RU2014414C1

RU2014414C1 - Electric heating building panel

Info

Publication number: RU2014414C1
Authority: RU
Inventors: Евгений Федорович Кустов; Максим Евгеньевич Кустов; Сергей Петрович Пономарев
Original assignee: Евгений Федорович Кустов; Максим Евгеньевич Кустов; Сергей Петрович Пономарев
Priority date: 1992-01-17
Filing date: 1992-01-17
Publication date: 1994-06-15

Abstract

FIELD: construction. SUBSTANCE: electrodes are made as current-conducting spiral. The current-conducting element may be made in the form of rod or pipe or longitudinal cut pipe. Panel may be made with external current- conducting element in the form of pipe. EFFECT: improved design. 6 cl, 6 dwg, 1 tbl

Description

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. The invention relates to building elements used for the construction of electrically heated rooms, houses, coatings of various types. The proposed building unit can perform a dual function: to produce building structures and at the same time each building unit, and therefore the entire structure, can be heated by applying to them the electric field of the household power grid.

Известна электрообогреваемая строительная панель, выполненная в виде несущей части на основе бетона, армированная нагревательными элементами, и двух плит: одна - теплоаккумулирующая, а другая - теплоизолирующая (1). Known electrically heated building panel, made in the form of a bearing part on the basis of concrete, reinforced with heating elements, and two plates: one is heat-accumulating, and the other is heat-insulating (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. The disadvantage of this panel is that it cannot be used as a mechanical supporting part in the manufacture of concrete structures. It can only be used as an external coating on the structure to provide heating. In addition, the separation of this panel allows it to be used only for underfloor heating.

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). The closest to the proposed solution in terms of technical nature and the achieved result is an electrically heated building unit, for example, a panel, a block, a plate containing a monolithic supporting part based on concrete and electric heaters installed in the supporting part in the form of electrodes (2).

Недостатками известной электрообогреваемой единицы является низкая эффективность нагрева и малая долговечность работы. The disadvantages of the known electrically heated unit is the low heating efficiency and low durability.

Цель предлагаемого изобретения - повышение эффективности нагрева и увеличение долговечности. The purpose of the invention is to increase the heating efficiency and increase durability.

Основным отличием предлагаемого устройства является то, что в известном устройстве используется принцип активного нагрева, а в предлагаемом - принцип индуктивного нагрева. The main difference of the proposed device is that the known device uses the principle of active heating, and in the proposed one, the principle of inductive heating.

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. This goal is achieved in that an electrically heated building unit, for example a panel, block, plate, containing a monolithic concrete-based bearing part and electric heaters installed in the form of electrodes inside the bearing part, according to the invention, electric heaters are made in the form of a conductive spiral located inside and / or outside the conductive element, and the spiral and the conductive element are isolated from each other by concrete.

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. In FIG. 1 shows an electrically heated building unit, which is a panel, and the conductive element is made in the form of a rod; in FIG. 2 - heater design, where the conductive element is made in the form of a rod; in FIG. 3 - heater design, where the conductive element is made in the form of a pipe; in FIG. 4 - heater design, where the conductive element is made in the form of a longitudinally cut pipe; in FIG. 5 is a design of a heater where a conductive rod, such as a fixture, is placed inside a conductive element; in FIG. 6 is a design of a heater, where an external conductive element is located outside the heater's spiral.

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. An electrically heated building unit contains a monolithic bearing part 1 (Fig. 1) of concrete, in the volume of which a conductive spiral 2 (Fig. 1, 2, 3, 4, 5, 6) and a conductive element 3 in the form of a rod (Fig. 1, 2), pipes (Fig. 3), pipes with a longitudinal section (Fig. 4), a conductive rod 4 (Fig. 5), for example, fittings placed inside a conductive element and insulated by a monolithic bearing part 1 (concrete), an external conductive element 5 (Fig. 6), which is located outside the spiral 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. The device operates as follows. Spiral 2 is connected to the electrical network so that current flows through the coil. This current by induction induces a current in the conductive element 3, which is heated due to these eddy currents. The generated heat is transferred to the monolithic bearing part. Thus, the construction panel is heated in two ways: by heating the coil and the conductive element. Due to this, the heating efficiency is increased.

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. Electric current flows in both parts of the heater through metal conductors of sufficient cross-section, which increases the durability compared to the prototype (2), where the current flows through the electrodes and the concrete monolithic part, subject to aging.

