года должна выполняться таким образом, чтобы он не касался опалубки, земли, а также не выходил за пределы бетона. После того, как опалубка будет залита бетонной смесью, дождитесь, пока она начнет застывать, затем подключите трансформаторную подстанцию и регулируйте температуру.

    2. Секции монтируются на одинаковом расстоянии нагревательных проводов относительно друг друга (примерно 15 см). Смесь прогреется равномерно.

    3. Закрепить провод на арматурном каркасе, вдоль которого он протянут, следует так, чтобы риски повредить его при подаче бетона в траншею отсутствовали.

    4. Температура смеси измеряется в процессе изотермического прогрева каждые два часа. Этот пункт входит в содержание технологической карты на электрообогрев нагревательными проводами монолитных конструкций.

    5. 70 В – напряжение, которым следует ограничиться при проведении работ. Поэтому при эксплуатации может потребоваться понижающий трансформатор (ПТ).

    Пример техники: Подстанция для прогрева бетона КТПТО-80
    Отправить заявку

    Электропрогрев опалубки (контактный метод)

    Этот способ предполагает изготовление опалубки, в которую заранее будут закладываться нагревательные элементы. Они отдают бетону свое тепло при нагреве и ускоряют твердение

    Прогрев бетона электродами: технология и схема установки


    Бетонирование – один из основных строительных процессов. Замерзание незатвердевшей бетонной смеси ведёт к значительной потере прочности готового строения, так как кристаллы льда вызывают расширение и разрушение структуры. Прогрев бетона электродами даёт возможность проводить строительные работы в зимнее время без ухудшения качества готовой конструкции.

    Электродный метод не требует применения сложного оборудования. Принцип работы основан на свойствах электрического тока – при прохождении через влажную среду выделяется тепло, которое и способствует прогреванию бетонной смеси и её равномерному застыванию.

    Режимы прогрева бетона электродами

    Режим выбирают исходя из массивности и геометрии конструкции, марки бетонной смеси, погодных условий, эксплуатации возводимой конструкции. Электродный прогрев бетона проводят по одной из следующих схем:

    • две стадии: прогрев бетонной смеси и последующая изотермическая выдержка;
    • две стадии: нагрев и остывание с полной теплоизоляцией или сооружением греющей опалубки;
    • три стадии: прогрев, изотермическая выдержка, остывание.

    Схема прогрева бетона

    При прогреве бетона электродами критично важно соблюдать температурные параметры. Процесс начинают с +5 градусов, затем увеличивают температуру со скоростью 8–15 градусов в час. Максимальные допуски зависят от марки бетона и составляют +55… +75 градусов. Для контроля проводятся периодические замеры температуры.

    Температурный лист прогрева бетона

    Время изотермической выдержки определяется на основании лабораторных исследований кубиковой прочности при сжатии. Зависит от типа цемента, температурного режима нагрева и требуемой прочности готового бетона.

    Допустимая скорость остывания 5–10 градусов/час. Точный параметр зависит от объёма конструкции. Повторная теплоизоляция после распалубки требуется, если разница температур окружающего воздуха и бетонных поверхностей более 20 градусов.

    Разновидности электролитов для прогрева бетона

    В зависимости от вида и геометрии конструкции используются различные электроды для прогрева бетона. Для каждого из них разрабатывается своя схема подключения:

    • Струнные.
    • Стержневые.
    • Пластинчатые.
    • Полосовые.

    Схема подключения электродов

    Струнные. Изготавливают из арматуры длиной 2–3 м диаметром 10–15 мм. Используют для колонн и других подобных вертикальных конструкций. Подключают к разным фазам. В качестве одного из электродов может использоваться армирующий элемент.

    Стержневые. Представляют собой куски арматуры толщиной 6–12 мм. Располагаются в растворе рядами с расчётным шагом. Первый и последний электрод в ряду подключают к одной фазе, другие – ко 2-ей и 3-ей. Используются для участка любой сложной геометрии.

    Стержневые электроды для бетона

    Пластинчатые. Подвешиваются на противоположные края опалубки без заглубления в раствор и подключают к разным фазам. Электроды создают электрическое поле, которое и прогревает бетон.

    Расстановка пластинчастых электродов

    Полосовые. Выполняются в виде металлических полосок шириной 20–50 мм. Их располагают на поверхности раствора с одной стороны конструкции и подключают к разным фазам. Используют для плит перекрытий и других элементов в горизонтальной плоскости.

    Способы установки электродов в конструкцию

    Электродный прогрев бетона используется при возведении стен, колонн, диафрагм и других вертикальных элементов. Этот способ не подходит для изготовления плит.

    В залитый раствор вставляют электроды с рассчитанным шагом (60–100 см), в зависимости от геометрии конструкции и погодных условий. Локальные перегревы отрицательно влияют на качество бетона, поэтому размещение электродов должно быть равномерным. Проект расстановки составляется с учётом основных норм:

    Схема установки электродов в железобетонную конструкцию

    • минимальное расстояние между электродами 200–400 мм;
    • расстояние от электродов до стержней каркаса 50–150 мм;
    • расстояние от электрода до технологического шва конструкции – не менее 100 мм;
    • расстояние от крайнего ряда до опалубки – не менее 30 мм.

    Если выдержать эти требования невозможно из-за размера или конструктивных особенностей прогреваемых поверхностей, электроды на опасных участках необходимо изолировать эбонитовой трубкой.

    После заливки бетона нужно укрыть прогреваемый участок рубероидом, плёнкой или другим теплоизоляционным материалом – без дополнительного утепления проведение обогрева не имеет смысла.

    Через понижающий трансформатор, подключенный согласно схеме, на электроды подаётся однофазный или трёхфазный переменный ток. Использовать постоянный ток нельзя, так как он запускает процесс электролиза. В электроцепь обязательно включают приборы контроля – по мере застывания требуется проводить корректировки параметров подаваемого тока.

    Схема обогрева бетона с помощью кабеля

    Правила безопасности при электродном прогреве

    Использование технологии прогрева бетона электродами на стройплощадке требует повышенного внимания к соблюдению правил безопасности:

    Схема подключения электродов

    • Прогрев заливки с армирующей конструкцией проводится при пониженном напряжении (60–127 В).
    • Использование напряжения до 220 В возможно для прогрева локального участка, который не содержит никаких токопроводимых элементов (металлического каркаса, армирования) и не связан с соседними конструкциями.
    • Прогрев напряжением до 380 В допустим в исключительных случаях для безарматурных участков.
    • Электроды должны быть установлены в строго определенных проектом местах. Категорически нельзя допускать их соприкосновения с армирующими элементами – это приведёт к короткому замыканию и выходу из строя оборудования.

    Электродный прогрев бетонной смеси необходимо выполнять в строгом соответствии с технологией. Нарушение временного или температурного режима, схемы расстановки электродов может привести к местным перегревам и недостаточному набору прочности, что впоследствии приведёт к появлению трещин в конструкции и возможному разрушению. При правильно выполненной работе раствор твердеет с равномерной усадкой, что обеспечивает однородную структуру полученного материала и прочность изделия при эксплуатации.

    Видео по теме: Электропрогрев бетона


    схема подключения и укладки, технология

    При строительстве монолитных бетонных конструкций в зимнее время применяется несколько технологий для создания необходимых температурных условий. Это может быть установка специальных тепляков, применение тепломатов или специального провода для прогрева бетона. Первый способ наиболее энергоемкий, поэтому экономически невыгоден, второй вариант подразумевает установку тепловых станций, прогревающих только верхние слои, что также вносит ряд ограничений на применение. Последний вариант наиболее востребован, о нем и пойдет речь в данной публикации.

    Зачем нужен прогрев бетона?

    В холодное время года, когда температура окружающего воздуха опускается ниже точки замерзания воды, возникают проблемы с гидратацией бетонного раствора. Проще говоря, смесь частично замерзает, а не полностью затвердевает. После повешения температуры окружающей среды начинается процесс оттаивания, монолитность смеси может быть нарушена, что отрицательно отразится на монолитности конструкции, ее сопротивлению проникновения воды, что приведет к снижению долговечности.

    Последствия заливки раствора на морозе, в этом случае не поможет даже гидрошпонка Аквабарьер или другая гидроизоляция

    Чтобы избежать перечисленных последствий, обязательно необходимо зимой делать электропрогрев бетонной смеси. При этом изотермическом процесс не возникает нарушений в ее структуре, что положительно отражается на прочности возводимой конструкции.

    Виды нагревательных проводов и кабелей

    Чаще всего для электроподогрева бетона применяются провода ПНСВ. Это объясняется его относительно невысокой стоимостью и простым монтажом. Ниже представлен внешний вид термопровода, его конструктивные особенности и расшифровка маркировки.

    Внешний вид провода ПНСВ (А), расшифровка маркировки (В) и конструкция (С)

    В качестве альтернативы может применяться аналог – ПНСП, основное отличие которого заключается в изоляции, она выполнена из полипропилена, что позволяет незначительно повысить максимальную мощность тепловыделения.

    Таблица основных параметров проводов ПНСВ и ПНСП

    Обратим внимание, что провода данного типа могут использоваться в качестве напольных обогревателей, которые работают по принципу теплого пола.

    Основная трудность, связанная с применением термопроводово данного типа, заключается в необходимости произвести расчет их длины. Небольшие просчеты можно исправить регулируя уровень напряжения, поступающего с прогревочного трансформатора.

    Подробно о том, как производится монтаж ПНСВ, а также описание связанных с этим процедур (расчет длины проводов, схема укладки, составление технологической карты и т.д.) будет приведено в другом разделе.

    Разновидности и особенности кабелей КДБС и ВЕТ

    Основной недостаток описанных выше термопроводов – необходимость дополнительного оборудования, позволяющего регулировать мощность тепловыделения путем изменения напряжения. Значительно упростить задачу можно применяя двужильные секционные саморегулирующие термокабели, а именно финский ВЕТ или отечественный КДБС. Они не требуют для подогрева дополнительного оборудования и подключаются напрямую к сети 220 вольт. Устройство прогревочного кабеля представлено ниже.

    Основные элементы конструкции кабеля обогревочного

    Обозначение:

    • А – Выходы нагревательных жил.
    • В – Установочный кабель, служащий для подключения КДБС к сети 220в, для этой цели можно использовать любой соединительный провод, например АПВ.
    • С – Муфта, для подключения нагревательной секции.
    • D – Концевая изоляторная муфта.
    • Е – Нагревательная секция фиксированной длины.

    Конструктивно кабель ВЕТ практически не отличается от рассмотренного выше отечественного аналога, что касается основных технических характеристик, то они приведены в сравнительной таблице ниже.

    Таблица сравнительных характеристик кабелей ВЕТ и КДБС

    Что касается маркировки, то отечественные изделия данного типа кодируются в следующем виде: ХХКДБС YY, где ХХ – характеристика линейной мощности, а YY – длина секции. В качестве примера можно привести маркировку 40КДБС 10, которая указывает мощность 40 Вт на метр, а сама секция десятиметровой длины.

    Технология прогрева с использованием ПНСВ

    Принцип действия довольно простой: при подаче напряжения происходит нагрев провода, который в свою очередь нагревает бетонную смесь. Поскольку для нагрева рекомендуется ограничится напряжением 70 В, потребуется понижающий трансформатор (далее ПТ) соответствующей мощности.

    Трансформаторная подстанция КТПТО 80 для работы с термопроводом

    Перед тем, как осуществлять монтаж, необходимо рассчитать длину прогревочного провода. При этом необходимо принимать во внимание его тип и характеристики, напряжение трансформаторной подстанции, объема бетонной смеси, температуры окружающей среды, а также характер конструкции (предполагается заливка колоны, балки) и т.д. Чтобы не запутаться в расчетах, можно воспользоваться онлайн калькулятором для расчета нагревательного проводника ПНСВ или другого кабеля (ПНБС, ПТПЖ и т.д.).

    Для нагрева бетонной смеси, объемом один кубометр необходимо около 1200-1300 Вт. Если мы будем использовать провод данной марки сечением 1,20 мм, то потребуется прогревочник 30-45 м (для точного расчета длины необходимо знать температурные условия).

    Помимо этого необходимо учитывать силу тока, для нормальной работы погруженного в раствор кабеля допустимо 14,0 – 18,0 Ампер (в зависимости от схемы подключения).

