ЭЛЕКТРООБОГРЕВАЕМАЯ СТРОИТЕЛЬНАЯ ПАНЕЛЬ Российский патент 1994 года по МПК E04C2/00 

Изобретение относится к строительным элементам, используемым для строительства электрообогреваемых помещений, домов, покрытий различного типа. Предлагаемая строительная единица может может выполнять двойную функцию: изготавливать строительные конструкции и одновременно каждую строительную единицу, а следовательно, и всю конструкцию, можно нагревать при приложении к ним электрического поля бытовой электросети.

Известна электрообогреваемая строительная панель, выполненная в виде несущей части на основе бетона, армированная нагревательными элементами, и двух плит: одна - теплоаккумулирующая, а другая - теплоизолирующая (1).

Недостатком такой панели является то, что ее нельзя использовать как механическую несущую часть при изготовлении бетонных конструкций. Ее можно использовать только как внешнее покрытие конструкции для обеспечения нагрева. Кроме того, сепарированность этой панели позволяет использовать ее только для напольного обогрева.

Наиболее близким к предложенному решению по технической сущности и достигаемому результату является электрообогреваемая строительная единица, например панель, блок, плита, содержащая монолитную несущую часть на основе бетона и установленные внутри несущей части электронагреватели в виде электродов (2).

Недостатками известной электрообогреваемой единицы является низкая эффективность нагрева и малая долговечность работы.

Цель предлагаемого изобретения - повышение эффективности нагрева и увеличение долговечности.

Основным отличием предлагаемого устройства является то, что в известном устройстве используется принцип активного нагрева, а в предлагаемом - принцип индуктивного нагрева.

Поставленная цель достигается тем, что электрообогреваемая строительная единица, например панель, блок, плита, содержащая монолитную несущую часть на основе бетона и установленные внутри несущей части электронагреватели в виде электродов, согласно изобретению электронагреватели выполнены в виде токопроводящей спирали, расположенной внутри и/или снаружи токопроводящего элемента, причем спираль и токопроводящий элемент изолированы друг от друга бетоном.

На фиг. 1 изображена электрообогреваемая строительная единица, представляющая собой панель, а токопроводящий элемент выполнен в виде стержня; на фиг. 2 - конструкция нагревателя, где токопроводящий элемент выполнен в виде стержня; на фиг. 3 - конструкция нагревателя, где токопроводящий элемент выполнен в виде трубы; на фиг. 4 - конструкция нагревателя, где токопроводящий элемент выполнен в виде продольно разрезанной трубы; на фиг. 5 - конструкция нагревателя, где токопроводящий стержень, например арматура, помещен внутри токопроводящего элемента; на фиг. 6 - конструкция нагревателя, где внешний токопроводящий элемент расположен снаружи спирали нагревателя.

Электрообогреваемая строительная единица содержит монолитную несущую часть 1 (фиг. 1) из бетона, в объем которой помещена токопроводящая спираль 2 (фиг. 1, 2, 3, 4, 5, 6) и токопроводящий элемент 3 в виде стержня (фиг. 1, 2), трубы (фиг. 3), трубы с продольным разрезом (фиг. 4), токопроводящий стержень 4 (рис. 5), например арматура, помещенный внутри токопроводящего элемента и изолированный монолитной несущей частью 1 (бетон), внешний токопроводящий элемент 5 (фиг. 6), который расположен снаружи спирали 2.

Устройство работает следующим образом. Спираль 2 соединена с электрической сетью так, что по катушке течет ток. Этот ток за счет индукции наводит ток в токопроводящем элементе 3, который за счет этих вихревых токов нагревается. Выделяющееся тепло передается монолитной несущей части. Таким образом, нагрев строительной панели осуществляется двумя способами: за счет нагрева спирали и токопроводящего элемента. За счет этого повышается эффективность нагрева.

Электрический ток протекает в обеих частях нагревателя по металлическим проводникам достаточного сечения, что увеличивает долговечность работы по сравнению с прототипом (2), где ток течет через электроды и бетонную монолитную часть, подверженную старению.

Шаг спирали подбирается из того, чтобы между ними затекал раствор бетона. Тоже относится и к зазору между спиралью 2 и токопроводящим элементом 3.

Электрообогреваемая строительная единица (фиг. 3) имеет две поверхности отдачи тепла от токопроводящего элемента: наружную и внутреннюю. Внутренняя поверхность может быть залита бетоном или оставаться полой внутри строительной единицы.

В строительной единице (фиг. 4) ток, индуцированный на внешней поверхности токопроводящего элемента, замыкается при течении по его внутренней поверхности. Внутри токопроводящего элемента существует электромагнитное поле, которое может нагревать индукционным путем стержни из проводящего материала.

