Кабельное отопление: от теплого пола до крыш без сосулек.

В последнее время все более широкое применение находят системы кабельного электрообогрева. Спектр применения таких систем становится все шире, их использование все более экономично, надежно и эффективно. Еще совсем недавно область применения нагревательного кабеля ограничивалась, пожалуй, устройством теплых полов.

В настоящее время ассортимент греющих кабелей и даже термопленок стал намного обширнее, что позволило обогревать все, что угодно, начиная от водопроводных труб и заканчивая крышами зданий. Но сначала вспомним, как все начиналось…

История развития теплого пола уходит корнями в далекое прошлое и насчитывает несколько столетий, даже если не тысячелетий. Первобытное подобие теплого пола было найдено археологами на раскопках в Нижнем Приамурье на острове Сучу. Обнаруженный группой ученых под руководством В. В. Медведева «теплый пол» относится к 1800 – 1600 годам до н.э. Устройство пола представляло собой так называемый кан, который был изготовлен из древесины обмазанной глиной.

Конечно, такой пол мог прослужить недолго, но ученые считают, что подобная находка убедительным образом доказывает, что уже более чем три тысячи лет назад наши предки стремились к созданию уюта в своих жилищах. В основе действия такого теплого пола было разведение огня с последующим прогоном дыма через обмазанные глиной деревянные плашки. Упоминания о таких источниках тепла встречаются в летописях Китая, а также Приморья и Западной Сибири.

Теплые полы были известны и в Древней Греции. Их отопление осуществлялось теплым воздухом от печи по трубам, проложенным в полу. Также уже не одно столетие насчитывает история теплого пола в турецких банях, устройство которого аналогично только что описанному.

В России, благодаря внедрению прогрессивных западных технологий, теплые полы широкое применение получили в 90 – х годах прошлого столетия. Быстрому их распространению способствовало то, что устройство их достаточно просто, не требует для установки и монтажа особых навыков и дорогого инструмента и оборудования. Поэтому теплые полы стали относительно дешевы и доступны многим.

Применение системы теплого пола особенно оправдано в тех случаях, когда напольное покрытие выполнено из природного или искусственного камня либо керамической плитки. Такие материалы имеют привлекательный внешний вид, практичны и долговечны, но, к сожалению, холодны. Ходить босиком по ним просто неприятно и даже может вызвать простудные заболевания. Представьте, что будет, если на таком полу будет сидеть маленький ребенок.

Первые теплые полы строились на основе резистивного нагревательного кабеля. Впоследствии появились новые элементы для создания теплого пола. В первую очередь это двужильный нагревательный кабель и маты для теплого пола на его основе. Также все большее распространение получает пленочный теплый пол. Его основой является специальная термопленка, действие которой основано на явлении инфракрасного дальнего излучения.

К достоинствам теплого пола можно отнести несколько факторов. Теплый пол не сушит воздух, создает в помещении мягкое и ровное тепло. Тут можно вспомнить народную пословицу, что ноги надо держать в тепле, а голову в холоде. Если на поверхности пола температура будет порядка 24 градусов, то на уровне головы в пределах 18…20, что полностью соответствует народной мудрости.

Также теплый пол позволяет избавиться от радиаторов отопления, не занимает дополнительного места и не портит интерьер помещений. Немаловажное достоинство такого пола еще и в малой удельной мощности по сравнению с другими системами отопления.

Управление режимами работы теплого пола осуществляется при помощи терморегуляторов, осуществляющих контроль температуры с помощью специальных датчиков. Датчики устанавливаются внутри бетонной стяжки вместе с нагревательными элементами.

Многие современные терморегуляторы (программируемые термостаты) позволяют работать в нескольких режимах, программируемых пользователем. Например, в течение дня, когда дома никого нет, поддерживается минимальная температура, а к вечеру она несколько повышается. Возможны и другие варианты: в загородном доме в будние дни поддерживается невысокая температура, а к приезду хозяев в выходные автоматически увеличивается до заранее заданного уровня.