    Электрическая схема подключения ПНСВ А) звездой В) треугольником

    Монтаж ПНСВ

    Приведем краткое руководство стандартной методики:

    1. Выбираем диаметр провода согласно техкарте, как правило это 1,20-4,0 мм. Если планируется обогрев армированных конструкций, то рекомендуется остановиться на ПВХ изоляции, поскольку она более прочная. Для неармированных конструкций допускается применять провод с полипропиленовым покрытием.
    2. Нарезка производится сегментами равной длины, после чего их сворачивают спиралью (Ø 30,0-45,0 мм).
    3. Укладка спиральных ниток производится в арматурный каркас или их располагают в фанерном или деревянном каркасе (опалубке).
    4. Характеристики ПНСВ не предполагают его работу в качестве обогревателя за пределами бетонной смеси. При таких условиях он сразу выходит из строя. Для исправления ситуации используется любой монтажный провод большего сечения, который подключают к выводам сегмента. Пример как подключить ПНСВ с помощью холодных концов
    5. После того, как опалубку зальют бетонной смесью, дожидаются, пока она начнет схватываться, после чего производится включение трансформаторной подстанции. С ее помощью осуществляют установку необходимой температуры путем увеличения или уменьшения напряжения.

    Обратим внимание, принцип и схема укладки ПНСП, ПНБС, ПТПЖ практически не отличается от ПНСВ.

    Использование сварочного аппарата в качестве ПТ.

    Такой способ подогрева вполне возможен, приведем пример как это можно реализовать такой метод. Допустим, нам необходимо залить плиту объемом 3,7 кубических метра, при температуре на улице – 10°С. Для этой цели потребуется сварочная установка на 200,0-250ампер, клещи для измерения тока, провод ПНСВ, холодные концы и тканевая изоляционная лента.

    Нарезаем восемь сегментов по 18,0 метров, каждый такой может выдержать ток до 25,0 А. Мы оставим небольшой запас и возьмем для подключения к сварочному аппарату на 250,0 А восемь таких сегментов.

    К каждому выходу отрезка подсоединяем на скрутке монтажный провод (подключаем холодные концы). Производим укладку ПНСВ, ее схема будет приведена ниже. Соединение холодных концов (плюс и минус отдельно) желательно делать при помощи клеммника, размещенном на текстолите или любом другом изоляционном материале.

    Подключение ПНСВ к сварочному аппарату

    Завершив заливку, подключаем прямой и обратный выход аппарата (полярность не имеет значения), предварительно выставив ток на минимум. Проводим измерение тока нагрузки на отрезках, он должен быть порядка 20,0 А. В процессе нагрева сила тока может немного «проседать», когда это происходит, увеличиваем ее на сварке.

    Плюсы и минусы ПНСВ

    Прогревать таким способом бетон довольно выгодно. Это объясняется как низкой стоимостью провода и относительно небольшим расходом электричества. Отдельно необходимо отметить устойчивость проволоки к щелочному и кислотному воздействию, что позволяет использовать данный способ при добавлении в смесь различных присадок.

    Основные недостатки:

    • сложность расчетов при расчете длины провода;
    • необходимость использования ПТ.

    Понижающие станции стоят довольно дорого, а учитывая длительность процесса брать их в аренду не выгодно (такие услуги обходятся в 10% от себестоимости изделия). Использование сварочных аппаратов делает возможным обогрев небольших конструкций, но поскольку она не рассчитана на такой режим работы, выход ее из строя и последующий дорогостоящий ремонт довольно вероятны.

    Монтаж секционного обогревочного кабеля

    Поскольку такие нагреватели для бетона поставляются не в бухтах, а готовыми секциями, снимается вопрос с обрезкой. Все что необходимо для сбора установки для зимнего бетонирования это рассчитать мощность сегмента исходя из того сколько кубов бетона в конструкции, после чего выбрать кабель соответствующей длины.

    Начнем с краткого руководства по расчетам и небольших рекомендаций по монтажу:

    • В инструкции к технологии ТМО бетона указывается, что на обогрев кубометра смеси требуется от 500 до 1500 Вт (зависит от температуру воздуха). Расход электроэнергии можно существенно снизить, если применить несколько несложных технических приемов:
    1. Использовать специальные присадки для смеси, позволяющие понизить точку замерзания раствора.
    2. Утеплить опалубку.
    • Если производится заливка балки или перекрытия, расчет обогревочного кабеля производится из 4 погонных метров на 1 м2 площади поверхности. При возведении объемных элементов, таких как двутавровые бетонные балки, электрообогрев укладывают ярусами, с расстоянием между ними не более 40,0 см.
    • Защита кабеля позволяет приматывать его к арматуре.
    • Расстояние от поверхности конструкции до уложенного внутри электрообогревателя должно быть как минимум 20,0 см.
    • Чтобы бетонная смесь прогревалась равномерно, нагреватели должны быть уложены на одинаковом расстоянии.
    • Между разными контурами должно быть не менее 40,0 мм.
    • Запрещено пересечение греющих проводников.

    Преимущества и особенности сегментированного кабеля

    К несомненным положительным качествам продукции данного типа следует отнести:

    • Для организации прогрева бетона при помощи не требуется наличие дорогостоящего дополнительного оборудования (ПТ).
    • В отличие от сушки электродами вероятность поражения электричеством минимальна.
    • Легкий монтаж и несложный расчет длины сегмента.

    Особенности:

    ВЕТ кабель стоит существенно дороже, чем провод для прогрева бетона ПНСВ. Отечественный КДБС, например производимый компанией ЭТМ в Красноярске, несколько улучшает положение, но не намного. Именно поэтому данные кабели применяются при возведении небольших бетонных и ЖБТ конструкций.

    В качестве заключения.

    Мы описали только один способ обогрева бетона, на самом деле их значительно больше. Они будут рассмотрены в других публикациях.

    В завершении считаем необходимым ответить на вопрос, неоднократно встречающийся в сети, почему нельзя для прогрева бетона использовать нихромовые провода. Во-первых, это удовольствие было бы очень дорогим, во-вторых, правилами техники безопасности запрещено. Именно поэтому не стоит калькулятор для расчета числа витков нихрома, чтобы сделать обогрев трубы или бетона.

    Прогрев бетона электродами: технология и особенности

    Прогрев бетона электродами: схема подключения

    Необходимо понимать, что метод подключения электроподогрева будет отличаться в зависимости от выбранного типа электрода. При работе с пластинчатыми электродами одна фаза подается на первый электрод, а вторая на расположенный с противоположной стороны. В результате мы имеем два электрода, которые находятся параллельно друг другу, на каждом есть фаза. В случае со стержневой арматурой к одной фазе подключаются первый и последний электроды в ряду. Остальные работают от 2-й и 3-й фазы.

    Хотелось бы отметить, что не стоит пренебрегать монтажом трансформаторов. Они в некоторых случаях не нужны, но в большинстве ситуаций их имеет смысл установить. Так, температура прогрева бетона будет оптимальной, то есть не слишком высокой, в противном случае может появиться такой нежелательный эффект, как пересушивание. По этой простой причине имеет смысл подводить все электроды через понижающий трансформатор.

    Сравнительная характеристика новой и предыдущей модели термоматов

    ПРЕДЫДУЩАЯ МОДЕЛЬ

    НОВАЯ МОДЕЛЬ

    КОНСТРУКЦИЯ ТЕРМОМАТА

    Греющий элемент свободно располагался между тентом и теплоизолятором.

    При неаккуратном использовании это приводило к его излому и выходу из строя термомата.

    Повышена износостойкость и прочность термомата.

    Монолитные сегменты исключают коробление греющего слоя. Резистив внутри не ломается.  Нагреватели стали вандалоустойчивы к повреждениям.

    ТЕПЛОИЗОЛЯЦИЯ

    Применялся утеплитель с худшими тепловыми свойствами, чем у современных теплоизоляторов. 

    Уменьшены теплопотери на 25%.

    Используется утеплитель с улучшенными теплоизоляционными свойствами.

    УДОБСТВО ЭКСПЛУАТАЦИИ

    При неправильном складывании термоматы могли сминаться, заламываться.

    Что приводило к нарушению контакта нагревателя.

    Сегменты термомата не заламываются.

    Новая конструкция позволяет складывать термоматы любым удобным способом, а не только «гармошкой», как это требовалось ранее.

    ВОДОНЕПРНИЦАЕМОСТЬ

    Из за наличия воздушных прослоек при незначительном повреждении оболочки внутрь нагревателя попадала вода.

    Повышена водонепроницаемость термоматов. 

    За счет монолитности и герметичности новой конструкции между тентом и греющим слоем нет пустот. Вода не проникает внутрь нагревателя.

    ТЕРМОСТОЙКОСТЬ

    Использовалась пленка с нестабильной линейной зависимостью. При перегреве греющий элемент коробился.

    Это приводило к выходу термоматов из строя.

    Повышена термостойкость.

    Пленка для производства резистивного элемента предварительно стабилизируется.

    Резистивный элемент не усаживается до 1800С.

    САМОРЕГУЛИРУЮЩИЙ ЭФФЕКТ

    Нестабильные тепловые характеристики с небольшим отрицательным саморегулирующимся эффектом.

    При повышении температуры нагреватель увеличивал мощность и происходил перегрев.

    Достигнут положительный саморегулирующийся эффект.

     Когда возникает опасность перегрева, нагреватель снижает мощность. Перегрева не происходит. Повышается срок службы термоэлектромата.

    Прогрев с помощью специальной опалубки

    Специальные опалубки представляют собой термоактивные конструкции, в тело которых монтируются ТЭНы. В целях безопасности нагревающие элементы надежно изолируются от корпуса опалубки. Опалубка собирается из отдельных щитов, каждый из которых имеет индивидуальную маркировку. Щиты отличаются между собой электрическими параметрами (мощностью, силой тока и напряжением). Технические характеристики щита указываются на его паспортной табличке.

    Для сохранения тепла, опалубки предварительно укрываются шлако- или стекловатными утеплителями.

    Чтобы предотвратить утеплитель от увлажнения и механических повреждений, щит комплектуется фанерной крышкой.
    Опалубка на объекте бетонирования собирается в единый блок из отдельных щитов. Небольшие щиты собираются вручную. Для подогрева больших площадей применяются укрупненные панели, которые собираются в блоки грузоподъемными механизмами.
    Для подключения собранной опалубки к электрической сети служат специальные узлы управления. Они состоят из понизительных трансформаторов, системы электроснабжения и щита управления. Кроме этого, на объекте предусмотрены помещения для дежурного электрика или оператора.

    Если температура наружного воздуха меньше +5° С, то перед укладкой бетона следует предварительно прогреть арматуру и ранее залитый бетон. Для этого поверхность бетонирования сначала накрывается урывочным материалом для бетона в зимнее время (брезентом, пленкой или тепляками) и на короткое время включается опалубка.

    Преимущества специальной опалубки:

    • простота конструкции и возможность быстрой ликвидации неполадок и замены повредившихся ТЭНов;
    • универсальность, что позволяет сколько угодно, без ограничений использовать опалубку на различных объектах;
    • простота в эксплуатации;
    • позволяет работать с бетоном при температурах до -25° С;
      за счет беспрерывного бетонирования сокращается срок строительства;
    • возможность поддержания времени заданного технологического процесса, обеспечивающего оптимальную температуру застывания бетона. Это достигается с помощью глубокого регулирования температуры.

    К недостаткам относится высокая стоимость конструкции и сложности при прогреве участков со сложной конфигурацией.

    Разновидности электролитов для прогрева бетона

    В зависимости от вида и геометрии конструкции используются различные электроды для прогрева бетона. Для каждого из них разрабатывается своя схема подключения:

    • Струнные.
    • Стержневые.
    • Пластинчатые.
    • Полосовые.

    Схема подключения электродов

    Струнные. Изготавливают из арматуры длиной 2–3 м диаметром 10–15 мм. Используют для колонн и других подобных вертикальных конструкций. Подключают к разным фазам. В качестве одного из электродов может использоваться армирующий элемент.

    Стержневые. Представляют собой куски арматуры толщиной 6–12 мм. Располагаются в растворе рядами с расчётным шагом. Первый и последний электрод в ряду подключают к одной фазе, другие – ко 2-ей и 3-ей. Используются для участка любой сложной геометрии.

    Стержневые электроды для бетона

    Пластинчатые. Подвешиваются на противоположные края опалубки без заглубления в раствор и подключают к разным фазам. Электроды создают электрическое поле, которое и прогревает бетон.

    Расстановка пластинчастых электродов

    Полосовые. Выполняются в виде металлических полосок шириной 20–50 мм. Их располагают на поверхности раствора с одной стороны конструкции и подключают к разным фазам. Используют для плит перекрытий и других элементов в горизонтальной плоскости.

    Опалубка с подогревом

    Электропрогрев бетона в зимнее время может осуществляться сразу же в опалубке. Это один из новых способов, который является очень эффективным. В щиты опалубки устанавливаются нагревательные элементы. В случае выхода из строя одного или нескольких из них, производится демонтаж неисправного оборудования. Его заменяют новым.

