Гарячий трикотаж
2006-10-27 18:38:51
Застосування високоефективних електротермічних приладів, створених на основі тканих нагрівальних елементів, забезпечує зниження енергоспоживання технологічного устаткування і витрат на обігрів виробничих приміщень Існує думка, що в пристроях електронагріву ні геометрія джерела тепла, ні його конструкція не мають принципового значення: скільки тепла ні виділиться, в кінцевому підсумку все потрапить до споживача. Цей висновок, безумовно, справедливий для термоізольованому системи, яка не обмінюється теплотою з навколишнім середовищем. Але такими системами є тільки спеціальні пристрої – муфельні печі. Всі інші промислові обігрівачі представляють собою динамічні системи з більшими чи меншими тепловтратами в навколишнє середовище. У них кількість тепла, яке йде на обігрів приміщення або обладнання, завжди менше величини, виробленої джерелом тепла. Різниця цих теплових величин (її-то і не беруть до уваги!) Витрачається в пристрої для підтримки функціонально необхідної температури його поверхні. У загальному випадку всі конструкції протяжних джерел тепла можуть бути приведені до двох формам – плоскою і циліндричної. З курсу фізики відомо, що при однаковій площі теплообміну термічний опір циліндричного (трубчастого) теплоізлучателя пропорційно його діаметру, а плоского – його ширині. Внаслідок цього при реальній товщині ізоляції нагрівачів для підтримки однієї і тієї ж температури поверхні теплообміну (тобто створення рівних умов випромінювання тепла) для трубчастих елементів потрібно в 1,5-3 рази більша потужність джерела тепла, ніж для плоских. Крім того, енергетично більш вигідно, коли теплоотдающей поверхня складається з великого числа тонких і легких ребер (це перевага плоских нагрівачів справедливо до тих пір, поки на оточуючий їх повітряний потік не почне впливати близькість сусідніх ребер. Плоскі нагрівачі зазвичай виготовляються у вигляді металевих пластин або стрічок. При цьому найбільш широко відомі алюмінієві теп-лоізлучающіе пластини, які використовуються в інфрачервоних газових нагрівачах (про них читайте в «ДІТ» № 6-7/2000 на с. 74). Стрічкові ткані нагрівачі ще не отримали широкого розповсюдження, хоча вони мають значно ширший спектр застосувань, перш за все завдяки тому, що можуть приймати будь-яку форму, тісно контактуючи з поверхнями найскладнішою геометрії. Очевидно, це пов'язано з низькою поінформованістю потенційних споживачів нагрівальних приладів як побутового, так і промислового призначення. У нашій статті представлені характеристики тканих нагрівальних елементів і приклади їх ефективного використання в промисловості. Нюанси електротекстільного виробництва Стрічкові нагрівачі, що випускаються в Німеччині і США, являють собою конструкції зі спеціальною укладанням тонких металевих спіралей, які використовуються в нагрівачах високої теплової потужності, призначених в основному для опалення. Область застосування таких приладів в технологічних процесах обмежена жорсткістю конструкцій, яка не дозволяє вийти за рамки простих геометричних форм. Головною відмітною особливістю стрічкових нагрівачів, що виробляються в Україні, є їх висока гнучкість – майже така ж, як у трикотажних тканин. Та це, по суті, і є тканина, яка виготовлена з струмопровідних та ізоляційних ниток. За цією технологією можуть бути також отримані різноманітні плоскі гнучкі сітки, наприклад, тільки з струмопровідних ниток. Однак такі сітки не забезпечують рівномірності розподілу температури по поверхні полотна, тому вони використовуються дуже рідко. Ткані нагрівальні стрічки , що містять безперервні металеві волокна, які закріплені в електроізоляційної матриці, складаються з двох систем ниток, розташованих взаємно перпендикулярно