CC BY
31
-□ □-
У статтi наведет результати експери-ментальних дослиджень низькотемператур-ного електронагрiвного карбонового полотна, яке застосовуеться для опалення примщень. Знайдеш вольт-амперн характеристики, залеж-тсть температури нагрiву полотна та спектра випромтювання вид напруги живлення. За допо-могою тепловiзора дослиджено розподш температури по полотну при номтальних значеннях напруги. Запропоновано i реалiзовано споыб екс-периментальног оцтки променистог i конвекцш-ног складовог тепловiддачi КП
Ключовi слова: карбонове полотно, опалення примщень, конвекцшне опалення, тфрачервоне
опалення, стввидношення складових тепловiддачi
□-□
В статье приведены результаты экспериментальных исследований низкотемпературного электронагревательного карбонового полотна, применяемого для отопления помещений. Найдены вольт-амперные характеристики, зависимость температуры нагрева полотна и спектра излучения от напряжения питания. Исследовано распределение температуры по полотну при номинальных значения напряжения с помощью тепловизора. Предложен и реализован способ экспериментальной оценки лучистой и конвекционной составляющей теплоотдачи КП
Ключевые слова: карбоновое полотно, отопление помещений, конвекционное отопление, инфракрасное отопление, соотношение составляющих теплоотдачи -□ □-
1. Вступ
Останшм часом проблема автономного опалення примщень стала надзвичайно актуальною. Дшсно, при централiзованому опаленш щлих райошв або на-селених пункпв втрати тепла в тепломережах е дуже суттевими. Автономне опалення дозволяе обмежити втрати локальними витоками, яю регулюються вдо-сконаленням теплоiзолящi будинку або примщення. Крiм того, такий тип опалення дозволяе гнучко реагу-вати на природш коливання температури зовш i регу-лювати юльюсть тепла, яке виробляеться.
1снуе велика юльюсть рiзноманiтних видiв автономного опалення щлих будинюв i примщень, зокре-ма обiгрiвачi, яю вiдносять до класу шфрачервоних
(1Ч) випромiнювачiв. Актуальним е розгляд питання щодо обiгрiву примiщення за допомогою гнучкого карбонового полотна, що живиться вiд електромережi або електрогенератора. Таке електрона^вальне полотно застосовують для створення так званих «теплих» тд-лог, «теплих» стель або «теплих» стш. Використання електронагрiвального полотна набувае все бiльшоi популярностi у населення завдяки ряду безсумшвних переваг, серед яких можна перелiчити компактшсть
©
УДК 697.273.86
|DOI: 10.15587/1729-4061.2015.44534]
ДОСЛ1ДЖЕННЯ ХАРАКТЕРИСТИК ЕЛЕКТРОНАГР1-ВАЛЬНОГО КАРБОНОВОГО ПОЛОТНА ДЛЯ СИСТЕМ 1НФРАЧЕРВОНОГО ОПАЛЕННЯ ПРИМ1ЩЕНЬ
Д. В. Ф^л i н
Кандидат фiзико-математичних наук, старший викладач* E-mail: dvf@bigmir.net В. В. I ванова
Кандидат техычних наук, доцент* E-mail: vivanova_ukr@mail.ru *Кафедра прикладноТ фiзики Нацiональний техшчний унiверситет УкраТни «КиТвський полiтехнiчний шститут» пр. Перемоги, 37, м. КиТв, УкраТна, 03056
(саме покриття тонке, а необхвдш для iх роботи пони-жуючi трансформатори - малогабаритш), швидкий нагрiв до необхiдноi температури, зручшсть i легкiсть монтажу, безпечшсть експлуатацii та адекватна вар-псть. Однак серед потенцiйних споживачiв подiбних електронагрiвальних полотен е як прихильники, так i противники 1Ч систем обiгрiву, якi ставлять пiд сумтв заявленi виробниками властивостi i характеристики таких систем. Крiм того, вiдомi теоретичнi розрахунки спiввiдношення променистоi (радiацiй-ноi) та конвективноi складовоi тепловiддачi 1Ч нагрь вачiв справедливi для високотемпературних систем обiгрiву i не пiдтверджуються експериментальними дослiдженнями для низькотемпературних нагрiвачiв. Тому дослiдження характеристик гнучких електро-нагрiвальних полотен повинне дати вщповвд на всi нез'ясоваш питання.