    Оснащать инфракрасными обогревателями непосредственно форму, в которой застывает бетон, стало одним из удачных решений, которые принимали управленцы строительных компаний. Эта система способна обеспечить требуемыми условиями бетонное изделие, находящееся в опалубке, даже при температуре -25 ºС.

    Помимо высокой эффективности представленные системы обладают высоким показателем полезного действия. Затрачивается совсем немного времени на подготовку к обогреву

    Это крайне важно в условиях сильных морозов. Рентабельность нагревательной опалубки определяется выше, чем у обычных проводных систем

    Их можно применять многоразово.

    Однако стоимость представленной разновидности электрообогрева довольно высока. Она считается невыгодной, если нужно обогреть постройку нестандартных габаритов.

    Условия заливки бетона в зимний период

    • Транспорт, в котором перевозится раствор, должен быть утеплен, чтобы не происходила потеря тепла. То есть он должен быть закрытым.
    • Укладываемый бетон и опалубка должны быть подогретыми, раствор укладывают и сразу утрамбовывают. 
    • На прокладываемую арматуру и опалубку не должен попадать снег. Для того чтобы прогреть опалубку и раствор нельзя использовать горячую воду.
    • Нельзя производить заливку на замерзшую почву или конструкцию.
    • Первые дни температура раствора должна быть не менее +10 градусов, все помещения, которые прилегают к постройке, должны быть отапливаемые. 

    При низкой температуре затвердевание раствора прекращается, в результате нарушается основная структура конструкции, которая впоследствии не поддается восстановлению. После того как завершиться бетонирование, конструкцию накрывают утеплителем, в противном случае нет смысла в прогреве раствора. Обычно с помощью электродов прогревают слои внешнего вида, чтобы не происходила потеря тепла. Перед тем как приступить к основной работе, необходимо произвести точные расчеты, и приобрести нужные материалы. Благодаря такому способу, можно подогревать конструкции различной толщины и конфигурации, но для сооружения плит этот метод не эффективен. Вид электродов выбирают в зависимости от погодных условий, и качества используемого материала. Полосовыми электродами можно прогревать плиты перекрытия, и другие элементы, расположенные в горизонтальном виде, а также бетон, которые прикасается к мерзлой земле. Стержневые электроды используют для подогрева колонн, балок и других сложных конструкций. Струнные электроды применяют для прогревания колонн, если в конструкции содержатся металлические составляющие, то затраты электрической энергии будут больше. При прогреве бетона электродным способом, конструкцию необходимо укрывать, иначе будет происходить значительная потеря тепла, и большой расход электрической энергии, желаемого результата не удастся добиться. Правильное подключение и подача напряжения также зависят от вида используемых электродов. При правильно выполненной работе, раствор быстро затвердевает, дает минимальную усадку, не разрушается из-за замерзшей воды, которая входит в состав смеси. Если выполнить работу самостоятельно сложно, то необходимо прибегнуть к помощи специалистов.

    Монтаж секционного обогревочного кабеля

    Поскольку такие нагреватели для бетона поставляются не в бухтах, а готовыми секциями, снимается вопрос с обрезкой. Все что необходимо для сбора установки для зимнего бетонирования это рассчитать мощность сегмента исходя из того сколько кубов бетона в конструкции, после чего выбрать кабель соответствующей длины.

    Начнем с краткого руководства по расчетам и небольших рекомендаций по монтажу:

    В инструкции к технологии ТМО бетона указывается, что на обогрев кубометра смеси требуется от 500 до 1500 Вт (зависит от температуру воздуха). Расход электроэнергии можно существенно снизить, если применить несколько несложных технических приемов:

    1. Использовать специальные присадки для смеси, позволяющие понизить точку замерзания раствора.
    2. Утеплить опалубку.
    • Если производится заливка балки или перекрытия, расчет обогревочного кабеля производится из 4 погонных метров на 1 м2 площади поверхности. При возведении объемных элементов, таких как двутавровые бетонные балки, электрообогрев укладывают ярусами, с расстоянием между ними не более 40,0 см.
    • Защита кабеля позволяет приматывать его к арматуре.
    • Расстояние от поверхности конструкции до уложенного внутри электрообогревателя должно быть как минимум 20,0 см.
    • Чтобы бетонная смесь прогревалась равномерно, нагреватели должны быть уложены на одинаковом расстоянии.
    • Между разными контурами должно быть не менее 40,0 мм.
    • Запрещено пересечение греющих проводников.

    Особенности методики

    Общая схема работы

    Сама методика прогрева бетонной массы с использованием электродов достаточно проста.

    Реализуется она по такому алгоритму:

    • Внутри опалубки монтируются токопроводящие элементы, подключенные к источнику питания. Конфигурация размещения и тип электродов подбирается отдельно в зависимости от особенностей конструкции.
    • После того как электроды размещены, в опалубку заливается раствор. Находясь в жидком состоянии, он превращается в один из элементов электрической цепи, который достаточно хорошо проводит ток.
    • На электроды подается напряжение, благодаря чему в теле бетона создается электрическое поле. Оно постепенно отдает свою энергию окружающему веществу, нагревая его.
    • За счет изменения параметров тока (сила, напряжение) можно своими руками регулировать степень нагрева.

    Фото подключенных электродов

    В результате во время набора цементом прочности в нем поддерживается оптимальная температура. Такой обработки вполне достаточно, чтобы обеспечить однородную структуру застывшего материала. Резка железобетона алмазными кругами это подтверждает – на пробных образцах практически не обнаруживаются пустоты и рыхлые области.

    Время прогрева зависит от множества факторов, среди которых важнейшими являются объем бетонируемой конструкции и наружная температура. В некоторых случаях отапливать раствор приходится до 4-5 недель, т.е. до полного набора прочности. Впрочем, чаще всего дополнительное тепло требуется только на начальных этапах.

    Типы электродов

    Типы электродов

    Для реализации данного метода применяют токонесущие элементы различной конфигурации. Изучить их конструктивные особенности можно, проанализировав приведенную здесь таблицу:

    Тип электрода Характеристика
    Пластинчатый Имеет форму вытянутой по длине пластины, чаще всего изготавливается из того же металла, что и сама арматура. Монтируется на опалубку с внутренней стороны без заглубления в толщу раствора.
    Полосовой Представляет собой полосу металла шириной от 40 до 50 см. Пары полосовых электродов размещаются по краям участка таким образом, чтобы ток проходил между ними.
    Струнный Применяется при изготовлении вытянутых в длину конструкций (колонн, столбов, капитальных свай и т.д.). Струна закладывается в центр опалубки, а по периферии устанавливается токопроводящая полоса.
    Стержневой Представляет собой обрезок арматуры толщиной от 5 до 12 мм. Устанавливается поодиночке или группами с шагом до 50 см, при этом заглубляется в раствор практически на всю длину. Крайние элементы монтируют таким образом, чтобы исключить контакт с опалубкой. Электроды стержневого  типа применяются при прогреве конструкций сложной формы.

    Стержни из арматуры в толще заливки

     В зависимости от типа задействованных деталей выделяют такие методы повышения температуры:

    • Поверхностная (периферийная) обработка – электроды накладываются на поверхность раствора без погружения, часто с использованием специальных токопроводящих подложек. После окончания работы могут быть демонтированы и использованы повторно на другом объекте.
    • Погружной (сквозной) электроподогрев бетона – электроды находятся внутри материала, и после его отвердевания не извлекаются. Чтобы прочность конструкции не снижалась, токопроводящие элементы размещаем не ближе, чем в 30 мм от поверхности.

    Погружная схема

    Использование сварочных аппаратов

    Мастера, которые пытаются реализовать данную методику самостоятельно, часто интересуются, как греть бетон электродами с применением сварочного аппарата (см.также статью «Как осуществляется прогрев бетона сварочным аппаратом»).

    Действительно, это вполне возможно:

    • Обычный сварочный аппарат включает в себя два блока – двигатель и собственно сварочный генератор. При этом мощности последнего достаточно, чтобы обеспечить обогрев около 50м3 бетонного раствора.
    • Перед началом работы в цемент опускаем электроды. Для большинства задач достаточно шага в 20-30 см.
    • Электроды соединяем последовательно, формируя несколько параллельных цепей.
    • Для наблюдения за напряжением между цепями специалисты рекомендуют устанавливать лампу накаливания.
    • Цепи подключаем к аппарату и подаем напряжение. Контроль нагрева осуществляем в специальных скважинах.

    Такое устройство вполне можно использовать

    Расчет времени

    Прогрев бетона начинается с выбора оптимальной схемы с учетом требований строительной площадки, региона (Москва требует одних мер, Сочи или Норильск – совершенно иных), возможностей и т.д.

    Основные факторы, которые учитываются в расчетах времени и температуры:

    • Среднегодовой прогноз погоды зимой в регионе, взятый за предыдущие пару лет, а также прогнозируемая отметка средней температуры воздуха в течение данного зимнего периода.
    • Расчет модуля рабочей прогреваемой поверхности, определение термосной выдержки раствора.
    • Расчет средней температуры конструкции на протяжении срока ее охлаждения.
    • Учет информации про температуру готовой бетонной смеси, ее изотермические свойства (предоставляет завод-изготовитель раствора).
    • Определение тепловых потерь в процессе транспортировки смеси, разгрузки.
    • Определение температуры смеси с начала укладки (учитывается отдача тепла на прогрев арматуры, опалубки).
    • Расчет времени охлаждения раствора (в соответствии с нормативными требованиями прочности).

    Все эти данные используются при прогнозировании , для учета тепловых потерь в процессе заливки, излучения тепла с поверхности. Но все это довольно приблизительно, поэтому в процессе прогрева нужно тщательно контролировать температуру каждые полчаса-час при нагревании и раз в 12 часов при остывании. Если режим нарушен, нужно повышать или отключать ток, регулируя параметры.

    В технологической карте должен быть отмечен график нагрева с указанием оптимальных значений и всех важных расчетов, выполненных в соответствии со СНиПами и правилами.

    Прогрев бетона – чрезвычайно важное мероприятие при выполнении ремонтно-строительных работ в зимнее время. Без реализации указанных методов бетон просто не наберет нормативную прочность, поставив под сомнение прочность, надежность и долговечность всей конструкции

    Виды прогрева

    Сквозной (внутренний, погружной)

    Применяется для конструкций, имеющих большую толщину или сложную форму. Из названия понятно, что электроды размещаются внутри залитой массы раствора. Общее правило – электроды устанавливаются на расстоянии не менее 3 см от элемента опалубки.

    Периферийный (поверхностный, нашивной)

    Под полосы устанавливается подкладка. На практике для этого чаще всего берутся куски рубероида, что позволяет такие электроды легко снимать и использовать многократно.

    Общее правило

    Если в опалубку установлен металлический каркас, то использовать напряжение более 127 В ЗАПРЕЩЕНО. Для конструкций неармированных оно может быть не более 380 В.

    Что учесть при прогреве бетона

    • По мере отвердевания залитой массы изменяется ее эл/сопротивление, так как происходит испарение влаги. Следовательно, необходимо систематически корректировать силу подаваемого тока, поэтому в схему обязательно должен быть включен элемент регулировки (например, реостат, трансформатор с несколькими выходами).
    • Поверхность конструкции, подлежащей прогреву, должна быть укрыта материалами, снижающими теплопотери. Это могут быть опилки, маты, пленка п/э, рубероид и тому подобное. В противном случае сам процесс прогрева теряет смысл.
    • При стержневом методе нужно соблюдать одинаковые расстояния между электродами как в одном ряду, так и в соседних. Это обеспечит равномерность загрузки «линий» и исключит перекос фаз.
    • Снижения энергозатрат можно добиться введением в состав раствора специальных добавок-пластификаторов, ускоряющих процесс отвердевания бетона.
    • Специалисты не рекомендуют применять электродный прогрев для мелких конструкций. Для этого существуют другие методики.
    • В качестве «питания» нельзя использовать источник постоянного тока, так как в этом случае не избежать электролиза жидкости.
    • При небольших объемах заливки в качестве источника напряжения можно использовать сварочные трансформаторы.
    • Единой рекомендации по размещению электродов на (в) заливке раствора нет. Схема определяется индивидуально и зависит от внешних условий, параметров опалубки, марки цемента и ряда других факторов.
    • Через определенные временные промежутки (зависят от специфики работ) делается замер температуры. Для этого проделываются специальные «шурфы».
    • ЗАПРЕЩАЕТСЯ. При использовании прутьев арматурного каркаса в качестве электродов работать с напряжением свыше 60 В. В исключительных случаях (более этого номинала) – только при соблюдении дополнительных мер и локально (на отдельных сегментах конструкции).

    Для получения из раствора качественного искусственного камня рекомендуется комплексный обогрев массы, сочетающий несколько методик, в том числе, и «пассивную» («термос»).

