СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОНАГРЕВАТЕЛЬНОЙ СТЕНОВОЙ ПАНЕЛИ Российский патент 2003 года по МПК F24D13/02 

Изобретение относится к электроэнергетике, в частности, к созданию средств для отопления жилых, общественных и производственных помещений, и предназначено для удовлетворения жизненных потребностей человека. Оно может быть использовано при проектировании, строительстве и реконструкции систем отопления жилых, общественных и производственных зданий.

В настоящее время все большее распространение находит электрический обогрев жилых, общественных и производственных помещений. Как показали экспериментальные исследования, использование электрического обогрева открывает новые возможности качественного улучшения санитарно-гигиенических условий и повышения уровня комфорта среды обитания человека. Перевод жилых, общественных и производственных помещений на электрическое отопление тесно связан с разработкой новых высокоэффективных отопительных средств, удовлетворяющих современным техническим, эстетическим, экологическим и экономическим требованиям. Особое внимание уделяется экологическим требованиям, согласно которым как при изготовлении, так и при практическом использовании новые отопительные средства не должны создавать электромагнитные поля и излучения, которые по длине волны и интенсивности отличаются от тех, к воздействию которых человек адаптировался на протяжении всего исторического процесса биологической эволюции.

В настоящее время используются конвективный и лучевой (радиационный) способы отопления помещений. Сравнительный анализ показал, что лучевой способ отопления помещений имеет значительные преимущества перед конвективным. (Справочник "Строитель", изд. HA"NORMA", 2000, 4, стр. 192, 193).

Типичными ИК-обогревателями для отопления помещений являются электрические потолочные ИК-обогреватели "ЭкоЛайн". При этом потолочные ИК-обогреватели "ЭкоЛайн", предназначенные для отопления жилых и офисных помещений с высотой потолков до 3,5 м, имеют температуру излучающей поверхности от 100 до 200^oС. Для отопления помещений с высотой потолков более 3,5 м предназначены потолочные ИК-обогреватели "ЭкоЛайн", имеющие температуру излучающей поверхности от 300 до 750^oС. ИК-обогреватели "ЭкоЛайн" характеризуются высокой удельной плотностью энергии, что обусловлено стремлением обеспечить требуемую мощность в ограниченных сравнительно небольшими размерами габаритах.

Существенным недостатком ИК - обогревателей с температурой излучающей поверхности от 100 до 200^oС и от 300 до 750^oС является то, что их ИК-излучение, лежащее в диапазоне длин волн короче 6 мкм, характеризуется весьма низкой эффективностью взаимодействия с организмом человека, поскольку глубина проникновения в организм человека ИК - излучения на этих длинах волн весьма мала. Вследствие этого вся энергия ИК - излучения расходуется на нагревание одежды и тонкого поверхностного слоя кожи, что может вызвать покраснение и даже раздражение открытых участков кожи, например лица. Кроме того, высокие температуры излучателей приводят к тому, что в лучшем случае гибнет микрофлора воздуха, а в худшем - в воздухе образуется множество вредных и даже ядовитых органических соединений, в том числе угарный газ.

Эффективность взаимодействия ИК - излучения с организмом человека тем выше, чем больше глубина проникновения ИК излучения под поверхность кожи. Глубина проникновения уменьшается с ростом температуры излучающей поверхности ИК - обогревателя и соответствующим уменьшением длины волны ИК - излучения. По данным биофизических исследований, наиболее благоприятным для организма человека является ИК-излучение на волнах длиною от 8,5 мкм до 10,5 мкм, причем максимум интенсивности в сплошном спектре поглощения тела человека приходится на длину волны в диапазоне 9,3-9,5 мкм. На этой длине волны имеет место наибольшая глубина проникновения ИК - излучения в тело человека (Боголюбов В.М., Пономаренко Г.Н., Общая физиотерапияю. М., Медицина, 1999, стр. 148-151; Физическая энциклопедия. М., 1998, том 2, стр.182). Поэтому, поскольку одежда человека для этих длин волн полупрозрачна, тепловой комфорт, связанный с тепловым балансом организма человека, наступает при пониженных температурах окружающего воздуха. Кроме того, такое тепловое ИК-излучение не только "не выжигает кислород", то есть не создает угарной среды, но и не губит микрофлору воздуха.

Чтобы получить ИК-излучение в диапазоне длин волн 8,5-10,5 мкм, необходимо использовать ИК-обогреватели с температурой поверхности излучателя в пределах 45-50^oС. Неизбежное при этом уменьшение удельной плотности энергии может быть скомпенсировано увеличением площади поверхности излучения ИК - обогревателя.