Такие системы хороши в условиях закрытых помещений. Но часто возникают ситуации, когда приходится кабельный обогрев устраивать на открытом воздухе или в неотапливаемом помещении. И таких ситуаций более чем достаточно. О некоторых из них вкратце рассказано ниже.

Обогрев емкостей и труб

Достаточно не редкая ситуация, когда замерзает труба, идущая от водопроводного колодца к дому. Чаще всего это происходит в индивидуальных домах, где в ночное время потребления воды практически нет.

В многоквартирных домах вода по трубам течет всегда не переставая, даже ночью. Ведь, например, из ста квартир хотя бы в нескольких краны обязательно подтекают, кто-то пользуется по ночам стиральной машиной — автоматом. Вот эта тоненькая струйка и не дает замерзнуть трубе в самые лютые морозы.

В промышленных условиях часто возникает необходимость поддержания температуры в трубопроводах и емкостях с рабочей жидкостью в соответствии с техпроцессом. И в том и в другом случае лучшим решением проблемы является кабельный подогрев. Проще всего такой подогрев устроить с помощью саморегулирующего нагревательного кабеля. Такой кабель уже успел получить народное название – самрег.

Обогрев водосточных труб и водостоков

За счет обогрева водостоков можно решить такую проблему, как образование сосулек на крыше. Такая система называется «Крыша без сосулек». Это позволяет обеспечить безопасность для окружающих, а кроме того снизить расходы на ремонт кровли и фасада здания.

С помощью нагревательных кабелей создать такую систему достаточно просто, работать она будет надежно и эффективно, а главное, экономично. В этом случае также лучше всего применение саморегулирующихся греющих кабелей.

Обогрев на открытых площадках

Саморегулирующиеся греющие кабели также незаменимы при устройстве незамерзающих открытых площадок. Это такие элементы зданий как ступеньки, подъезды, входы, пандусы. А также въезды в гаражи, автостоянки и т.д.

Для таких применений удельная мощность обогрева составляет около 250…350 Ватт/кв.м. Уже при такой мощности ледяная корка на обогреваемой поверхности будет отсутствовать, а поэтому не надо будет ее скалывать, повреждая покрытие. Такие антиобледенительные системы особенно удобны в загородных домах, когда известно, что ожидается оттепель и последующий за ней гололед. Можно без опасения уезжать в город.

Обогрев грунта

Кабельные системы незаменимы при обогреве грунта в теплицах и на спортивных газонах, а также для исключения промерзания грунта под мощными морозильными установками. В этих случаях также лучше всего применять саморегулирующийся нагревающий кабель. Несмотря на его дороговизну, система в эксплуатации будет дешевле, за счет низкого удельного энергопотребления.

Как устроен саморегулирующийся нагревательный кабель

Саморегулирующийся нагревательный кабель представляет собой полупроводниковую матрицу, состоящую из множества независимых друг от друга элементов. Ниже на рисунке показано его схематичное устройство: между двумя проводящими медными жилами включены параллельно полупровдниковые структуры, условно показанные как переменные резисторы.

Рисунок 1. Конструкция саморегулирующегося нагревательного кабеля.

Основным свойством этих «переменных резисторов» является то, что они изменяют свое сопротивление под воздействием температуры окружающей среды. Такое уникальное свойство элементов нагревающего кабеля обусловлено тем, что их ТКС (температурный коэффициент сопротивления) на порядок выше, нежели у других типов полупроводников, а тем более проводников.

Чем ниже температура, тем меньше сопротивление такого «участка – резистора», а следовательно больше ток и мощность нагрева. С повышением температуры сопротивление участка повышается, а мощность нагрева падает, как показано на рисунке. При этом взаимное влияние соседних участков минимально, а удаленные элементы работают практически независимо от своих собратьев. Таким образом, получается, что каждый элемент саморегулирующегося награвательного кабеля является терморегулятором и датчиком температуры одновременно.