    Прогревание бетона при помощи электродов делается в зимнее время или на территории с минусовой температурой воздуха.

    Данный процесс осуществляется для того, чтобы водный раствор, входящий в состав бетона, не замерзал при холоде и не превращался в лед. Только в жидком состоянии вода может вступить в химическую реакцию с цементным раствором.

    Плюс, во время замерзания воды в бетоне нарушаются все связи, и они просто начинает трескаться, соответственно говорить о прочности конструкции не имеет уже смысла.

    Температура при строительстве

    Данный параметр имеет большое влияние на набор бетоном окончательной прочности. Также следует учесть, что свежий раствор может промерзать в том случае, когда в течение 3 дней его температура была на уровне +10° С. Поэтому необходим электродный прогрев бетона в зимнее время.Знайте, что при укладке бетона при 5° С, вам придется ждать в 2 раза дольше достижения им прочности, сравнить которую можно с температурой 20° С.

    Когда же столбик термометра опустится ниже точки замерзания, гидратация может просто остановиться. Нельзя также забывать следующее — несвязанная вода в бетонном растворе при замерзании начнет увеличиваться в объеме.

    Если процессы замерзания и оттаивания будут повторяться многократно, это станет причиной:

    • разрыхления структуры;
    • уменьшения влаги;
    • выветривания бетона;
    • цена работ увеличится.

    Но, когда смесь набрала прочность превышающую 5 Н/мм2, она становится устойчивой к однократному замерзанию. При этом срок распалубки необходимо увеличить на период, когда бетон был ниже 0° С.

    Общая схема прогрева бетона в зимнее время электродами

    В этом случае необходимо следить за тем, чтобы он быстро набирал прочность, чтобы промерзание не нарушило процесс.

    К примеру:

    • в течение месяца бетон следует защищать от осадков в виде снега и дождя;
    • он не должен первую зиму соприкасаться с рассыпной солью, использующуюся против обледенения.

    Температура свежего состава относительно DIN 1045 не должна быть ниже параметров, которые принимаются в зависимости от окружающей температуры и вида и количества цемента.

    В первом случае это приведет к быстрому твердению и снижению пластичности материала, что затруднит с ним работу.

    Также это станет причиной:

    • больших усадок;
    • преждевременного набора прочности;
    • низкой итоговой прочности бетонного материала.

    Чтобы этого не происходило, в каждом конкретном случае разрабатывается, например, технологическая карта прогрева бетона электродами.

    Как защитить

    Для этого следует провести следующие действия:

    • подогревайте воду для затворения и заполнитель, никогда не применяйте замороженный последний компонент;
    • используйте цементы повышенного класса прочности. Они быстрее твердеют и выделяют при этом процессе больше тепла, чем цементы низших классов прочности;

    Использование для бурения отверстий оборудования с алмазными коронками

    • увеличивайте содержание цемента, чтобы ускорить набор прочности;
    • понизьте соотношение между цементом и водой, это позволит раствору быстрее затвердеть и набрать прочность, одновременно выделяя высокий уровень тепла;
    • добавляйте своими руками в особых случаях и после проведения испытаний на соответствие ускоритель твердения. Не используйте хлорсодержащие ускорители твердения в предварительно напряженном бетоне.

    Что необходимо делать при транспортировке раствора и его укладке:

    • защищайте транспортные средства от теплопотерь. Не используйте открытые лотки и транспортерные ленты;
    • укладывайте по возможности предварительно подогретый бетон в подогретую опалубку и сразу же уплотняйте;
    • держите арматуру и плоскости опалубки свободными от снега, для прогрева можете использовать нагретый воздух или пламенные горелки. Никогда не используйте струю горячей воды;
    • не укладывайте бетон на замерзшие конструкции и на замерзшую землю;
    • поддерживайте температуру бетона по возможности в течение первых 3 дней не ниже +10° С, а также отапливайте примыкающие помещения.

    Использование сварочных аппаратов

    Прогрев бетона сварочным трансформатором – это широко используемый метод, обеспечивающий хорошие показатели нагрева конструкции при дополнительном использовании нагревательных элементов различных видов.

    Использование современных трансформаторных сварочных – это совершенно безопасный процесс, не представляющий опасности при соблюдении ТБ.

    Большинство современных сварочных аппаратов комплектуются дополнительными модулями:

    • блок подогрева промёрзшей почвы;
    • блок просушки электродов;
    • модуль понижения напряжения;
    • генератор электрического тока.

    Перед тем, как прогреть бетон сварочным устройством, следует проверить наличие дополнительных опций, значительно упрощающих процесс прогрева бетонной конструкции в зимнее время.


    Схема прогрева бетонных конструкций.

    Нагрев цементно-песчаной смеси при помощи сварочного прибора трансформаторного типа состоит из следующих шагов:

    1. Равномерное расположение отрезков арматуры по заливаемой площадке.
    2. Соединение электродов в две параллельные цепи.
    3. Установка контрольной лампочки накаливания.
    4. Подводка проводов прямой и обратной связи.

    В случае, если вода слишком быстро испаряется с поверхности цементно-песчаной конструкции, имеет смысл накрыть площадку небольшим количеством опилок.

    Подключение подогревочной системы к цементно-песчаной конструкции производится в несколько этапов:

    • соединение токопроводящих алюминиевых кабелей с сварочным устройством;
    • проверка каждой петли при помощи токовых клещей;
    • повышение мощности аппарата до 50% через час работы и до 100% через два часа после включения нагрева;
    • контроль силы тока в пределах 25 ампер.

    Типичные ошибки

    Электродный прогрев бетона

    Электродному прогреву смеси часто сопутствуют следующие ошибки:

    Ошибка №1. Электроды имеют низкую площадь контакта с бетоном, что обусловлено их конструктивными особенностями. В результате этого прогрев становится низкокачественным. Также между электродами и смесью могут появиться воздушные пузырьки. Они приводят к закипанию воды, блокирующей распространение тепловой энергии по бетону. Она концентрируется в одном месте, образуя полости.

    Ошибка №2. Внутри бетона находится арматурный металлический «скелет». Если при погружении электрод соприкоснулся с ним, то это мгновенно приводит к короткому замыканию. Таким образом, выходит из строя дорогостоящее оборудование, которое может не подлежать ремонту. Если больше нечем обогревать, то нарушается технология затвердевания смеси.

    Ошибка №3. Повышение плотности тока в непосредственном месте контакта бетона и электродов. Это чревато замедлением скорости гидратации, локальным перегревом и образованием пористой структуры. Примечательно, но внешне обнаружить допущенную ошибку невозможно. О ней можно узнать в будущем, когда конструкция начнет разрушаться раньше времени.

    Прогрев бетона греющим кабелем

    Имеют место ошибки и при прогреве бетона греющим кабелем:

    Ошибка №1

    Редко кто из строителей обращает внимание на схему подключения нагревательных элементов. В особенности, если никто из них не имеет образования в сфере электротехники

    Что касается проверки целостности проводов, то это и вовсе практически никогда не происходит. Они попросту раскладываются по поверхности. Если целостность нарушена, то нагревающий кабель не может выполнять возложенную на него роль. Либо происходит нагрев только в определенных местах. Неравномерный прогрев приводит к трещинам и к быстрому разрушению внутренней структуры бетона.

    Ошибка №2

    При укладке проводов следует обратить внимание на их изоляцию и правильное расположение. Об этом забывают многие

    Кабель должен иметь оптимальную длину – не больше и не меньше положенной. В ином случае осуществляется его перерасход, что приводит к увеличению продолжительности строительных работ.

    Отрицательные стороны использования греющего кабеля следующие:

    1. Большие мощности необходимы для прогрева значительного объема бетона. Зачастую их нет в месте проведения работ.
    2. Потребуется провести множество электротехнических расчетов. На это уходит дополнительное время и силы.
    3. Крайне ограниченное количество специалистов способны правильно уложить кабель. Не все компании могут позволить себе держать такого в штате.

    Данные ошибки являются наиболее встречающимися при бетонировании и обогреве перечисленными способами. Зная о них в деталях, лучше попробовать их избежать. Ведь лучше сразу все сделать правильно, нежели в будущем тратиться на демонтаж старой и установку новой конструкции. Подчас это требует полного разрушения здания или объекта.

    Прогрев электродами

    Самым востребованным методом обогрева бетона является применение электродов. Такой метод стоит относительно недорого, ведь нет потребности приобретать дорогостоящее оборудование и устройства (например, провод типа ПНСВ 1,2; 2; 3 и т. д.). Технология его выполнения также не представляет больших трудностей.

    За основополагающий принцип представленной технологии взяты физические свойства и особенности электрического тока. При прохождении через бетон он выделяет некоторое количество тепловой энергии.

    При использовании этой технологии не стоит подавать напряжение на систему электродов выше 127 В, если внутри изделия находится металлическая конструкция (каркас). Инструкция на электропрогрев бетона в монолитных конструкциях позволяет использовать ток 220 В или 380 В. Однако большее напряжение применять не рекомендуется.

    Процесс нагрева выполняется при помощи переменного тока. Если в данном процессе участвует постоянный ток, он проходит через воду в растворе и образует электролиз. Этот процесс химического разложения воды будет препятствовать выполнению ее функций, которые имеет субстанция в процессе затвердения.

    схема подключения, технология прогревочных работ

    Чтобы бетон во время твердения правильно набрал прочность, в зимнее время его обогревают различными способами. Технология прогрева бетона электродами является одним из них. Процесс этот можно проводить как самостоятельно, так и в комплексе с другими методами обогрева. Особенно актуально электродный метод применять при заливке раствором монолитных вертикальных конструкций.

    Необходимость прогрева в зимний период

    Работы, связанные с заливкой бетонного раствора, строители проводят в любое время года. Одним из компонентов, необходимых для набора прочности бетоном, является вода. Если в теплое время твердение материала проходит естественным способом, так как гидратация цемента протекает успешно, то зимой это невозможно. При низких температурах в бетоне происходят следующие процессы:

    1. Вода замерзает и перестает взаимодействовать с цементом. В итоге процесс твердения бетона практически останавливается.
    2. Лед, постепенно увеличиваясь в объеме, снижает плотность застывающего раствора, и при оттаивании бетон начнет просто крошиться.
    3. В связи с образованием наледи, в месте соединения арматуры с раствором происходит снижение прочности.

    Поэтому стоит задача остановить эти процессы, чтобы получить качественный бетон, способный выдержать любые нагрузки. Обычно для этих целей применяют комплексные меры, чтобы достичь наилучшего результата. При минусовых температурах в бетон добавляют вещества, способные предотвращать замерзание воды, но при сильных морозах без обогрева раствор все равно замерзнет. Поэтому дополнительно используют обогрев с помощью электродов, между которыми в жидком бетоне появляется электрическое поле и он начинает нагреваться.

    Виды электродов

    В зависимости от расположения прогревочных электродов различают поверхностное и погружное их использование. В первом случае на поверхность раствора накладываются пластины, к которым присоединяют провода.

    После окончания процесса такие электроды можно использовать повторно на других объектах. При втором способе электроды погружают в раствор, в дальнейшем они в нем остаются.

    Всего различают 4 вида электродов:

    • пластинчатые;
    • полосовые;
    • струнные;
    • стержневые.

    Технология электропрогрева бетона электродами, сделанными в виде пластин, заключается в том, что они размещаются между внутренней стороной опалубки и бетонным раствором. К каждой пластине подключают провода, подходящие к разным фазам трансформатора.

    В результате между пластинами образуется электрическое поле и раствор начинает прогреваться. Применяется такой способ в основном при небольших объемах заливки. Полосовые электроды представляют собой металлические пластинки шириной не более 50 мм. Располагают их на поверхности раствора и подключают через одну к одной фазе, а оставшиеся — к другой.

    Их используют для обогрева плоских и невысоких изделий. Струнные проводники используют при заливке высоких цилиндрических конструкций, например, колонн. В центр конструкции помещается электрод, а сама опалубка охватывается токопроводящим листом. Лист и центральную струну подключают к разным фазам.

    В качестве стержневых проводников используют нарезанные арматурные прутья диаметром от 7 до 11 мм, которые заглубляют в раствор согласно рассчитанному расстоянию. Таким образом осуществляют прогрев сложных конструкций.

    Технология прогрева

    Все работы строители проводят, опираясь на технологическую карту прогрева электродами монолитных конструкций. Сам процесс происходит при низком напряжении и высокой силе тока. Обеспечивает эти показатели использование масляного прогревочного трансформатора, работающего от сети 380 В. Очень часто для этого применяют передвижные электрические станции, которые можно доставить до самого отдаленного объекта.