2. Аналiз лiтературних даних i постановка проблеми
B^omí роботи, присвячеш вдосконаленню o6irpi-Ba4ÍB променисто1 ди (1Ч o6irpÍBa4ÍB) [1], роботи, як пропонують методи po3paxyHKÍB потужностей Harpi-
вальних приладiв для обiгрiву робочих примщень [2-4]. В [5] наведено методику теоретичного розра-хунку спiввiдношення променисто! (радiацiйноi) та конвективно! складовоi тепловщдачь Згiдно з [5] част-ка радiацiйноi складово! при споживанiй потужносп близько 200 Вт становить 58 % i нелiнiйно збшьшуеть-ся при бшьш високих потужностях. Але таю оцшки були зробленi для УФО обiгрiвачiв, основним дже-релом тепла яких е високотемпературний на^вний елемент (ТВЕЛ).
Для низькотемпературних джерел дослщження не проводились i експериментально не тдтверджува-лись. Тому на нашу думку було важливо дослщити та перевiрити характеристики низькотемпературних джерел обiгрiву примiщень, якi активно з'являються на сучасному ринку. Серед таких джерел останшм часом набирають популяршсть так званi карбоновi полотна [6, 7]. Виробники представляють в якосп базового елемента променевого опалення, що е згiдно [8] «порiвняно новий вид опалення, принцип дп якого базуеться на обiгрiвi предмепв потоком променисто! енергп - хвилi iнфрачервоного дiапазону».
Визначення частки тако! «променисто! енергп» до повно! теплово! енергп, яка йде на на^вання пред-метiв у примiщеннi, е на нашу думку одшею з перших спроб дослвдити сучаснi низькотемпературш системи опалення.
що рiвноважноi температури КП досягае за 20-25 с. Температура вимiрювалась за допомогою термопари та додатково контролювалась тепловiзором. Усередненi результати вимiрювань поданi на рис. 1.
70
о 60
3
а р 50
^ р 40
г 30
р
п 20
8
Е- 10
0
0,00 10,00
20,00 30,00 40,00 Напруга, В
50,00 60,00
Рис. 1. Залежжсть температури нагрiву полотна вщ тдведеноТ напруги
4. 2. Визначення спектра випромшювання
Якщо розглядати КП як джерело випромшювання електромагштних хвиль оптичного дiапазону, в т. ч. i 1Ч, то полотно е ламбертiвським випромiнювачем, тобто його енергетична яскравкть Le не залежить вщ напрямку:
Le = Ме, п
(1)
3. Мета i завдання дослiдження
Метою дано! роботи е аналiз тепловипромiнюючих та електричних характеристик гнучкого електронагрь вального карбонового полотна (КП).
Для досягнення поставлено! мети були поставлен завдання дослвдити:
- випромiнювання карбонового полотна та його здатшсть нагрiвати примщення та предмети в ньому;
- стввщношення променисто! та конвективно! складово! тепловiддачi КП, що йде на на^в примi-щення;
- споживану потужшсть та електромагнiтнi поля, створюванi КП;
- залежшсть тепловипромiнюючих властивостей КП вщ виду покриття;
- безпечшсть та стiйкiсть КП до пошкоджень.
де Ме - енергетична свггшсть полотна, тобто потуж-нiсть випромшювання (потж) з одиницi площi поверх-нi, Вт/м2.
Якщо полотно i фон (всi предмети за ним) випро-мiнюють за законом Ламберта, то для таких об'екпв i фонiв енергетичний параметр зручно задавати температурою поверхнi Т та спектральним коефвдентом випромiнювання е(Х). Останнш визначае здатнiсть джерела випромiнювати як абсолютно чорне тшо на данш довжинi хвилi X. При цьому спектральну енерге-тичну свишсть об'екта визначають функцiею Планка Мх(Х,Т) [9]:
М(Х,Т) = £ (Х)МХ (х,Т)= = е( ■
Вт
ехр
ХТ
-1
(2)
4. Дослщження випромiнювання карбонового полотна та його здатшсть на^вати примщення та предмети в ньому
Об'ектом дослщжень е перфороване карбонове полотно на СагЬ°П;ес® з ворсистою нетканою поверхнею, яке виробляеться в Шмеччиш [1]. Заявлена вироб-ником потужшсть складае 251 Вт на 1 м2 полотна для напруги 36 В.