один до одного і з'єднаних за певним законом. При цьому розрізняють дві їх конструкції: стрічки, в яких металева компонента розташовується по основі поздовжньо, і стрічки з поперечним розташуванням металевої компоненти (по качку). Електроткань першого типу може бути виготовлена з використанням досить жорстких металевих ниток (вони близькі по конструкції до звичайних електричних кабелів, але коштують дорожче). Стрічки другого типу еластичні завдяки тому, що в них використані тонкі ( 0,2 мм і менше) дроти, а їх погонное опір при виробництві тканини можна задавати в межах від 150 до 2500 Ом / м. Електричні властивості нагрівальних стрічок визначаються переважно структурою їх ізолюючого підстави. При цьому необхідне електричний опір стрічки формується за рахунок варіювання її ширини, щільності укладання компонент і діаметра струмопровідної дроту. Тепловіддачу стрічки можна регулювати щільністю укладки ниток основи. Наприклад, при використанні кремнеземних ниток робоча температура тканої стрічки може досягати 750 ° С. У цьому випадку стрічка працює ще і як своєрідний трансформатор випромінювання. Справа в тому , що спектральний коефіцієнт випромінювання металевої нитки невисокий (близько 0,27) і має максимум в області видимого спектру. При цьому інтенсивність її теплового випромінювання в довгохвильовій області також невелика. На відміну від металів кремнеземні нитка має максимум теплового випромінювання в довгохвильовій частині інфрачервоного спектра ( 4-6 мкм) і високий спектральний коефіцієнт випромінювання (приблизно 0,7). Нагріваючись від струмовідного шару, кремнеземні нитка починає працювати як довгохвильовий випромінювач, підвищуючи ефективність джерела тепла. Підлоги, що випромінюють тепло Відомо, що виробничі приміщення зазвичай відрізняються великою площею, високими стелями і частими змінами повітря через великі дверні прорізи. В таких умовах конвекційний теплообмін неефективний і призводить до великих енергетичних втрат. Тому для обігріву в цехах застосовується «тепла підлога» або прилади променистого опалення. Сучасні рішення «теплої підлоги» на резистивних кабелях мають велику матеріаломісткість (10-15 м кабелю на 1 м2 підлоги), високу вартість (не менше $ 30 на 1 м2) і низьку надійність через малу погонною потужності кабелю (10-15 Вт / м). Переваги тканих нагрівальних стрічок – велика площа теплообміну, висока рівномірність температури по поверхні стрічки, в 10-15 разів більша, ніж у кабелів, погонна потужність. Все це дозволяє мінімум на 25% знизити капітальні витрати на створення опалювальної системи, в 1,5 рази зменшити матеріаломісткість (обсяг необхідних нагрівальних елементів) і на 22-27% скоротити експлуатаційні витрати споживача. Прилад подвійного призначення Ще одним з поширених видів обігрівачів виробничих приміщень є стельові інфрачервоні (ІЧ) випромінювачі. Типовий ІЧ-обігрівач являє собою прилад з излучательной поверхнею з листового алюмінію площею до 0,25 м2 і потужністю від 300 до 4500 Вт В цьому випадку капітальні витрати на обігрів становлять близько $ 45 на 1 м2 при витраті електроенергії близько 150 Вт/м2. У нових градієнтних приладах електрообігріву з тілом напруження з тканої нагрівальної стрічки і кахельної поверхнею випромінювання поєднуються теплоакумулююча і випромінювальна здатність з високою гігієнічністю. Прилади мають температуру поверхні 150 ° С і забезпечують комфортну атмосферу на робочому місці при витраті електроенергії 90 – 110 Вт на 1 м2 зони опалення. З урахуванням низьких капітальних витрат ($ 10 – 15 на 1 м2 робочої зони) ці прилади дуже перспективні як джерела тепла у виробничих приміщеннях. Комфорт на транспорті Для швидкого прогрівання повітря у виробничих приміщеннях часто