    Схему подключения электродов при прогреве бетона осуществляют проводами, способными выдерживать мощность 80 Вт на 1 м его длины. Ими подключают три звена электродов к каждой фазе трансформатора так, чтобы они не касались деталей опалубки и арматуры каркаса. Контакт между проводами и электродами должен быть надежным, желательно использовать для этого резьбовое соединение.

    Как только закончится заливка раствора, начинают процесс прогрева. Регулируется он с помощью трансформатора. Когда раствор жидкий, то для прогрева достаточно будет тока равного 250 А. Этот показатель достигается установлением на выходе трансформатора 100 В. По мере застывания бетонного раствора, силу тока необходимо увеличивать, для этого в трансформаторе имеются 4 ступени.

    Диапазон регулировки силы тока составляет от 250 до 450 А. При отсутствии трансформатора, для этого процесса можно использовать сварочный аппарат. Во время прогрева обязательно каждый час проводят замеры температуры бетона и выходной силы тока и затем записывают показания в соответствующий журнал прогрева.

    Прогрев бетона в зимнее время

    Низкая температура негативно действует на любой строительный раствор, но работы не прекращаются круглый год. Поэтому от правильного прогрева бетона в зимнее время зависит его прочность и скорость строительства. Известно, что этот материал набирает оптимальные кондиции при температуре 20ºС, чего можно добиться только с применением специальных технологий.

    Как происходит строительство зимой?

    Обязательным компонентом любого бетонного раствора является вода, но при низких температурах она просто замерзает и гидратация цемента прекращается. Кристаллы льда расширяются, и монолит начинает крошиться. Даже при термоизоляции, вместо предусмотренных технологией 28 дней, бетон набирает твердость гораздо дольше, что негативно сказывается на себестоимости работ. Оптимальный выход – электропрогрев бетона, позволяющий ускорить работы и обеспечить нужную прочность.

    Это наиболее экономичный метод прогрева бетонной смеси в зимнее время, не требующий больших расходов. Важно, чтобы весь объем прогревался одновременно, чего сложно достигнуть, применяя другие технологии обогрева монолитных конструкций в зимних условиях.

    Как прогреть бетон?

    Существует немало способов прогрева бетона в холодное зимнее время. Они требуют затрат, которые окупаются за счет сокращения времени работы и соблюдения технологических норм. Рассмотрим наиболее эффективные методики.

    Нагревательным проводом

    Электропрогрев бетона чаще осуществляется специальным греющим проводом. Для этого он закрепляется на арматуре змейкой, по схеме, схожей с теплым полом, зажимами. Затем заливается смесь температурой не менее 5 градусов. Выведенные концы кабелей присоединяются к источнику тока, применяя понижающий трансформатор.

    Для прогрева бетона трансформатором обычно применяется провод ПНСВ разных диаметров со стальной или оцинкованной жилой. В более сложных условиях рекомендуется применять ПТПЖ с двумя жилами, он продолжает электрообогрев даже после повреждения одной из них. Благодаря невысокой стоимости и оптимальным характеристикам популярны провода диаметром 1,2 мм. Кабеля КДБС и ВЕТ могут подключаться и от бытовой сети 220 В, но они стоят дороже, поэтому используются на небольших объектах. Количество провода рассчитывается в зависимости от его характеристик и внешних факторов, но в среднем оно составляет 50-60 м на 1 м³ бетонного раствора.

    После укладки провода в опалубку заливается бетонный раствор, по кабелям пускается электричество, они прогревают массу до 50-60ºС со скоростью не более 10 градусов в час. Далее подогретый монолит плавно остывает со скоростью 5 градусов в час. Важно не пренебрегать временем, чтобы температура менялась равномерно, это гарантирует прочность конструкции. После завершения работ провод остается в монолите. К преимуществам этого метода относят:

    • Невосокая стоимость за счет экономии и электроэнергии, особенно если использовать понижающий трансформатор;
    • При правильном подборе оборудования можно прогревать большие объемы и конструкции;
    • Прокладывать провод можно до температуры -15ºС, а вести прогрев до -25ºС.

    Электродами

    Один из простых способов прогрева бетона – при помощи электродов. Для этого арматура перевязывается проволокой диаметром 8 мм, которая подсоединяется к проводам, выведенным на понижающий трансформатор. Расстояние между электродами, в зависимости от температуры 0,6-1 м.

    Применение электродов для прогрева эффективно, когда они подключаются к колоннам или вертикальным конструкциям, поскольку для них достаточно одного электрода, подключаемого к фазе.

    При схеме подключения с электродами, проводником выступает вода в бетоне. Но после высыхания сопротивление раствора резко увеличивается, что приводит к перерасходу электроэнергии – это является основным недостатком этого метода.

    Инфракрасный прогрев

    Инфракрасный прогрев бетонных конструкций осуществляется специальными излучателями. Они включают в себя ТЭН или другие источники тепла и отражатели. При этом способе подогрева бетона излучатель устанавливается на расстояние около 1,2 м от поверхности залитого раствора, которая покрывается полиэтиленом или другим материалом, препятствующим быстрому испарению воды.

    Прогрев осуществляется в три этапа: разогрев монолита, прогревание всего объема, постепенное остывание. Эта методика достаточно энергозатратная, поэтому применяется для обогрева труднодоступных мест, сложных конструкций или при стыковке бетонных конструкций.

    Метод термоса

    Технология прогрева методом термоса проста и довольно экономична. Смесь на заводе разогревается до температуры от 25 до 45ºС, но не выше, чтобы она не начала схватываться заранее. После заливки опалубку обкладывают термоизоляцией. Теплоты, выделяющейся при гидратации достаточно для того, чтобы процесс затвердевания пошел нормально и бетон набрал нужную прочность. Среди преимуществ этого способа выделяют:

    • Простоту технологии, термоизоляцию можно изготовить своими руками;
    • Невысокая стоимость, в качестве защитного материала от мороза можно использовать опилки, солому и т.д.;
    • Обеспечение технологических характеристик бетона.

    К недостаткам относят невозможность применения метода для заливки больших площадей, он эффективен для компактных конструкций с ограниченными поверхностями.

    Индукционный нагрев

    Индукционный прогрев бетона в зимнее время осуществляется при помощи переменного магнитного поля, образующего переменный электрический ток. Металлические конструкции в бетоне нагреваются, передавая энергию раствору.

    Изолированный провод (индуктор) прокладывается внутри конструкции, после он периодически включается для повышения температуры арматуры. Это обеспечивает равномерный прогрев всего монолита. Главное условие  – арматурный каркас должен быть замкнут.

    Другие методы

    Существуют и другие способы прогрева бетона, среди которых популярны опалубки с ТЭН и применение тепловых пушек. В первом случае раствор заливается в заранее прогретую опалубку, что сократит время отвердевания и предотвратит возможную деформацию конструкции. Непосредственно при заливке опалубка отключается, а свободная часть немедленно накрывается теплоизоляцией. Температура постепенно поднимается до 80ºС, затем опускается до 60ºС и удерживается до достижения 80% прочности.

    Прогрев тепловыми пушками требует возведения вспомогательных теплоизолирующих конструкций над бетоном, куда будет направляться разогретый воздух. Эта методика оправдывает себя там, где нет надежного подключения к электрической сети. В этом случае используется дизельное оборудование, обеспечивающее нормальный прогрев. Нужно учитывать, что использование тепловых пушек стоит дорого. В промышленности используют прогрев бетона паром в специальной двустенной опалубке.

    Сколько греть бетон?

    Для экономии, время прогрева бетона требуется сократить к минимуму. Но в каждом случае время считается отдельно, что связано с определенными факторами. Это температура наружного воздуха, возможность и качество теплоизоляции, мощность обогревателей.

    Обогрев бетона проводом зависит от того, как он проложен внутри конструкции и потребляемой мощности. В общем случае расчет времени зависит от температуры конструкции. В большинстве методик монолит разогревается до 60ºС, но делается это медленно, не более 10 градусов за один час нагрева. Это обеспечивает его равномерность, повышая качество материала. После набора смесью 50% прочности, ее постепенно охлаждают с еще более низкой скоростью в 5ºС за час, с использованием термоизоляции. Таким образом, прогрев может проходить как в течение нескольких часов, так и суток.

    Отопление электричеством, преимущества и недостатки электрического отопления

    Является ли электрическое отопление экологически чистым?

    Определение того, является ли электричество эффективным и экологически ответственным средством отопления дома , также должно включать начальное производство электроэнергии. Эффективность сжигания ископаемого топлива для выработки электроэнергии составляет около 30-60%. Существуют также значительные потери в линиях электропередачи, поэтому общая энергоэффективность электрического тепла значительно варьируется в зависимости от местоположения и местного источника производства электроэнергии.

    Отопление электричеством из возобновляемых источников, таких как ветер, солнце или гидроэлектроэнергия, намного чище, чем электричество, произведенное путем сжигания ископаемого топлива, такого как угольные или газовые электростанции. К счастью, доля экологически чистой электроэнергии в США растет с возобновляемыми источниками, что обеспечило новый рекорд в 742 миллиона мегаватт-часов (МВтч) электроэнергии в 2018 году, что почти вдвое превышает 382 миллиона МВтч, произведенных в 2008 году. Возобновляемые источники энергии обеспечили 17,6% выработки электроэнергии в США в 2018 году.

    Почти 90% прироста возобновляемой электроэнергии в США в период с 2008 по 2018 годы пришлись на ветровую и солнечную генерацию. Выработка ветровой энергии выросла с 55 миллионов МВтч в 2008 году до 275 миллионов МВтч в 2018 году (6,5% от общего объема производства электроэнергии), по сравнению с традиционными гидроэлектростанциями - 292 миллиона МВтч (6,9% от общего объема производства). Это хорошие новости для сокращения углеродного следа наших энергетических потребностей.

    Это для сравнения с Канадой, где около 67% электроэнергии в Канаде поступает из возобновляемых источников и 82% из источников, не связанных с выбросами парниковых газов. Канада является вторым по величине производителем гидроэлектроэнергии в мире.

    Особенность электрического отопления в новых или отремонтированных экологически чистых высокоэффективных домах и при поиске отопления домов с нулевым потреблением энергии заключается в том, что по мере увеличения процента выработки электроэнергии из возобновляемых источников ваша система отопления по умолчанию сокращает свой углеродный след.

    Источники электрического тепла:

    Отопление электричеством - это не только обогреватели на плинтусе или электрическая печь с воздушным потоком. Эффективность и БТЕ, передаваемые через электрические радиаторы, печи, конвекционные обогреватели или бойлеры для водяных излучающих полов, относятся к категории «электрического тепла», и все они одинаково эффективны из расчета БТЕ на ватт.По эффективности они также не уступают тепловложению, которое вы получили бы от электрической плиты, фена, тостера или даже электрической грелки вокруг больной шеи.

    То, как какое-либо из этих устройств или приборов отдает тепло, будет иметь некоторое влияние на эффективность, но это больше связано с тем, насколько хорошо оно распределяется. Обогрев всего дома электрическими радиаторами, разбросанными по всему дому, будет лишь немного более эффективным, чем включение духовки и открытие двери, но это только потому, что в этом случае тепло концентрируется в одной области и, следовательно, происходит небольшое увеличение потерь тепла через стены возле источника, или как теплый воздух поднимается вверх и выходит через вытяжку печи.Подобные централизованные источники тепла также оставляют в некоторых частях дома более прохладную температуру, и, поскольку большинство людей склонны поддерживать в доме базовую температуру, более вероятно, что в доме возникнут горячие точки, особенно те, которые плохо изолированы.

    При одинаковом вводе энергии количество тепла, добавляемого к дому через любой источник тепла электрического сопротивления (например, тостер или электрическая плита), равно теплу, доставляемому обычными системами электрического отопления. Ходить по дому с феном было бы не менее эффективно (если не считать прилагаемых усилий), чем управлять электропечи.Даже работающий компьютер или заряжающий мобильный телефон добавят в ваш дом такое же количество БТЕ на ватт, что и настоящий «обогреватель».

    Тепловой насос, работающий на электричестве, а не на газе, также квалифицируется как электрическое тепло; это единственное исключение из правила равной эффективности, поскольку это не электрическое сопротивление тепла, а электричество питает конденсатор и вентилятор. Смотрите наше видео, объясняющее, как работают тепловые насосы, для более подробной информации.

    Типы электронагревателей сопротивления:

    Электропечь с воздушным потоком:

    Хотя это дешевле, чем масляная печь, это не дешевый и эффективный способ обогрева с помощью электричества.Помимо стоимости работы печи и воздуховодов (которые могут быть довольно дорогими), для работы требуется не только выработка тепла, но и энергия, необходимая для распределения этого тепла по всему дому. Потери тепла могут происходить через воздуховоды в помещениях, которые вы не собираетесь отапливать, что еще больше снижает общую эффективность.