К достоинствам систем на основе саморегулирующегося нагревательного кабеля следует отнести их повышенную безопасность, долговечность, простоту монтажа и эксплуатации, полную автоматизацию управления без дополнительного оборудования.

Немаловажным полезным эксплуатационным свойством такого кабеля следует считать то, что его можно резать на куски любой длины, начиная от 20–ти см. Это позволяет использовать его без остатков и обрезков, а в случае необходимости легко добавлять куски нужного размера. Такое происходит достаточно часто, например, когда выясняется, что в каком-то месте, вопреки хорошему проекту, крыша все-таки не оттаивает.

Для присоединения к электросети в комплект поставки входят специальные соединительные муфты. Последние представляют собой различной формы заглушки и трубки, выполненные из термоусадочных пластмасс.

Классификация нагревательных кабелей

Саморегулирующиеся нагревательные кабели подразделяются на несколько типов в зависимости от условий применения и рабочей температуры. Например, для оттаивания водопроводных труб маленького диаметра для загородного дома, или дренажных трубок кондиционеров, вполне достаточно кабеля с температурой 65 C°. Такой кабель относится к категории низкотемпературных. Его удельная мощность, как правило, невелика и составляет 15 Вт/м. Крепление кабеля к трубам выполняется с помощью специальных скобок.

Для применения в антиобледенительных системах водостоков и кровли, а также для обогрева промышленных трубопроводов среднего диаметра, резервуаров и емкостей рекомендуются кабели с максимальной температурой нагрева до 120 C°. Такие кабели относятся к группе среднетемпературных, их удельная мощность находится в пределах 10…33 Вт/м.

Для поддержания необходимой температуры и защиты от промерзания в промышленных условиях, где объемы труб и резервуаров достаточно велики, рекомендуется использовать высокотемпературные саморегулирующиеся греющие кабели. Их максимальная рабочая температура достигает 190 градусов, а удельная мощность колеблется в пределах 15…95 Вт/м.

Внешние оболочки саморегулирующихся нагревательных кабелей выполнены из материалов устойчивых к воздействию агрессивных химических сред и коррозии, что позволяет использовать их даже внутри трубопроводов с химикатами склонными к замерзанию и кристаллизации в условиях холода.

Все кабели, о которых было рассказано выше, предназначены для работы от осветительной сети с напряжением 220 В. Кроме этого выпускаются саморегулирующиеся нагревательные кабели с рабочими напряжениями 12 и 24 В. Основное их назначение это работа в холодильной и строительной сфере, а главное на автотранспорте.

Источник

Устройство и принцип работы саморегулирующегося греющего кабеля

Саморегулирующийся кабель — это усовершенствованный вариант электрического греющего кабеля.

Впервые саморегулируемый нагревательный кабель был разработан специалистами американской компании Raychem Corporation. Выпуск этого кабеля принес компании всемирную известность, поскольку его свойства были сразу оценены там, где необходимо защитить от замерзания используемое оборудование или поддерживать неизменной температуру какого-либо объекта.

В настоящее время саморегулируемый греющий кабель выпускается многими известными мировыми производителями электротехнической продукции, в том числе и российскими предприятиями.

Устройство

Конструктивно греющий кабель саморегулирующего типа сложнее резистивного кабеля постоянной мощности. Он содержит полимерную матрицу, которая изменяет сопротивление под действием внешней меняющейся температуры, в результате чего изменяется количество выделяемой тепловой энергии.

На рис. 1 представлено схематическое изображение саморегулирующегося греющего кабеля.

Нагревательная часть кабеля состоит из двух луженых медных жил (1), залитых пластичной смесью графита с полупроводниковым полимером, образующей саморегулирующуюся матрицу (2). Токопроводящие медные жилы замыкаются через матрицу.