4. 1. Визначення температурное залежност полотна при рiзних джерелах живлення
Для дослщження температури на^ву поверхнi КП вщ прикладено! напруги була проведена серiя з 20 експериментiв з вщкритим полотном, закрiпленим на плип пiнопласту, товщиною 5 см, та встановлено,
де с1=37415 Вт.см-2.мкм4; с2=14388 мкм; К - постiйнi коефвденти; X - довжина хвилi, мкм.
Графжи залежностей спектрально! енергетично! свиност полотна при рiзних температурах його нагрь ву подано на рис. 2.
Енергетична свiтнiсть на рис. 2 мае розмiр-нiсть Вт/мм2мкм, а X - мкм. Температури на^ву полотна позначенi злiва: Т=24 °С (297 К), Т=32 °С (305 К), Т=40 °С (313 К), Т=50 °С (323 К), Т=60 °С (333 К). Най-нижча крива вiдповiдае фоновому випромшюванню кiмнати при 16 °С. Видно, що при збшьшенш темпе-ратури максимуми кривих зсуваються в короткохви-льову область.
Основна частка випромшювання припадае на се-редньо- i довгохвильовий iнфрачервоний дiапазон, який е абсолютно нешкiдливим для людського ор-
гашзму. Сишми вертикальними лiнiями обмежено дiапазон 8-14 мкм, який заявляють виробники КП, як робочий дiапазон випромшювання.
Рис. 2. Спектральна енергетична св^шсть полотна при рiзних температурах
Повний потж випромiнювання з одиницi плошд поверхнi полотна при данiй температурi визначаеть-ся рiзницею площ тд вiдповiднiй данiй температурi кривою i найнижчою кривою на графiку. Якщо в зада-ному спектральному дiапазонi на який припадае
найсуттевша частка випромiнювання, вважати кое-фщент випромiнювання однаковим i постiйним для полотна i фона, рiвним 8, то повна потужнiсть випромшювання КП визначиться як [10]:
Ь эм, (х,т)
Ф = S еАМе = S АТ е]-^ ъ,дX,
ЭТ
(3)
де S - площа поверхш КП.
З (3) випливае важливий для подальших оцiнок висновок про пропорцшшсть потоку випромiнювання температурному контрасту ДТ.
Якщо об'ект та фон перебувае у сташ термоди-намiчноi рiвноваги, то згiдно iз законом збереження енергii iнтенсивнiсть падаючого на даний об'ект випромшювання дорiвнюе iнтенсивностi, що з нього ви-промiнюеться. Спектральний коефiцiент поглинання у цьому випадку дорiвнюе спектральному коефщенту випромiнювання а(Х) = е(Х). Крiм того, закон збереження енергп для непрозорих тш дае такий результат:
а(Х) + р(Х) = 1, де р(Х) - коефiцiент вщбивання.