    Электропечи также потребуют регулярного обслуживания, замены фильтров и очистки каналов. Эти затраты также следует учитывать. Ожидайте, что продолжительность жизни составит от 15 до 20 лет.

    Для наилучшей работы электропечи важен соответствующий размер, и больший размер не всегда лучше. Печь, слишком большая для данного помещения, завершит цикл нагрева быстрее, тратя больше времени на фазу запуска, чем на рабочий уровень максимальной эффективности. А печи меньшего размера дешевле, так что это беспроигрышная ситуация.

    Электрические обогреватели плинтусов:

    В электрических обогревателях плинтуса есть элементы, которые выделяют тепло, которое затем распределяется в процессе конвекции.Нагретый воздух поднимается через металлические ребра, а холодный воздух всасывается через дно.

    Обогревателями плинтуса можно управлять в зональной системе, с термостатами в каждой комнате. Это может помочь снизить общее потребление, позволяя поддерживать более низкую температуру в редко используемых местах.

    Оптимальное размещение обогревателей плинтуса - под окнами, так как именно там будут наибольшие потери тепла. Также важно, чтобы они были установлены на высоте дюйма над уровнем пола, чтобы воздух мог поступать через дно.

    Электрические конвекционные обогреватели:

    Конвекционный обогреватель похож на обогреватель для плинтуса, но с прикрепленным вентилятором. Итак, опять же, разница не в эффективности, а в доставке. Они могут обогревать комнату быстрее, чем плинтусы, и распределять тепло более равномерно, но, с другой стороны, дополнительное движение воздуха может мешать пыли больше, чем плинтусы, как это сделала бы печь. И в зависимости от уровня децибел на выходе конкретного устройства, он, возможно, также добавит элемент шума.

    Выбор между плинтусами и конвекционными обогревателями - это только вопрос стоимости покупки и личных предпочтений, а не вопрос эффективности. Они немного дороже, так как в них есть движущиеся части, но их нельзя продавать в сравнении с конвекционными обогревателями с распространенным заблуждением, что они обеспечивают большую эффективность.

    Электрические теплые полы:

    Нагревательные кабели можно прокладывать как под плиткой, так и под паркетом. Это не дешевая система в установке, но это очень удобный способ отвода тепла.Лучистое внутрипольное отопление также может быть достигнуто с помощью систем водяного отопления, которые при нагреве водой от электрического бойлера также предлагают такое же количество БТЕ на ватт, но этот тип системы действительно необходимо устанавливать при строительстве домов.

    Другие страницы, посвященные экологически чистым вариантам отопления , см. Здесь из Руководства по экологическому строительству EcoHome

    .

    Самый дешевый способ обогреть дом электричеством

    Стоимость энергии в США продолжает расти ежегодно, в результате чего отопление и охлаждение становятся все более дорогими. Поэтому неудивительно, что люди хотят знать, как сэкономить деньги и, возможно, конкретнее, какой метод является самым дешевым способом обогреть дом электричеством?

    По данным Министерства энергетики США, на отопление и охлаждение в среднем приходится колоссальные 48% энергопотребления, что делает их самыми большими расходами на электроэнергию.

    Электроэнергия в качестве основного источника энергии для отопления домов остается популярной в США, и, по оценкам, 36% домохозяйств используют ее в качестве основного источника топлива для отопления.

    В этом руководстве мы исследуем, когда электрическое отопление имеет финансовый смысл, и, сравнивая некоторые из самых популярных доступных систем электрического отопления, мы определим, какой именно метод является самым дешевым способом обогрева дома с помощью электричества.

    Сравнение типов отопительных систем

    Независимо от того, какой тип отопительной системы вы используете, определенно стоит знать о ценах на некоторые из самых популярных сегодня источников тепловой энергии в США.

    Системы природного газа

    Природный газ, то есть топливо, используемое в газовых каминных топках, является одной из самых популярных систем отопления для домов в Соединенных Штатах и ​​включает в себя обычные системы отопления, такие как печи на природном газе. В зависимости от вашего местоположения и эффективности вашего устройства вы можете потенциально сократить свои счета за электроэнергию вдвое по сравнению с другими источниками энергии, например те, которые питаются от электричества.

    Не только это, но и тепло, производимое газовыми системами, потенциально может обеспечивать температуру на 25 градусов выше, чем в системах электрического отопления.

    По сравнению с электричеством, газ также получает награду за экологичность, поскольку для производства электроэнергии требуется большее количество энергии. Газ также производит гораздо меньше парниковых газов, чем любое другое ископаемое топливо, включая уголь, нефть и даже древесину.

    В конечном счете, природный газ - это надежное и эффективное топливо, которое является предпочтительным вариантом для государств с более холодным климатом. Основные недостатки природного газа включают тот факт, что это ограниченный источник топлива, который производит загрязняющие вещества в виде парниковых газов.Наконец, установка газопроводов и инфраструктуры - дорогостоящая задача.

    Нагревание пропаном

    Пропан - еще один распространенный вид топлива, который часто используется для обогрева домов. Подобно природному газу, он также является ископаемым топливом и поэтому является ограниченным ресурсом.

    В зависимости от того, какой конкретно пропановый обогреватель используется, пропан как источник энергии может быть эффективным способом обогрева дома. Фактически, пропан производит больше британских тепловых единиц, чем отопление на природном газе.

    Еще одно важное преимущество пропана заключается в том, что он является более экологичным по сравнению с другими видами энергии. Например, при сжигании пропана образуется на 24% меньше углекислого газа, чем при сжигании нефти.

    Пропановые баки, используемые в обычных пропановых нагревателях, также идеально подходят для длительного хранения, так как они имеют длительный срок хранения, поэтому многие часто рассматривают пропан как жизнеспособный резервный вариант.

    Как мы обсуждали в нашей публикации «Плюсы и минусы пропанового тепла», обратная сторона пропана заключается в том, что цены на пропан могут сильно различаться в зависимости от местоположения и в среднем по-прежнему остаются более дорогим вариантом.Кроме того, хранение баллонов с пропаном под высоким давлением считается не идеальным, поскольку они представляют собой потенциальный риск в случае утечки или взрыва.

    Системы подогрева масла

    Для обогрева используются различные масла, все из которых являются производными сырой нефти. Основным преимуществом систем масляного отопления является то, что они предлагают более высокие БТЕ, чем такие альтернативы, как природный газ.

    Недостатки масляного отопления в том, что производственный процесс наносит вред окружающей среде.Часто нефть добывается в открытом море, что является дурной причиной разливов нефти, которые часто приводят к катастрофическому ущербу для окружающей среды. Как правило, нефть также не является самым дешевым из видов топлива, поскольку в среднем природный газ является более дешевым вариантом для многих.

    Не только масло, как правило, дороже, но и работа системы подогрева масла, такой как масляная печь, требует от вас хранения масла в резервуаре и эффективного управления пополнением. Масляные печи также часто требуют технического обслуживания чаще, чем другие системы, поскольку они имеют тенденцию производить больше отходов, хотя масляные нагреватели обычно требуют меньшего обслуживания.

    Электроэнергия

    В США до 36% домов используют электричество для обогрева домов. В целом электрическое отопление, такое как электрические камины, дороже, чем более популярный природный газ, и для достижения максимальной тепловой мощности требуется больше времени.

    Тем не менее, электрические системы обогрева имеют ряд преимуществ, которые делают их привлекательным выбором для многих. К ним относятся низкие первоначальные затраты на отопительные системы, как правило, из-за доступности и минимальных требований к установке.

    Кроме того, электрическое отопление, как правило, намного проще поддерживать, чем альтернативные варианты, и при этом необходимая установка менее разрушительна, как это часто бывает с газовыми печами, которые требуют установки внешней вентиляции и газовых линий.

    Когда имеет смысл электрическое нагревание?

    Ваш климат является основным решающим фактором при принятии решения о том, является ли электричество лучшим вариантом обогрева, и это часто имеет смысл в теплом и мягком климате, где газовые печи, требующие большого технического обслуживания, могут быть не рентабельными.Например, электрические тепловые насосы - популярный выбор в более теплых странах, где нет спроса на продолжительное отопление.

    Однако в холодном климате правда заключается в том, что использование электричества для обогрева домов обычно дороже, чем другие варианты, такие как природный газ. Для этого есть две основные причины. Во-первых, для нагрева природного газа требуется меньше времени, чтобы достичь максимальной тепловой мощности, а природный газ, как правило, дешевле.

    Хотя, безусловно, стоит отметить, что достижения в области отопительных технологий сделали такие устройства, как электрические тепловые насосы, намного более эффективными и более дешевыми в эксплуатации, чем это было раньше.

    Стоимость электрического отопления

    Как вы, наверное, знаете, стоимость энергии ежегодно увеличивается, и этот год не стал исключением. На официальном веб-сайте штата Массачусетс проводится оценка годового прироста энергии и проводится сравнение цен на различные виды топлива, что может оказаться полезным.

    Таблица 1: Стоимость отопления домов с использованием равного количества энергии и% увеличения

    Топливо для отопления 2017 2018 Изменение
    Естественное Газ 1,280 $ 1,569 $ 7.2%
    Топочный мазут $ 1 949 $ 2278 10,2%
    Пропан $ 3 331 $ 3 744 6.0%
    Электрический 9002 $ 11,1%

    Хотя это не относится ко всей стране, это действительно регион, где потребители будут нуждаться в значительном количестве тепла в зимние месяцы.Как показано, каждое среднее значение за год выросло по сравнению с предыдущим годом, но электрическое отопление по-прежнему остается одним из самых дорогих для обогрева вашего дома.

    Большинство людей хотят знать, что дешевле: газовое или электрическое тепло? Как видите, в среднем газ значительно дешевле.

    Плюсы и минусы систем электрического отопления

    Существует много различных типов систем отопления, и когда дело доходит до электричества, варианты особенно разнообразны.При этом у любой формы домашнего отопления есть как плюсы, так и минусы. Ниже приведены некоторые из возможных вариантов:

    Электрические обогреватели

    Плюсы: Этот тип обогревателя очень легко получить и не требует профессиональной установки. Они бывают разных размеров, и для их подключения требуется просто розетка.

    Обогреватели - фантастический способ сэкономить деньги при правильном использовании. Они, конечно, не предназначены для отопления всего дома, а предназначены для эффективного зонального отопления.Ознакомьтесь с нашим руководством по лучшим обогревателям для обогрева больших помещений, если вам нужно что-то с немного большей мощностью.

    Это означает, что они отлично подходят для обогрева комнаты, в которой вы в настоящее время проживаете, и вы можете перемещать их из комнаты в комнату благодаря их небольшому, легкому и портативному дизайну. Это обычно более рентабельно, чем запуск всей системы HVAC.

    Минусы: Поскольку они должны быть подключены к стене, они могут обогревать только ограниченные области дома i.е. те, у кого есть доступ к ближайшей розетке.

    Кроме того, это не тот вариант, который следует выбирать, если вы ищете одно устройство для обогрева всего дома. Он также не подходит в качестве основного источника тепла в холодном климате, но, безусловно, подходит в сочетании с другими формами отопления.

    Многие люди предпочитают выключать термостат своей основной системы HVAC и использовать обогреватель в дополнение к комнате, в которой они проводят большую часть своего времени.

    Еще нужно учитывать то, что внешняя поверхность обогревателя может стать очень горячий на ощупь, поэтому он может стать причиной ожога, и его следует хранить вдали от легковоспламеняющихся предметов.

    Электрические тепловые насосы

    Плюсы: Тепловые насосы могут быть чрезвычайно эффективными и использовать охлаждение для передачи тепла из более холодного места в более горячее. По этой причине они, как правило, намного более эффективны, чем печи на природном газе, поскольку вместо выработки тепла путем сжигания они просто передают тепло из одного места в другое.

    Это качество также означает, что тепловые насосы могут обеспечивать как охлаждение, так и обогрев.Тепловые насосы также обеспечивают бесшумную работу и считаются экологически чистым вариантом, поскольку не вызывают прямого загрязнения воздуха.

    Минусы: Тепловые насосы не подходят для более холодного климата и чаще всего используются в юго-восточных штатах. Это связано с тем, что тепловые насосы теряют свою эффективность при понижении температуры, а это означает, что они больше не могут передавать тепло, поскольку его мало.

    Это означает, что им придется полагаться на вторичный источник тепла, который обычно дорог в эксплуатации и не подходит для более холодного климата.

    В зависимости от вашей собственности установка может оказаться сложной задачей, поэтому зачастую ее должен выполнять профессионал. Однако также доступны бесканальные агрегаты, которые проще установить. Вам потребуется установить как внешний, так и внутренний блок.