Шаг спирали подбирается из того, чтобы между ними затекал раствор бетона. Тоже относится и к зазору между спиралью 2 и токопроводящим элементом 3. The pitch of the spiral is selected so that a concrete solution flows between them. The same applies to the gap between the spiral 2 and the conductive element 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. An electrically heated building unit (Fig. 3) has two surfaces of heat transfer from a conductive element: external and internal. The inner surface can be flooded with concrete or remain hollow inside the building unit.

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. In the building unit (Fig. 4), the current induced on the outer surface of the conductive element closes when flowing along its inner surface. Inside the conductive element there is an electromagnetic field that can inducely heat rods of conductive material.

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. In the construction unit (Fig. 5), the principle of induction heating of the reinforcement of reinforced concrete slabs is used. Heating is carried out in two ways: through the thermal contacts of the concrete phase with the spiral 2 and the conductive element 3, as well as fittings due to induction currents induced by the current flowing along the inner surface of the conductive element 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. In a building unit with a heater (Fig. 6) there are two conductive elements: external and internal, which can be split or not. An external conductive element 5 is put on a spiral 2 with an internal conductive element 3. An external conductive element 5 is heated by induction from the spiral 2. This heater design can be used inside a concrete or reinforced concrete slab.

Для электрообогреваемой строительной единицы следует применять цементы марки не ниже 250 (для жестких трамбованных образцов) или 100 (для пластичных образцов). For an electrically heated building unit, cement grades of at least 250 (for hard rammed samples) or 100 (for plastic samples) should be used.

В таблице приведены электротехнические характеристики нескольких электрообогреваемых строительных панелей. The table shows the electrical characteristics of several electrically heated building panels.

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. As can be seen from the table, the active heating used in the known solution (2), due to the high electrical resistance of concrete, has a low heating energy density due to the low current. When induction heating, the specific resistance of concrete does not affect the energy characteristics of heating and is determined by the geometric dimensions of the spiral and conductive elements, which allow to increase the specific energy of heating the slab. Due to this, the heating efficiency increases. With active heating, current flows through the near-electrode regions and the monolithic bearing part. Over time, due to cementing processes, the influence of humidity and ambient temperature, the electrical conductivity characteristics of the monolithic bearing part and the electrode regions change. In this regard, the heating characteristics of such plates are not constant and vary; over time, corrosion of electrodes and electrode areas occurs, which leads to an increase in electrical resistance and a decrease in heating power. In the proposed device, this effect is absent due to the fact that the current from the network flows in a spiral and, due to induction, induces eddy currents in conductive elements whose characteristics are constant.

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. Building units of the proposed design have standard sizes of standard concrete and reinforced concrete slabs and are assembled in the structure in the usual way. The electrical circuit of the plate connection is serial or parallel-serial, depending on the required power.

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.The technical and economic advantages of the proposed device compared to the known one are that the specific density of heating energy in the proposed device with a panel size of 100 x 100 cm is 5 ˙ 10 ^-2 W / cm ² , and in the known one with the same dimensions and voltages the power supply network is 5 ˙ 10 ^-4 W / cm ² , i.e. in order to heat the same volume with the proposed device in comparison with the known one, it is necessary to electrically heated units of a smaller total area and, accordingly, with less heat leakage, due to which the heating efficiency in the proposed device will be higher.

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. In addition, the aging of a building unit in a known device leads to an irreversible decrease in heating efficiency, which cannot be compensated for by replacing another unit, since it is a building, capital element.

Отсутствие эффекта старения в предлагаемом устройстве дает стабильную, не меняющуюся со временем эффективность нагрева, требуемую для использования его в качестве капитальной строительной единицы. The absence of the aging effect in the proposed device gives a stable, not changing with time, heating efficiency required to use it as a capital building unit.

Claims

1. ELECTRIC HEATED CONSTRUCTION PANEL, comprising a monolithic bearing part made of concrete mixture and lead electrodes placed inside the bearing part, characterized in that it is provided with a conductive element, and the electrodes are made in the form of a conductive spiral located outside the conductive element, the spiral and the conductive element being insulated apart concrete.

2. The panel according to claim 1, characterized in that the conductive element is made in the form of a rod.

3. The panel according to claim 1, characterized in that the conductive element is made in the form of a pipe.

4. The panel according to claim 1, characterized in that the conductive element is made in the form of a longitudinally cut pipe.

5. The panel according to claims 1 and 4, characterized in that within the conductive element in the form of a longitudinally cut pipe there is a reinforcement made of conductive material, the pipe and fittings are isolated from one another by concrete.

6. The panel according to claim 1, characterized in that it is provided with an external conductive element in the form of a pipe, the spiral being located between the conductive element and the external conductive element and isolated from the elements by concrete.