пiнопласту, на якому вертикально кршилося карбонове полотно (рис. 3). На невеликих ввдстанях вiд полотна (ввд 5 до 15 см) кршилися круглi плоскi мiшенi одна-ковою теплоемностi i розмiрiв, але рiзнi за ступенем поглинання теплового випромшювання. Конструктивно, кожна з мшеней являла собою два склеених мiж собою кружка однакового розмiру, вирiзанi з фольгова-ного паперу i чорного картону. Вiдмiннiсть полягала в тому, що в однш мшеш фольга виявлялася всерединi, а чорна сторона картону - зовш, а в шшш навпаки. Пiд час експерименту одна з мшеней була звернена до полотна дзеркальноi стороною, а друга - чорною. Температура мшеней контролювалася за допомогою тепловiзора. Пiсля того, як мiшенi приходили в теплову рiвновагу, за рiзницею iх температур були зробленi оцш-ки про конвекцiйну i радiацiйну частки тепловiддачi. На рис. 4 видно, що лiва мiшень нагргга до 26,4 оС, а права до 24,0 оС. Оскiльки при шших рiвних параметрах юльюсть отриманого тепла буде пропорцiйна рiзницi ДТ мiж кiнцевою i початковою температурою, то по ввдноснш рiзницi цих температур для двох мше-ней (ДТ1-ДТ2)/ДТ можна оцiнити ввдносну рiзницю в отриманiй мiшенями теплового потоку. Тут ДТ1 -приркт температури для мшеш з на^ваеться чорноi стороною, а ДТ2 - приркт температури для мiшенi з фольгованоi стороною. Експерименти були проведет для рiзних положень мiшеней на ввдстанях вiд 5 см до 15 см ввд полотна. Мшень з чорною матовою стороною на^валася в середньому на Аt = 2,6 ± 0,4 °С бшьше, нiж мiшень з вiдкритою фольгованоi стороною. З урахуван-ням того, що приркт температури ДТ для двох мшеней становив вiд 8 оС до 11 оС, можна зробити висновок, що в умовах експерименту частка теплового потоку, що пе-редаеться через випромшювання, становила 20-30 %. Таким чином, очевидно наступне: для КП переважним е саме конвекцшний споаб передачi тепла, а не через теплове випромшювання.
(4)
рг ----: —
* « в
с V 1 & \ ° ш \ у ш ф ш т
4. 3. Визначення сшввщношення теплопередачi за допомогою шфрачервоного випромiнювання (1Ч) i природно! конвекцп
Так як не вiдомi способи визначення спiввiдношення мiж 1Ч та конвективною складовою в тепловщдач^ було запропоновано новий опосередкований споаб, який поля-гае у вимiрюваннi приросту температури при обмеженш поглинання теплового випромiнювання при р(Х) = 0 в порiвняннi з повшстю вiдбиваючою поверхнею р(Х)=1.
Пiд природною конвекщею мали на увазi рух на-грiтого вiд полотна повиря вгору i постiйну змiну його на бшьш холодне повiтря без додатковоi вентиляцii i протягiв. Дослщ проводився на вiдкритому стендi з
Рис. 3. Експериментальний стенд для досждження стввщношення променистоТ та конвективно!' складовоТ тепловiддачi КП
На рис. 4 наведена фотографiя розподiлу температури полотна та мшеней отримана тепловiзором FLIR Е 300. Колiрна шкала розподiлу температури показана справа. Зафжсоваш рiзнi температури на лiвiй i правiй мiшенях. На полотш позначенi вертикальнi i горизонтальш лiнii, розподiл температур уздовж яких на рис. 4, а, б.
В частиш дослвдв центральна частина полотна була закрита чорною плiвкою, що чико видно на рис 4, а, б: рiзкi локальш мiнiмуми на краях плiвки, що пояснюеться повiтряним охолодженням за рахунок не-достатнього прилягання плiвки до КП.
Х1
ними потоками повиря (червона лшя горизонтального профшя).
Для аналiзу нагрiвання тдкадки (стiна, пiдлога, стеля...) за допомогою тепловiзора оглядалась тильна сторона пшопластово! плити.
Середня температура поверхнi зовшшньо! сторони пiнопласту становила 20,5 °С, що пiдтверджуе необхвд-нiсть яюсно! теплоiзоляцii конструкцii (стiни), на яку кршиться полотно.
°С
Рис. 4. Розподт температури: а — по поверхш полотна; б — уздовж горизонтальних лшш Li6-Li8
Так як конвективне охолодження найсуттевше в нижнш частинi полотна, то пiки мiнiмумiв у розподiлi температур по горизонталям найглибшi для найниж-чо! лшп Li 7 i майже не помиш на кривiй Li 8.
4. Дослщження особливостей нагрiву полотна за допомогою тепловiзора
Поверхневий розподш температури за рiзних умов на^ву та тепловiдводу вiд полотна дослщжувався за допомогою тепловiзора FLIR Е 300.
Полотно крiпилось на плит теплоiзоляцiйного ма-терiалу. Тепловiдвiд обмежувався за допомогою плит тнопласту.