    Электропечи

    Плюсы: Электропечи - одна из наиболее распространенных форм электрического обогрева, используемых в США. Обычно они контролируются термостатом на стене и, как и газовые печи, обычно не видны (электрическая печь обычно скрыта в подвале).

    Есть несколько преимуществ электрических печей, например, они намного безопаснее газовых печей, не требуют проверок газовой безопасности или детекторов окиси углерода. Как правило, они не требуют такого большого обслуживания, а первоначальные затраты и установка, как правило, намного дешевле.

    С точки зрения срока службы электрические печи также превосходят газовые печи, часто в два раза дольше, чем газовые системы, которые подвержены гораздо большему износу в результате процесса сгорания.

    Минусы: Электрические печи обычно не подходят для использования в более холодном климате, поскольку электричество дороже природного газа. Электрические печи также менее эффективны, чем их газовые конкуренты, поскольку металлические элементы требуют много времени и энергии для достижения максимальной тепловой мощности. Это означает, что они часто не могут сохранить тепло в доме в более холодном климате.

    Электрический подогрев плинтуса

    Плюсы: Эти устройства относительно дешевы, просты в установке и не занимают много места.Они бывают разных размеров и стилей, предлагая вам большое разнообразие.

    Электрический нагреватель сопротивлением, также называемый электрическим нагревом плинтуса, лучше всего подходит для сухого теплого климата. Часто та же технология используется и в настенных электрических обогревателях.

    Из-за своей низкой стоимости они идеально подходят для ситуаций, когда отдельная комната или реконструкция требует немного больше тепла, но установка более дорогой системы не может быть финансово оправдана.

    Минусы: Плинтусные обогреватели остаются одним из самых дорогостоящих методов отопления дома.Их конструкция также очень неэффективна, поскольку многие устройства предназначены для установки под окнами или на внешней стене дома. Эти две ключевые области плохо изолированы и, естественно, требуют больше тепла (и, следовательно, энергии), чтобы стать теплее.

    Как и у всех электронагревателей, здесь есть внешний компонент, который может сильно нагреваться. По этой причине вы должны держать домашних животных и маленьких детей на безопасном расстоянии, чтобы обеспечить их безопасность.

    Какая система электрического отопления самая лучшая?

    Как обсуждалось ранее, в целом электрическое отопление - плохой выбор из-за эффективности большинства систем электрического отопления и высокой стоимости электроэнергии по всей стране.

    Вместе с тем, иногда отопление дома электричеством может иметь финансовый смысл. Например, если вы живете в теплом климате, где потребности в отоплении будут относительно низкими, эффективный электрический тепловой насос, безусловно, будет хорошим вариантом. Они относительно доступны по цене, просты в обслуживании и энергоэффективны.

    Электрический обогреватель, такой как галогенный обогреватель, также может быть подходящим, как и инфракрасные обогреватели и микатермические обогреватели в некоторых случаях, например, для зонального обогрева.Здесь вы отапливаете одну зону вашего дома, а не всю собственность, например комната, которую вы сейчас используете.

    У вас также есть возможность установить термостат на вашей основной системе отопления на низкий уровень и дополнить свое отопление подобными обогревателю. Люди также находят их полезными, если у них где-то в доме есть холодное пятно, которое, казалось бы, недоступно.

    Для штатов, расположенных на севере и северо-востоке, было бы разумно рассмотреть всеобъемлющий вариант, такой как печь на природном газе.Хотя их установка и обслуживание обходятся дороже, вам понадобится что-то надежное, эффективное и экономичное, чтобы обслуживать вас все зимние месяцы.

    Окончательное решение

    В конечном счете, лучшая система отопления для вашего дома в долгосрочной перспективе не всегда является самой дешевой системой, которую нужно купить и установить заранее. Вам нужно будет учитывать важные факторы, включая местный климат, годовое потребление тепла, бюджет и размер вашей собственности.

    Если вы живете в более холодном климате, например на северо-востоке, то нет никаких сомнений в том, что самый дешевый способ обогреть весь дом в зимние месяцы - не электричеством. Лучшим вариантом является печь на природном газе, которая обеспечивает максимальную эффективность и самые низкие счета по сравнению с другими видами топлива.

    Однако, если вы живете на юго-востоке или в теплом и сухом климате, не имеет большого финансового смысла тратить время на покупку и установку новой газовой системы, которую вы будете редко использовать.Вместо этого эффективная система с электрическим тепловым насосом обеспечит круглогодичное охлаждение и обогрев за небольшую часть стоимости.

    .

    Бетонные полы с подогревом - Теплый пол

    Modern Concrete in East Providence, RI

    Отопление дома с помощью печи с принудительной подачей воздуха - не единственный вариант, когда у вас бетонные полы. Вы можете сэкономить энергию и создать более здоровую и комфортную среду обитания, если сам пол будет распределять тепло от земли вверх через лучистую систему обогрева пола.

    Наука, лежащая в основе лучистого напольного отопления, довольно проста: в бетонную плиту во время заливки устанавливаются трубы, по которым циркулирует горячая вода, или электрические нагревательные элементы, превращая тепловую массу бетона в незаметный радиатор теплого, равномерного тепла.

    Найдите подрядчиков по бетонному полу для установки лучистого отопления.

    Бетонный пол с подогревом дает следующие преимущества:

    • Твои ноги всегда жареные в тепле
    • Температура стабильна и легко регулируется
    • Вы не почувствуете сквозняков и не услышите шума вдуваемого воздуха
    • Пыль или аллергены не попадают в ваш дом через вентиляционные отверстия

    Лучше всего то, что вы обычно будете платить более низкие коммунальные расходы, чем при использовании системы с принудительной подачей воздуха, потому что лучистое отопление бетонного пола потребляет меньше энергии для достижения того же уровня комфорта.

    Что делать, если у вас уже есть бетонный пол? Лучистое отопление по-прежнему возможно. Доступны новые ультратонкие электрические нагревательные маты, которые можно встраивать в тонкозатвердевшие цементные или гипсовые покрытия, что позволяет переоборудовать существующие плиты без значительного увеличения высоты пола. Здесь вы найдете дополнительную информацию о том, что такое лучистое отопление в полу, как оно работает, о преимуществах лучистого тепла и где найти монтажников.

    Информация о лучистом отоплении

    Что такое теплый пол?

    Что такое лучистая энергия? Вот отличное описание, предоставленное Radiant Professionals Alliance: Держите руку над чашкой кофе и почувствуйте тепло.Логичный вывод - поднимается жар. Возможно, логично, но неверно!

    «Горячий воздух» поднимается, но «тепло» может распространяться во многих направлениях. Вот почему вы можете почувствовать тепло кофейной чашки, если приложите к ней руку. Передача лучистой энергии вызвана тем, что теплая поверхность передает тепло более холодной поверхности.

    Подумайте, как солнце (10 000 ° F) нагревает землю (61 ° F). Солнце излучает свою энергию на землю. Лучистая энергия поглощается землей и выделяется в виде тепла.

    Система лучистого теплого пола просто излучает тепло от пола вверх, обеспечивая оптимальный комфорт и многие другие преимущества.

    Преимущества

    .

    Основы системы отопления и охлаждения: советы и рекомендации

    Как только воздух нагревается или охлаждается у источника тепла / холода, его необходимо распределить по различным комнатам вашего дома. Это может быть выполнено с помощью систем с принудительной подачей воздуха, гравитации или излучения, описанных ниже.

    Системы нагнетания воздуха

    Система принудительной подачи воздуха распределяет тепло, производимое печью, или холод, производимый центральным кондиционером, через вентилятор с электрическим приводом, называемый нагнетателем, который нагнетает воздух через систему металлических каналов в комнаты в вашем доме.По мере того, как теплый воздух из печи втекает в комнаты, более холодный воздух в комнатах стекает через другой набор каналов, называемый системой возврата холодного воздуха, в печь для обогрева. Эта система регулируется: вы можете увеличивать или уменьшать количество воздуха, проходящего через ваш дом. В центральных системах кондиционирования воздуха используется та же система принудительной подачи воздуха, включая вентилятор, для распределения холодного воздуха по комнатам и для возврата более теплого воздуха для охлаждения.

    Объявление

    Проблемы с системами принудительной подачи воздуха обычно связаны с неисправностью вентилятора.Воздуходувка также может быть шумной и добавляет стоимость электроэнергии к стоимости печного топлива. Но поскольку в ней используется воздуходувка, система принудительной подачи воздуха является эффективным способом отвода тепла или охлаждения воздуха по всему дому.

    Гравитационные системы

    Гравитационные системы основаны на принципе подъема горячего воздуха и опускания холодного воздуха. Следовательно, гравитационные системы нельзя использовать для распределения холодного воздуха из кондиционера. В гравитационной системе печь располагается рядом с полом или под ним.Нагретый воздух поднимается по воздуховодам и попадает в пол по всему дому. Если печь расположена на первом этаже дома, тепловые регистры обычно располагаются высоко на стенах, потому что регистры всегда должны быть выше печи. Нагретый воздух поднимается к потолку. По мере того, как воздух охлаждается, он опускается, входит в каналы возвратного воздуха и возвращается в печь для повторного нагрева.

    Другой основной системой распределения для отопления является лучистая система.Источником тепла обычно является горячая вода, которая нагревается печью и циркулирует по трубам, встроенным в стену, пол или потолок.

    Радиант Системс

    Излучающие системы работают, обогревая стены, пол или потолок комнат или, что чаще всего, обогревая радиаторы в комнатах. Затем эти предметы нагревают воздух в комнате. В некоторых системах используются электрические нагревательные панели для выработки тепла, которое излучается в комнаты. Как и гравитационные настенные обогреватели, эти панели обычно устанавливают в теплом климате или там, где электричество относительно недорого.Излучательные системы нельзя использовать для распределения холодного воздуха от кондиционера.

    Радиаторы и конвекторы, наиболее распространенные средства распределения лучистого тепла в старых домах, используются в системах водяного отопления. Эти системы могут зависеть от силы тяжести или от циркуляционного насоса для циркуляции нагретой воды от котла к радиаторам или конвекторам. Система, в которой используется насос или циркуляционный насос, называется гидравлической системой.

    Современные системы лучистого отопления часто встраиваются в дома, построенные на фундаменте из бетонных плит.Под поверхностью бетонной плиты прокладывается сеть водопроводных труб. Когда бетон нагревается трубами, он нагревает воздух, соприкасающийся с поверхностью пола. Плита не должна сильно нагреваться; в конечном итоге он будет контактировать с воздухом в доме и нагревать его.

    Системы Radiant, особенно когда они зависят от силы тяжести, подвержены ряду проблем. Трубы, используемые для распределения нагретой воды, могут забиться минеральными отложениями или наклониться под неправильным углом.Бойлер, в котором вода нагревается у источника тепла, тоже может выйти из строя. В новых домах системы горячего водоснабжения устанавливаются редко.

    В следующем разделе вы узнаете, как термостат и другие элементы управления используются для поддержания климата в помещении, создаваемого вашими системами отопления и охлаждения.

    .

    Устройства, преобразующие тепло в электричество, на шаг ближе к реальности

    Изображение никель-платинового композитного материала, созданного в Университете штата Огайо, на сканирующем просвечивающем электронном микроскопе Слева изображение перекрыто картами элементов материала в искусственных цветах, включая платину (красный), никель (зеленый) и кислород (синий). Предоставлено: изображение Изабель Буна, Центр электронной микроскопии и анализа ОГУ; Изображение слева подготовила Рене Рипли.Предоставлено Государственным университетом Огайо.

    Те же исследователи, которые первыми использовали квантово-механический эффект для преобразования тепла в электричество, выяснили, как заставить свою технику работать в форме, более подходящей для промышленности.

    В Nature Communications инженеры из Университета штата Огайо описывают, как они использовали магнетизм на никеле и платине для усиления выходного напряжения в 10 или более раз - не в тонкой пленке, как они делали раньше, а в более толстый кусок материала, который больше напоминает компоненты будущих электронных устройств.

    Многие электрические и механические устройства, такие как автомобильные двигатели, выделяют тепло как побочный продукт своей нормальной работы. Это называется «отходящее тепло», и его существование требуется в соответствии с фундаментальными законами термодинамики, пояснил соавтор исследования Стивен Буна.

    Но растущая область исследований, называемая твердотельными термоэлектриками, направлена ​​на улавливание этого отработанного тепла внутри специально разработанных материалов для выработки энергии и повышения общей энергоэффективности.

    «Более половины потребляемой нами энергии тратится впустую и попадает в атмосферу в виде тепла», - сказал Буна, научный сотрудник в штате Огайо.«Твердотельные термоэлектрики могут помочь нам восстановить часть этой энергии. Эти устройства не имеют движущихся частей, не изнашиваются, надежны и не требуют обслуживания. К сожалению, на сегодняшний день они также слишком дороги и недостаточно эффективны, чтобы гарантирует широкое использование. Мы работаем над этим ".