Использование высокотемпературных ИК - обогревателей, характеризующихся высокой удельной плотностью энергии, продиктовано в значительной степени технологическими ограничениями геометрических размеров излучателей и возможностями технологического оборудования при изготовлении. Для решения проблемы внедрения низкотемпературных ИК - обогревателей, характеризующихся большой площадью излучателя и связанных с привязкой их геометрических размеров к конкретным помещениям, важное значение имеет выбор конструкции и оптимальной технологии, обеспечивающей их изготовление до максимальной готовности в заводских условиях, позволяющих эффективно контролировать стабильность технологического процесса, параметры и качество готовой продукции. Это позволит полностью исключить необходимость изготовления низкотемпературных электрических систем отопления на объектах "по месту", когда контроль технологии и качества изготовления крайне затруднен.

Исходя из изложенного, была выбрана ИК-электронагревательная стеновая панель, конфигурация и размеры которой могут варьироваться в зависимости от конкретных условий оптимального решения задачи отопления помещения, и разработана технология ее изготовления, которая является предметом данного изобретения.

Конструктивно электронагревательная панель выполняется многослойной. Она содержит основание, обеспечивающее механическую прочность панели и имеющее слой теплоизоляции с тыльной стороны, плоский нагревательный элемент, электромагнитный экран и наружное (лицевое) покрытие. Встроенный контрольный датчик автоматически ограничивает температуру наружного покрытия панели на заданном уровне. Питание электронагревательной панели осуществляется от электросети. Регулирование температуры нагрева панели осуществляется термостатом.

Наиболее близким аналогом (прототипом) заявляемого способа изготовления электронагревательной стеновой панели является способ изготовления нагревательных излучающих панелей по патенту 2141177 C1 от 10.11.1999, предусматривающий размещение электропроводящего материала на подложке, в качестве которой используют диэлектрическую или металлическую пластину, которую предварительно специально подготавливают, а затем наносят на нее слои токопроводящего и защитного покрытий.

Недостатком такого технического решения является сложность технологического процесса его реализации, требующего применения специального технологического оборудования, которое накладывает ограничения на геометрические размеры изготавливаемых ИК-обогревателей. Поэтому оно может использоваться для изготовления главным образом высокотемпературных инфракрасных излучателей небольших размеров, работающих в коротковолновой части инфракрасного диапазона на длинах волн, которые не оптимальны с точки зрения физиологического воздействия на человека.

Задачей изобретения является создание способа изготовления ИК-электронагревательной стеновой панели, обеспечивающего упрощение технологического процесса изготовления и устраняющего технологические ограничения по геометрическим размерам при изготовлении низкотемпературных ИК электронагревательных панелей.

Техническим результатом является возможность обеспечения теплового баланса организма человека при пониженной температуре воздуха в помещении и соответственно экономии энергопотребления.

Указанный технический результат достигается тем, что для изготовления электронагревательной стеновой панели используют основание, выполненное, например, из гипсокартона, гипсоволокна, асбоцемента и пр., на тыльную поверхность основания наносят слой теплоизоляции, а на рабочей поверхности размещают плоский резистивный электронагревательный элемент, в качестве которого используют электрический экранированный провод с термостойкой электрической изоляцией, который равномерно укладывают в виде спирали, меандра или зигзагообразной плоской обмотки и закрепляют на рабочей поверхности основания, заполняют пространство между витками электрического экранированного провода массой, обладающей хорошими теплопроводными и адгезионными свойствами, затем поверх массы накладывают мелкоячеистую сетку, выполненную из ферромагнитного материала, а поверх сетки наносят слой штукатурки по всей лицевой поверхности панели, причем начало и конец электрического экранированного провода снабжают выводами для подключения к питающей электрической сети, а его оплетку и мелкоячеистую сетку снабжают выводами для подключения к контуру электрического заземления здания. Лицевую поверхность панели либо покрывают минеральной краской, либо облицовывают естественным или искусственным камнем, кафельной или керамической плиткой. По периметру панели устанавливают декоративный бордюр, который выполняют из дерева, металла, естественного или искусственного камня, а также кафельной или керамической плитки, причем каждый из этих материалов используют как отдельно, так и в различных сочетаниях с другими материалами. Подключение электрических выводов оплетки электрического экранированного провода и мелкоячеистой сетки к контуру электрического заземления здания гарантирует отсутствие электрических и магнитных полей за пределами поверхности электронагревательной панели.