При закршленш полотна на плитi тнопласту на ви-сотi 25 см ввд пiдлоги та при вшьнш циркуляцп повiтря знизу вгору для розподшу температури було характер-ним и збiльшення у верхнiй частиш та охолодження полотна в нижнш (рис. 5). Середня температура внизу полотна (вздовж лшп Li2) (рис. 5) вiдрiзнялась вщ температури вздовж середньо! лiнii Li1 на 7,7 °С. Нагрiв плити над полотном (вздовж лшп Li3) досягав 29,7 °С.
Дiаграми розподiлу температури вздовж юлькох характерних горизонтальних лiнiй з таблицями зна-чень температури наведеш на рис. 5, б.
З рис. 6, а видно, що при закршленш полотна на сиш його нижня частина буде охолоджуватись висхщ-
60 55 50 45 40 35 30 25 20
Рис. 5. Розподт температури: а — по поверхж полотна,
закртленого вертикально на шнопластовш плил; б — уздо вж горизон тальних иИш й Li1-L¡3, познао ених на фото злв- (а)
5. Дослщження КП на сппживану зотужшать та створюванi електромагштш поля
5. 1. Визначення розподшу потенцiалiв i струмiв по полотну при подачi стандартних напруг
На рис. 6 показано КП, до мщних шин по краях яко-го тдведена напруга 48 В.
Рiзниця потенцiалiв мiж будь-якою точкою на по-лотнi i однiею з шин залежить тшьки вiд вщсташ мiж даною точкою i шиною i лiнiйно змiнюеться з ввдстан-ню (вертикальна вiсь злiва). Точки з рiвним потенщ-алом розташовуються уздовж полотна i на малюнку позначен пунктирними горизонтальними лiнiями лжями. Власне карбонове полотно, натягнуте мiж мiдними шинами, поводиться як набiр паралельних опорiв, в яких ще однаковий струм I (червонi стршки на рис. 6).
50
а
-40
-30
20
а
При напрузi на входi 36 В по-тужнiсть одиницi погонного метра полотна: Р0(48) = 136 ± 2 Вт, а потужшсть 1 м2 полотна: Р1(36) = 252 ± 4 Вт.
Значення Р1(36) можна порiв-няти з даними виробника (промар-ковано на полотш: 251 Вт для 1 м2 полотна пiд напругою 36 В). Видно, що отримане з експерименту значення в межах помилки зб^аеться з потужшстю, вказаною виробником.
Рис. 6. Розподт потенцiалiв i crpyMÎB по полотну при подачi стандартних напруг
5. 2. Визначення споживано!' потужностi КП в залежноси вiд довжини полотна i вибору джерела живлення
Оскшьки на полотно подаеться постiйна напруга U (залежно ввд трансформатора: 48 В, 36 В або 24 В), то споживана потужшсть P визначиться як:
p=U2,
R
(5)
де R - де ошр полотна.
Ошр полотна буде залежати вщ його довжини (ширина полотна фжсована) i розраховуватися як ошр па-ралельно з'еднаних резисторiв, кшьюсть яких зростае з довжиною:
R =
L
(6)
де за Ro позначено опiр 1 погонного метра полотна. Ошр полотна визначався з експериментально! залеж-носп U вiд I (рис. 7).
I, A
10
5. 3. Визначення електромагшт-ного поля бия КП
Вимiрювання проводились при шдключенш джерела змшно! напруги 48 В (трансформатор справа на рис. 8, а, б). Вихщний струм, шдведений до полотна становив 7,4 А.
Вимiри проводилися при шдключенш джерела змшно! напруги 48 В який працював вщ мiськоï мере-жi на частотi 60 Гц. Вихщний струм, що пiдводиться до полотна, становив 7,4 А. За допомогою теслометра замiрялась магштна складова низькочастотного елек-тромагнiтного поля. На рис. 8, а i 8, б показан результата вимiрювань, виконаш на вiдстанi вiд поверхш предмепв, вiдповiдно. Точки, над якими були про-веденi вимiрювання, позначен бiлими кружечками (обранi найбiльш характерш), напруженiсть магнт-ного поля вказана в мшггеслах (1 м Т=10-3 Т). На вщ-станях понад 10 см поля мають величину порядку 10-5 тесла i нижче, що перевищуе чутливiсть реестру-ючого приладу.