Изолирующий слой нагревательной части (3), выполненный из фторполимерного термопласта, одновременно защищает ее от воды. Экранирующая оплетка из луженой меди (4) служит для заземления кабеля, механической и электрической защиты. Наружная оболочка (5) выполняется, в зависимости от условий эксплуатации нагревательного кабеля, из разных материалов. Для простых условий эксплуатации применяется оболочка из полиолефинового пластиката. Для сложных эксплуатационных условий (агрессивная среда, конденсат, ультрафиолетовое излучение и др.) используется фторполимер.

Обработка матрицы и внешней оболочки саморегулируемого кабеля производится методом радиационного сшивания.

Принцип работы

Полупроводниковая матрица имеет высокий положительный температурный коэффициент сопротивления (ТКС): при увеличении температуры увеличивается ее сопротивление, уменьшается сила тока и выделяемая мощность, то есть количество выделяемого тепла, и наоборот — снижение температуры приводит к увеличению выделяемого тепла. Работает это следующим образом.

Полупроводник саморегулирующейся матрицы содержит проводящие частицы . Условно такая матрица может быть представлена в виде большого числа сопротивлений, включенных параллельно между токопроводящими жилами (рис. 2).

При подаче на токопроводящие жилы напряжения возникает ток, матрица нагревается, материал ее расширяется, в результате чего нарушаются контакты между отдельными проводящими частицами, что равносильно уменьшению количества параллельно включенных сопротивлений и увеличению общего сопротивление матрицы. В результате уменьшается ток и количество выделяемого тепла. Так поддерживается стабильный температурный режим.

Чем ниже температура участка, тем больше проводящих путей, меньше сопротивление, больше ток и сильнее нагрев (рис. 3).

На участке 1 с высокой температурой мало проводящих цепочек, велико сопротивление матрицы, величина тока мала и теплоотдача мала также. На участке 2 температура ниже, сопротивление матрицы меньше, больше ток и теплоотдача. На участке 3, где самая низкая температура, больше всего проводящих дорожек, сопротивление мало, ток и выделяемая мощность самые большие.

То есть при изменении температуры обогреваемого участка изменяется сопротивление матрицы соответствующей части кабеля и количество выделяемой тепловой энергии на этом участке.

Преимущества

Главные преимущества саморегулируемого кабеля — энергетическая и экономическая эффективность. Это связано с тем, что при повышении температуры на каком-либо участке автоматически снижается мощность нагрева, а соответственно и потребление электроэнергии.

Кроме того, структура кабеля позволяет при монтаже системы обогрева резать его на куски необходимой длины без ущерба для его физических свойств. Это дает возможность использовать такой нагревательный кабель только на проблемных участках, где особенно велика вероятность замерзания в холодное время года, что позволяет сэкономить средства.

Виды и характеристики

По своему назначению выпускаемые кабели условно делятся на промышленные и общестроительные.

Саморегулируемые кабели промышленного назначения используются для защиты от замерзания, обогрева или поддержания температуры промышленных трубопроводов, резервуаров, емкостей и другого технологического оборудования. на предприятиях добывающей, перерабатывающей, химической, металлургической, легкой и пищевой промышленности, в энергетике и машиностроении. В большинстве случаев эти кабели выпускаются во взрывозащищенном исполнении.

Общестроительный кабель не является взрывозащищенным, поэтому при своей достаточной универсальности не может применяться в зонах с повышенной взрыво- и огнеопасностью. Такие кабели предназначены для систем обогрева бытовых трубопроводов и антиобледенительных систем кровли, площадок, лестниц и т.п.

К основным техническим характеристикам относятся:

напряжение питания, В; номинальная мощность погонного метра, Вт/м; удельное сопротивление пускового тока, А; сечение токопроводящих жил, мм 2 ; максимальная рабочая температура кабеля, ° C ; максимальная температура окружающей среды, ° C .

При выборе саморегулируемого греющего кабеля учитываются все параметры и характеристики изделия, а также его условия эксплуатации.

Источник