Технологический процесс изготовления электронагревательной стеновой панели по предложенному способу не требует применения специального сложного технологического оборудования. Поэтому электронагревательная стеновая панель может быть изготовлена на любом предприятии строительного профиля на основе использования известных технологических приемов и методов, хорошо освоенных на этих предприятиях. В связи с этим возможность практического осуществления предложенного способа изготовления электронагревательной стеновой панели не вызывает сомнений.

Облицовка лицевой поверхности панели натуральным камнем (мрамором) или изготовление из природных материалов керамики обладает гигиеническими, эстетическими, а самое главное лечебно-оздоровительными свойствами. При нагреве облицовки до температуры 40-50^oС она излучает инфракрасное излучение, близкое к спектральному составу излучения тела человека с длиной волны 9,2-9,4 мкм. Такое ИК-излучение и его тонкий спектр, определяемый минералогическим составом облицовки, резонансно поглощается телом человека, причем наиболее глубоко проникает в организм человека даже через одежду. Свойство ИК-излучения указанного диапазона длин волн непосредственно поглощаться телом человека позволяет обеспечить тепловой баланс организма человека при пониженной температуре воздуха в помещении и соответственно экономить на энергопотреблении.

Предложен способ изготовления электронагревательной стеновой панели, предназначенной для отопления жилых, общественных и производственных помещений инфракрасным излучением, благоприятным для организма человека по биофизическим показателям. Для изготовления электронагревательной стеновой панели используют основание, выполненное, например, из гипсокартона, гипсоволокна, асбоцемента и пр. и обеспечивающее механическую прочность панели. На тыльную поверхность основания наносят слой теплоизоляции, а на рабочей поверхности размещают плоский резистивный электронагревательный элемент, в качестве которого используют электрический экранированный провод с термостойкой электрической изоляцией, который равномерно укладывают в виде спирали, меандра или зигзагообразной плоской обмотки и закрепляют на рабочей поверхности основания. Пространство между витками экранированного провода заполняют массой, обладающей хорошими теплопроводными и адгезионными свойствами. Поверх массы накладывают мелкоячеистую сетку, выполненную из ферромагнитного материала, а поверх сетки наносят слой штукатурки по всей лицевой поверхности панели. Начало и конец экранированного провода снабжают выводами для подключения к питающей электрической сети, а его оплетку и мелкоячеистую сетку снабжают выводами для подключения к контуру электрического заземления здания. Лицевую поверхность панели либо покрывают минеральной краской, либо облицовывают естественным или искусственным камнем, кафельной или керамической плиткой. По периметру панели устанавливают декоративный бордюр, который выполняют из дерева, металла, естественного или искусственного камня, а также кафельной или керамической плитки. Подключение выводов оплетки экранированного провода и мелкоячеистой сетки к контуру электрического заземления здания гарантирует отсутствие электрических и магнитных полей за пределами поверхности электронагревательной панели в соответствии с требованиями по экологии. Техническим результатом является создание способа изготовления ИК-электронагревательной стеновой панели, обеспечивающего упрощение технологического процесса изготовления и устраняющего технологические ограничения по геометрическим размерам при изготовлении низкотемпературных ИК-электронагревательных панелей.

Способ изготовления электронагревательной стеновой панели, заключающийся в том, что в качестве резистивного электронагревательного элемента используют электрический экранированный провод с термостойкой электрической изоляцией, который равномерно укладывают в виде спирали, меандра или зигзагообразной плоской обмотки и закрепляют на рабочей поверхности основания, выполненного, например, из гипсокартона, гипсоволокна, асбоцемента, заполняют пространство между витками электрического экранированного провода массой, обладающей хорошими теплопроводными и адгезионными свойствами, поверх массы накладывают мелкоячеистую сетку, выполненную из ферромагнитного материала, а поверх сетки наносят слой штукатурки по всей лицевой поверхности панели, причем начало и конец электрического экранированного провода снабжают выводами для подключения к питающей электрической сети, а его оплетку, предназначенную для использования в качестве электромагнитного экрана, и мелкоячеистую сетку снабжают выводами для подключения к контуру электрического заземления здания, при этом лицевую поверхность панели покрывают минеральной краской, облицовывают естественным или искусственным камнем, кафельной или керамической плиткой, по периметру панели устанавливают декоративный бордюр, выполненный из дерева, металла, естественного или искусственного камня, а также кафельной или керамической плитки, причем каждый из этих материалов используют как отдельно, так и в различных сочетаниях с другими материалами, а на тыльной стороне основания располагают слой теплоизоляции.