0,17 мТ 0,19 мТ
Рис. 7. Вольт-амперна залежшсть карбонового полотна довжиною 146 см
Значення опору дослщжуваного полотна довжиною i шириною робочо! поверхнi 54 см: R = 6,52±0,11 Ом.
З формули (6) легко отримати значення
R0 = 9,52±0,16 Ом. Ошр полотна зменшуеться з його довжиною. Наприклад, для полотна площею 1 м2, що вщповщае довжинi Ь=185 см, опiр R1 = 5,14 ± 0,09 Ом.
Вщповвдно до формули (5) при напрузi на вхо-дi 48 В потужшсть одинищ погонного метра полотна: Р0(48) = 242 ± 4 Вт, а потужшсть 1 м2 полотна: Р1(48) = 448 ± 8 Вт.
Рис. 8. Вимiрювання напруженостi змiнного низькочастотного (60 Гц) магштного поля: а — на вщсташ 10 см вщ поверхнi; б — на вщстаж 3 см вiд поверхнi
Змшне електромагнiтне поле, викликане шдве-деним до полотна струмом, дуже мале навиь на вщ-станях декшькох сантиметрiв вiд основних джерел (мщш шини, проводи та з'еднання, обмотки трансформатора). Тому воно нешкщливе.
а
0
2
4
6
8
6. Дослщження «нагр1вально1» здатностi полотна в КП не е особливим 1К джерелом, а випромiнюe тепло як залежноси вщ зовннннього покриття i будь cipe tí.jio, нагрие до такси ж температури.
6. 1. Визначення характеристик 14 випромшювання при нанесен и'| на КП р1зного роду покритт ¡в (пашр, п.Гпжа, штукатурка 1 т. п.)
1нтенсившсть 1 спектральний розподьч випромшювання полотна залежить т1льки вщ температури самого полотна або покриття, яке нагр1ваеться полотном. Експерименти, проведен! з двома мшенями у випадках, коли КП було закрито паперовими шпалерами або непрозорою по.гпетиленовою п.гпвкою, вияви-ли едину вщмшшсть в пор1внянш з вщкри-тим полотном, яка полягала в тому, що закри-те полотно набувало температуру на 5-7 °С вищою, що збьчыпуе частку 1К в загальшй тепловщдач1, але несуттево.
■> Фольга ■ Фольга-шпалери * Полотно ■ Шпалери
V
60 55 50 45
I
S 40 о.
9
I 35
30 25 20 15
А »
' уХ7.
А »X»
A ¡L ' i
i*
6. 2. Визначення ефективност1 нагр1ву примiщення вiд розташування 1К (пiдлога, стеля, стiна)
Як було показано, основний споаб пере-дачi тепла - це конвекцшний, то найменш ефективно вiшати полотно на стель Кршлен-ня в пiдлозi найефективнiше завдяки руху нагриого повiтря вiд нагрiвача вгору. У цьому випадку найтеплше в примщенш буде внизу. Проте недолжи розмiшення нагрiвача в пiдлозi -це шерцшшсть нагрiву повiтря в юмнап, до того ж, частина тепла буде йти тд тдлогу. Розмiшення КП в нижнiй частит внутрштх стiн будинку - це компро-мiсний варiант, в якому на^ваючий елемент знахо-диться в нижнш частинi кiмнати, шпалери або навиь тонкий шар штукатурки, нанесений на КП, швидко прогрiваеться. Якщо нагрiв стш небажаний, то мiж полотном i стiною необхiдно розмiшувати теплоiзоля-цiйне покриття.
6. 3. Визначення на^вальних особливостей КП залежно вiд покриття
Для проведення експерименту був побудований короб з тнопласту з одним отвором у стшщ, куди вставлявся термометр i проводилися вимiри нагриого всерединi повiтря. Внутрiшнi стiнки короба були по-критi карбоновим полотном пщ напругою 24 В. Таким чином, вдалося зняти температурну залежтсть повиря вiд часу при його на^ванш КП в умовно-замкнуто-му просторi розмiром 40 смх50 смх100 см. Експеримент проводився з фольгою, яка тдкладалася пiд полотно i з покриттям КП паперовими шпалерами. Результати вимiрювань представленi нижче на графжу рис. 9.