    В 2012 году та же исследовательская группа из штата Огайо, возглавляемая Джозефом Хермансом, продемонстрировала, что магнитные поля могут усиливать квантово-механический эффект, называемый спин-эффектом Зеебека, и, в свою очередь, повышать выходное напряжение тонких пленок, сделанных из экзотических наноструктурированных материалов из от нескольких микровольт до нескольких милливольт.

    В этом последнем достижении они увеличили выходную мощность для композита из двух очень распространенных металлов, никеля с добавлением платины, с нескольких нановольт до десятков или сотен нановольт - меньшее напряжение, но в гораздо более простом устройстве, которое не требует нанопроизводства и может быть легко расширена для промышленности.

    Хереманс, профессор машиностроения и аэрокосмической техники и выдающийся ученый в области нанотехнологий из Огайо, сказал, что в некоторой степени использование той же техники для более толстых кусков материала потребовало, чтобы он и его команда переосмыслили уравнения, которые управляют термодинамикой и термоэлектричеством, которые были разработаны до того, как ученые узнали о квантовой механике.И хотя квантовая механика часто касается фотонов - волн и частиц света, - исследования Херманса касаются магнонов - волн и частиц магнетизма.

    «В основном, классическая термодинамика охватывает паровые двигатели, использующие пар в качестве рабочего тела, или реактивные двигатели или автомобильные двигатели, использующие воздух в качестве рабочего тела.Термоэлектрики используют электроны в качестве рабочего тела. И в этой работе мы используем кванты намагниченности или «магноны» в качестве рабочего тела », - сказал Хереманс.

    Исследования в области термодинамики на основе магнонов до сих пор всегда проводились в тонких пленках - возможно, толщиной всего в несколько атомов - и даже самые лучшие пленки производят очень малые напряжения.

    В статье 2012 года его команда описала воздействие магнонов на электроны, чтобы протолкнуть их сквозь термоэлектрические материалы. В текущем документе Nature Communications они показали, что тот же метод можно использовать в объемных кусках композитных материалов для дальнейшего улучшения утилизации отходящего тепла.

    Вместо того, чтобы наносить тонкую пленку платины поверх магнитного материала, как они, возможно, делали раньше, исследователи беспорядочно распределяли очень небольшое количество наночастиц платины по всему магнитному материалу - в данном случае никелю. Полученный композит давал повышенное выходное напряжение из-за спинового эффекта Зеебека. Это означает, что при заданном количестве тепла композитный материал генерировал больше электроэнергии, чем любой материал мог бы сам по себе. Поскольку весь композитный материал является электропроводным, другие электрические компоненты могут потреблять напряжение от него с большей эффективностью по сравнению с пленкой.

    Хотя композит еще не является частью реального устройства, Хереманс уверен, что доказательство принципа, установленное в этом исследовании, вдохновит на дальнейшие исследования, которые могут привести к применению для обычных генераторов отходящего тепла, включая автомобильные и реактивные двигатели. Он добавил, что идея носит очень общий характер и может быть применена к различным комбинациям материалов, позволяя использовать совершенно новые подходы, которые не требуют дорогих металлов, таких как платина, или сложных процедур обработки, таких как выращивание тонких пленок.


    Ученые приблизились к новому виду термоэлектрического «теплового двигателя»
    Дополнительная информация: Стивен Р. Буна и др. Наблюдение за вкладом спинового Зеебека в поперечную термоэдс в объемных нанокомпозитах Ni-Pt и MnBi-Au, Nature Communications (2016).DOI: 10.1038 / ncomms13714

    C. M. Jaworski et al. Эффект Зеебека с гигантским вращением в немагнитном материале, Nature (2012). DOI: 10.1038 / nature11221

    Предоставлено Государственный университет Огайо

    Цитата : Устройства, преобразующие тепло в электричество, на шаг ближе к реальности (2016, 23 декабря) получено 6 ноября 2020 с https: // физ.org / news / 2016-12-devices-electric-close-reality.html

    Этот документ защищен авторским правом. За исключением честных сделок с целью частного изучения или исследования, никакие часть может быть воспроизведена без письменного разрешения. Контент предоставляется только в информационных целях.

    .

    Надежный способ превратить тепло в электричество - ScienceDaily

    Физики Университета Юты разработали небольшие устройства, которые превращают тепло в звук, а затем в электричество. Эта технология обещает превратить отходящее тепло в электричество, использовать солнечную энергию и охлаждать компьютеры и радары.

    «Мы эффективно и просто преобразовываем отработанное тепло в электричество, используя звук», - говорит Орест Симко, профессор физики Университета штата Юта, возглавляющий эту работу. «Это новый источник возобновляемой энергии из отработанного тепла.«

    Пятеро докторантов Симко недавно разработали методы повышения эффективности акустических тепловых машин для преобразования тепла в электричество. Они представят свои выводы в пятницу, 8 июня, во время ежегодного собрания Акустического общества Америки в отеле Hilton Salt Lake City Center.

    Symko планирует в течение года испытать устройства для производства электроэнергии из отработанного тепла на военной радиолокационной станции и на водогрейной станции университета.

    Исследование финансируется армией США, которая заинтересована в том, чтобы «избавиться от тепла радара, а также создать портативный источник электроэнергии, который можно использовать на поле боя для управления электроникой», - говорит он.

    Symko ожидает, что эти устройства можно будет использовать в течение двух лет в качестве альтернативы фотоэлектрическим элементам для преобразования солнечного света в электричество. Тепловые двигатели также можно использовать для охлаждения ноутбуков и других компьютеров, которые выделяют больше тепла по мере того, как их электроника становится более сложной.И Symko предусматривает использование этих устройств для выработки электроэнергии из тепла, которое теперь выделяется из градирен атомных электростанций.

    Как получить энергию от тепла и звука

    Работа Симко по преобразованию тепла в электричество с помощью звука проистекает из его текущих исследований по разработке крошечных термоакустических холодильников для охлаждения электроники.

    В 2005 году он начал пятилетний исследовательский проект по преобразованию тепла, звука в электричество под названием «Термоакустическое преобразование пьезоэнергии» (TAPEC).Симко работает с сотрудниками из Университета штата Вашингтон и Университета Миссисипи.

    В течение последних двух лет проект получил финансирование в размере 2 миллионов долларов, и Symko надеется, что он будет расти по мере дальнейшего уменьшения размеров небольших устройств тепло-звук-электричество, чтобы их можно было встраивать в микромашины (известные как микроэлектромеханические системы или МЭМС) для использования в охлаждение компьютеров и других электронных устройств, таких как усилители.

    Использование звука для преобразования тепла в электричество состоит из двух основных этапов.Симко и его коллеги разработали различные новые тепловые двигатели (технически называемые «термоакустические первичные двигатели»), чтобы выполнить первый шаг: преобразовать тепло в звук.

    Затем они преобразуют звук в электричество, используя существующие технологии: «пьезоэлектрические» устройства, которые сжимаются в ответ на давление, включая звуковые волны, и преобразуют это давление в электрический ток. «Пьезо» означает давление или сдавливание.

    Большинство акустических устройств, преобразующих тепло в электричество, построенных в лаборатории Symko, размещены в цилиндрических «резонаторах», которые помещаются в ладони вашей руки.Каждый цилиндр или резонатор содержит «стопку» материала с большой площадью поверхности, например, металлические или пластиковые пластины или волокна из стекла, хлопка или стальной ваты, размещенные между холодным теплообменником и горячим теплообменником. .

    При подаче тепла - спичками, паяльной лампой или нагревательным элементом - тепло достигает порога. Затем горячий движущийся воздух издает звук с единственной частотой, похожий на звук, поступающий в флейту.

    «У вас жар, такой беспорядочный и хаотичный, и внезапно у вас появляется звук, выходящий на одной частоте», - говорит Симко.

    Затем звуковые волны сжимают пьезоэлектрическое устройство, создавая электрическое напряжение. Симко говорит, что это похоже на то, что происходит, если вы поражаете нерв в локте, вызывая болезненный электрический нервный импульс.

    Более длинные резонаторные цилиндры производят более низкие тона, а более короткие лампы - более высокие тона.

    Устройства, преобразующие тепло в звук, а затем в электричество, не имеют движущихся частей, поэтому такие устройства не требуют значительного обслуживания и служат долго. Их не нужно строить так же точно, как, скажем, поршни в двигателе, который теряет эффективность по мере износа поршней.

    Symko утверждает, что устройства не будут создавать шумового загрязнения. Во-первых, по мере разработки устройств меньшего размера они будут преобразовывать тепло в ультразвуковые частоты, которые люди не могут слышать. Во-вторых, громкость звука уменьшается, поскольку он преобразуется в электричество. Наконец, «легко сдержать шум, поместив вокруг устройства звукопоглотитель», - говорит он.

    Исследования по повышению эффективности акустического преобразования тепла в электричество

    Вот резюме исследований докторантов Симко:

    - Студентка Бонни Маклафлин показала, что можно удвоить эффективность преобразования тепла в звук, оптимизируя геометрию и изоляцию акустического резонатора, а также нагнетая тепло непосредственно в горячий теплообменник.

    Она построила цилиндрические устройства длиной 1,5 дюйма и шириной полдюйма, и работала над улучшением того, сколько тепла преобразуется в звук, а не уходит. Всего лишь разница температур в 90 градусов по Фаренгейту между горячими и холодными теплообменниками производила звук. Некоторые устройства производили звук на уровне 135 децибел - громче, как отбойный молоток.

    - Студент Ник Уэбб показал, что сжимая воздух в резонаторе аналогичного размера, он может производить больше звука и, следовательно, больше электричества.

    Он также показал, что при увеличении давления воздуха требуется меньшая разница температур между теплообменниками, чтобы тепло начало преобразовываться в звук. Это делает практичным использование акустических устройств для охлаждения портативных компьютеров и другой электроники, которая выделяет относительно небольшое количество отработанного тепла, говорит Симко.

    - Потребуются многочисленные устройства преобразования тепла в звук в электричество для использования солнечной энергии или для охлаждения крупных промышленных источников отработанного тепла. Студентка Бренна Гиллман узнала, как собрать устройства, собранные вместе, чтобы сформировать массив, чтобы они работали вместе.

    Чтобы массив мог эффективно преобразовывать тепло в звук и электричество, его отдельные устройства должны быть «соединены», чтобы производить звук одинаковой частоты и синхронно вибрировать.

    Гиллман использовал различные металлы для изготовления опор для одновременного размещения пяти устройств. Она обнаружила, что устройства можно синхронизировать, если опора будет сделана из менее плотного металла, такого как алюминий, и, что более важно, если отношение веса опоры к общему весу массива будет в определенном диапазоне.Устройства можно было бы синхронизировать даже лучше, если бы они были «связаны», когда их звуковые волны взаимодействовали в воздушной полости в опоре.

    - Студент Иван Родригес использовал другой подход при создании акустического устройства для преобразования тепла в электричество. Вместо цилиндра он построил резонатор из полой стальной трубы диаметром четверть дюйма, изогнутой в форме кольца диаметром около 1,3 дюйма.

    В резонаторах цилиндрической формы звуковые волны отражаются от концов цилиндра.Но когда тепло подается на кольцевой резонатор Родригеса, звуковые волны продолжают кружить через устройство, и ничто не может их отразить.

    Symko утверждает, что кольцеобразное устройство в два раза эффективнее цилиндрических устройств в преобразовании тепла в звук и электричество. Это потому, что давление и скорость воздуха в кольцевом устройстве всегда синхронизированы, в отличие от цилиндрических устройств.

    - Студентка Майра Флиткрофт разработала цилиндрический тепловой двигатель, размер которого в три раза меньше других устройств.Его ширина меньше половины пенни, что дает гораздо более высокую высоту звука, чем у других резонаторов. При нагревании устройство генерировало звук на уровне 120 децибел - уровень сирены или рок-концерта.

    «Это чрезвычайно маленькое термоакустическое устройство - одно из самых маленьких из всех построенных - и оно открывает путь для их создания в виде массива», - говорит Симко.

    .

    Смотрите также

    Новости

    Скидки 30% на ремонт квартиры под ключ за 120 дней

    Компания МастерХаус предлагает качественные услуги по отделке, которые выполнены в соответствии с вашими пожеланиями. Даже самые невероятные фантазии можно воплотить жизнь, стоит только захотеть.

    29-01-2019 Хиты:0 Новости

    Подробнее

    Есть вопросы? Или хотите сделать заказ?

    Оставьте свои данные и мы с вами свяжемся в ближайшее время.

    Индекс цитирования