застосовують тепловентилятори великої потужності. Як правило, такі прилади виготовляють з тілами напруження з відкритої спіралі або ТЕНів, потужністю від 5 до 60 кВт. При використанні цих приладів витрата електроенергії становить майже ПО Вт/м2 при капітальних витратах близько $ 9-10 на 1 м2 площі опалювального приміщення. Застосування в тепловентиляторах тканих нагрівальних стрічок підвищує їх ефективність в 1,4-1,6 рази і знижує витрату електроенергії до 80 Вт/м2. Випробування тепловентиляторов з тканими нагрівачами, встановлених в кабінах водіїв п'яти київських тролейбусів, протягом двох опалювальних сезонів показали їх високу ефективність. Енерговитрати на обігрів кабіни водія знизилися з 10 до 3,6 кВт (до цього застосовувалися обігрівачі на ТЕНах). Причому ткані нагрівальні елементи витримали багаторазові коливання напруги в мережі в 1,5-2 рази більше допустимих значень. В таких умовах ТЕНи часто виходили з ладу. Крім того, за рахунок швидкого прогрівання обсягу кабіни і зниження рівня шуму, за свідченням водіїв, значно підвищилася комфортність їх роботи. Часті виходи з ладу ТЕНів і високе енергоспоживання цих пристроїв створюють великі проблеми й на залізничному транспорті. У пасажирських купе одного вагона встановлено 80 обігрівальних приладів на ТЕНах потужністю по 0,75 кВт і 12 приладів потужністю по 1 кВт – в коридорах і тамбурах. При цьому для обігріву вагона витрачається 72 кВт електроенергії. Використання приладів з тканими нагрівачами, які забезпечували в вагоні необхідний температурний комфорт, дозволило знизити витрату енергії на обігрів вагона до 35 кВт. До того ж проблеми з ремонтом і заміною що вийшли з ладу нагрівальних приладів для провідників більше не існує. Острови в океані Технологія виробництва тканих нагрівальних елементів розроблена і впроваджена у виробництво в Інституті проблем матеріалознавства НАН України близько десяти років тому. Її вдосконалення в спільній роботі з НПП «Градієнт» триває і сьогодні, завдяки чому спектр застосування тканих нагрівачів постійно розширюється, забезпечуючи рішення все більшого кола завдань виробництва різної продукції та обігріву робочих місць практично у всіх галузях промисловості. Однак площа цих «острівців» енергозбереження, обумовленого високою енергоефективністю «трикотажних» електронагрівачів, поки ще дуже мала в порівнянні з океаном енергорасточітельства на наших підприємствах (у чому чималу роль відіграє використання нагрівачів з відкритою спіраллю і ТЕНів). Але ми сподіваємося, що обсяги застосування тканих нагрівальних елементів будуть рости, зменшуючи фінансові втрати підприємств. ДОВІДКА З теплої ванни – на мороз Досвід тривалої експлуатації тканих нагрівачів – саме переконливе свідчення їх високої ефективності і надійності. Ось лише деякі приклади їх роботи: • Бандажування зовнішньої поверхні гальванічних ванн тканими нагрівальними стрічками забезпечило їх безперебійну роботу протягом 12 років (застосовувані до цього для нагрівання ТЕНи, які занурювалися в ванни, заповнені агресивними середовищами, по кілька разів на рік виходили з ладу). При цьому за рахунок швидкого досягнення рівномірності температури рідини у ванні споживання електроенергії зменшилося на 20% в порівнянні з енерговитратами при використанні ТЕНів. • Застосування тканих нагрівачів для запобігання замерзання водогонів або утворення гідратних пробок в газопроводах набагато ефективніше і дешевше обігріву за допомогою резистивних кабелів. • Плоскі нагрівачі більше десяти років використовуються на тисячах стрілочних переходів залізниць Україні (один стрілочний перехід споживає 3-6 кВт електроенергії, забезпечуючи безвідмовну роботу обладнання навіть при самих сильних морозах.
ДЖЕРЕЛО: Гроші і Технології