Як видно з графжа, приблизно до 30-й хвилиш те-пловi втрати через шдлини i корпус порiвнювалися з теплом, що надходять вщ КП, i температура виходила на постшне значення. Потiм подача тепла припинялося, i повiтря всерединi короба охолоджувався. На графiку можна помiтити таю особливостк
1) коли полотно знаходилося пщ шпалерами, зро-стала шерцшшсть системи по вщношенню до нагрь вання повiтря в коробi: спочатку повиря нагрiвалось повiльнiше, але поим i повiльнiше охолоджувалось;
2) фольга прискорюе процес на^вання зовсiм неба-гато i тiльки в першi 4 хвилини, це пiдтверджуе факт, що
Рис. 9. Залежтсть температури пов^ря всередиш замкнутого обсягу 0,2 м3 залежно вiд нагрiвання (до 30 хвилини) i охолодження (шсля 30 хвилини) при вiдсутностi покриття на КП (зелен трикутники); шдкладенш пiд КП фользi (сiро-бiлi ромбики); покритт КП шпалерами (хрестики); шдкладенш фользi покриттi КП шпалерами (червон квадрати)
7. Дослiдження КП на безпеку i стiйкiсть до пошкоджень
Проведенi дослiдження показали, що КП безпечно в експлуатацп. Воно покрито зверху iзолюючим мате-рiалом. Тому, якщо випадково торкнутися або взяти КП руками, коли воно пщ напругою, то ви не отрима-ете враження струмом. Однак, у випадку мехашчно-го пошкодження iзолюючого покриття, або коли КП вологе, то удар струмом можливий. Тому, на полотно рекомендуеться подавати напругу до 48 В. Також реко-мендуеться iзолювати з'еднання проводiв з полотном в обласп мiдних шин. КП стшке до нагрiвання i вщ-критого вогню. Крiм того, коли штучно створювалося коротке замикання на деяких д^янках КП, полотно лише плавилося в област контакту з провщником. КП досить мщне на розрив. У випадку невеликих розрь зiв, нечисленних дiрок КП практично не змшюе своiх властивостей. Був проведений експеримент, коли полотно кршилося на гшсокартонову стшу за допомогою гiпсовоi штукатурки, а поим шсля висихання вщрива-лося при намочуванш. Потiм таке полотно перевiрили на провiднiсть (основна характеристика, що впливае на потужшсть) шляхом зняття вольт-амперноi характеристики. Результат представлений на рис. 10.
Як видно з графжа, нахил прямоi що проходить через червош маркери трохи б^ьше, нiж тiеi прямоi, що проходить через синь Нахил прямих характеризуе отр полотна. До експерименту отр полотна станови-ло: Ядо = 6,52 ± 0,11 Ом. Шсля експерименту:
Я = 7,07 ± 0,04 Ом.
после ' '
Опiр полотна зрiс на 8,4 % (5,5 Ом), що е, безсум-швно, наслiдком невеликих мехашчних ушкоджень всерединi КП (мiкротрiшини). Проте змши опору, а з
ним i потужносп, - незначнi, що тдтверджуе якiсть виробу. Експлуатацiя полотна у вологому сташ може призвести до короткого замикання (згорить обмотка трансформатора) або до окислення мщних шин, що штотно пiдвищить опiр i зменшить теплову потужнiсть полотна.
45 40 35 30
u, b 25 20 15 10 5 0
y = 7,0661x + 0,1912
♦До ■ После
4 6
i, a
Рис. 10. Вольт-амперна характеристика КП до закртлення на спш (ромби) та шсля вiдриву вщ стiни (квадрати)
8. Висновки
1. Гнучке карбонове полотно е майже нешерцш-ним електрона^вальним пристроем, яке споживае потужшсть 242 Вт з погонного метра при напрузi 48 В. Залежшсть температури на^ву ввд напруги в дiапазонi 36-48 В е лшшною. Як джерело 1Ч випромп нювання в дiапазонi довжин хвиль 8-14 мкм полотно
КП можна вважати наближеним до АЧТ. Розподш температури при подачi робочо! напруги по поверхш КП е рiвномiрним. При вертикальному закршленш полотна нерiвномiрнiсть розподшу температури пов'язана з конвективним охолодженням.