В строительной единице (фиг. 5) используется принцип индукционного нагрева железной арматуры железобетонной плиты. Нагрев осуществляется двумя способами: через тепловые контакты бетонной фазы со спиралью 2 и токопроводящим элементом 3, а также арматуры за счет индукционных токов, наводимых током, текущим по внутренней поверхности токопроводящего элемента 3.

В строительной единице с нагревателем (фиг. 6) имеется два токопроводящих элемента: наружный и внутренний, которые могут быть разрезными или нет. На спираль 2 с внутренним токопроводящим элементом 3 надевается внешний токопроводящий элемент 5. От спирали 2 осуществляется нагрев индукционным путем внешнего токопроводящего элемента 5. Эту конструкцию нагревателя можно употреблять внутри бетонной или железобетонной плиты.

Для электрообогреваемой строительной единицы следует применять цементы марки не ниже 250 (для жестких трамбованных образцов) или 100 (для пластичных образцов).

В таблице приведены электротехнические характеристики нескольких электрообогреваемых строительных панелей.

Как видно из таблицы активный нагрев, применяемый в известном решении (2), в связи с большим электросопротивлением бетона имеет малую плотность энергии нагрева из-за малого тока. При индукционном нагреве удельное сопротивление бетона не оказывает влияние на энергетические характеристики нагрева и определяется геометрическими размерами спирали и токопроводящих элементов, которые позволяют увеличить удельную энергию нагрева плиты. За счет этого увеличивается эффективность нагрева. При активном нагреве ток течет через приэлектродные области и монолитную несущую часть. С течением времени из-за процессов цементирования, влияния влажности и температуры окружающей среды меняют характеристики электропроводности монолитной несущей части и приэлектродных областей. В связи с этим характеристики нагрева таких плит не являются постоянными и меняются; с течением времени происходит коррозия электродов и приэлектродных областей, что приводит к увеличению электрического сопротивления и уменьшения мощности нагрева. В предложенном устройстве данный эффект отсутствует в связи с тем, что ток от сети течет по спирали и за счет индукции наводит вихревые токи в токопроводящих элементах, характеристики которых постоянны.

Строительные единицы предлагаемой конструкции имеют типоразмеры стандартных бетонных и железобетонных плит и собираются в конструкции обычным способом. Электрическая схема соединения плит последовательная или параллельно-последовательная в зависимости от необходимой мощности.

Технико-экономические преимущества предложенного устройства по сравнению с известным заключаются в том, что удельная плотность энергии нагрева в предложенном устройстве при размерах панели 100 х 100 см составляет 5 ˙ 10^-2 Вт/см², а в известном - при тех же размерах и напряжениях электросети составляет 5 ˙ 10^-4 Вт/см², т.е. для нагрева одного и того же объема предложенным устройством по сравнению с известным необходимо электрообогреваемых единиц меньшей суммарной площади и соответственно с меньшими утечками тепла из-за чего эффективность нагрева в предложенном устройстве будет выше.

Кроме того, старение строительной единицы в известном устройстве приводит к необратимому уменьшению эффективности нагрева, что нельзя компенсировать заменой другой единицей, поскольку это строительный, капитальный элемент.

Отсутствие эффекта старения в предлагаемом устройстве дает стабильную, не меняющуюся со временем эффективность нагрева, требуемую для использования его в качестве капитальной строительной единицы.

Использование: электрообогреваемая строительная панель снабжена токопроводящим элементом. Электроды выполнены в виде токопроводящей спирали. Токопроводящий элемент может быть выполнен в виде стержня или трубы, или продольно разрезной трубы. Панель может быть выполнена с внешним токопроводящим элементом в виде трубы. 5 з.п.ф-лы, 6 ил., 1 табл.

1. ЭЛЕКТРООБОГРЕВАЕМАЯ СТРОИТЕЛЬНАЯ ПАНЕЛЬ, включающая монолитную несущую часть из бетонной смеси и подводящие электроды, размещенные внутри несущей части, отличающаяся тем, что она снабжена токопроводящим элементом, а электроды выполнены в виде токопроводящей спирали, расположенной снаружи токопроводящего элемента, причем спираль и токопроводящий элемент изолированы друг от друга бетоном. 2. Панель по п.1, отличающаяся тем, что токопроводящий элемент выполнен в виде стержня. 3. Панель по п.1, отличающаяся тем, что токопроводящий элемент выполнен в виде трубы. 4. Панель по п.1, отличающаяся тем, что токопроводящий элемент выполнен в виде продольно разрезанной трубы. 5. Панель по пп.1 и 4, отличающаяся тем, что внутри токопроводящего элемента в виде продольно разрезанной трубы расположена арматура из токопроводящего материала, причем труба и арматура изолированы одна от другой бетоном. 6. Панель по п.1, отличающаяся тем, что она снабжена внешним токопроводящим элементом в виде трубы, причем спираль расположена между токопроводящим элементом и внешним токопроводящим элементом и изолирована от элементов бетоном.