2. Запропонований споиб визначення сшввщно-шення мiж променистою та конвективною складовою тепловiддачi дозволив оцшити радiацiйну складову в тепловому потощ, який йде на нагрiвання примп щення, як таку, що не перевищуе 30 % при на^ванш полотна до 50-60 оС, що е суттевим, однак не дозволяе класифжувати таю низькотемпературш нагрiвачi як виключно 1Ч нагрiвальнi елементи. Однак, це не ви-ключае позитивних якостей таких систем як компак-тшсть, мщшсть, можливiсть розмiщувати практично в будь-якому мшщ, а також зручнiсть монтажу на будь-яку поверхню i тд будь-яке покриття.
3. Змшне низькочастотне електромагштне поле, викликане тдведеним до полотна струмом, дуже мале навиь на вiдстанях декiлькох сантиметрiв вiд ос-новних джерел (шини, проводи та '¿х з'еднання, обмотки трансформатора), на вщстанях понад 10 см магштна складова поля мае величину порядку 10-5 тесла i ниж-че. Тому воно абсолютно нешюдливе.
4. Монтаж КП тд шпалери, ламiнат i т. п. дещо збiльшуе iнерцiйнiсть на^ву, однак не впливае на рiвноважну температуру. Можна рекомендувати ви-користовувати теплоiзоляцiйне покриття мiж стiною i КП, якщо необхiдний швидкий на^в кiмнати або нагрiв стiни недощльний (наприклад, призводить до нагрiвання нежитлових примщень).
5. Такi системи при дотриманш правил експлуата-цп е безпечними як в пожежному та електричному, так i в радюлопчному сенсп
о
2
8
Лиература
1. Косицын, О. А. Совершенствование энергоэкономных инфракрасных электрообогревателей. Ч. 3 [Текст]: тр. межд. на-уч.-техн. конф. / О. А. Косицын // Энергообеспечение и энергосбережение в сельском хозяйстве. - М., 2004. - С. 272-274.
2. Лепеш, Г. В. Разработка экспериментально-методического обеспечения для исследования физических характеристик радиационных электронагревателей [Текст] / Г. В. Лепеш, Г. С. Сухов, Л. В. Карп, М. Ю. Шмелев // Технико-технологические проблемы сервиса. - 2007. - № 1 (1). - С. 22-33.
3. Лепеш, Г. В. К проблеме электрообогрева помещений коммунального и промышленного назначения [Текст] / Г. В. Лепеш, Г. С. Сухов // Технико-технологические проблемы сервиса. - 2008. - № 1 (3). - С. 57-62.
4. Сухов, Г. С. Теоретические основы технологии дифференцированного электрообогрева помещений. Постановка задачи и математическая модель [Текст] / Г. С. Сухов, Г. В. Лепеш // Технико-технологические проблемы сервиса. - 2010. -№ 1 (11). - С. 29-36.
5. Лепеш, Г. В. Способ энергоэффективного обогрева вентилируемых помещений [Текст] / Г. В. Лепеш, Т. В. Потемкина // Технико-технологические проблемы сервиса. - 2014. - № 4 (30). - С. 42-54.
6. СагЬ°^ес: ¡нновацй в опалювальних технолопях [Електронний ресурс] / Режим доступу: Ьир://сагЬ°^ес.Ыеу.иа/
7. Система инфракрасного отопления СагЬ°йес (Карбонтек) [Электронный ресурс] / Режим доступу: ЬИр://сагЬ°^ес.а1та-service.ru/sistema-carb°ntec/
8. Система отопления СагЬ°^ес [Электронный ресурс] / Режим доступу: Ьйр://да^».сагЬ°йесг^.ш
9. Криксунов, Л. З. Справочник по основам инфракрасной техники [Текст]: довщник / Л. З. Криксунов. - М.: Сов. радио, 1978. - 400 с.
10. Колобродов, В. Г. Проектування теплов1зшних 1 телев1зшних систем спостереження [Текст]: тдручник / В. Г. Колобродов, М. I. Лихошт. - К.: НТУУ "КП1", 2007. - 364 с.
