Разработка и производство инновационных систем отопления на базе углеродного волокна берёт начало с 2001 года. Практически за два десятилетия исследований и попыток применения удалось создать действительно высокоэффективные нагревательные системы нового образца. Реализуемые решения ориентированы на производство, на строительство и прочие сферы, где углеродное нагревательное полотно допустимо применять по назначению. Рассмотрим технологию нагревательных матов и сеток в деталях, чтобы иметь явное представление о новинке, правда, уже относительно инновационной.
Преимущественные характеристики углеродного нагревательного полотна
Углеродистое волокно рассматривается специалистами высокоэффективным компонентом, пригодным для использования в системах теплового отопления. Преимущества углеродного волокна (полотна) очевидны:
- Неметаллический резистор.
- Низкая электропроводность (в 1000 раз ниже меди).
- Низкая теплопроводность (втрое ниже меди).
- Малая плотность (в 3,7 раза меньше плотности меди).
- высокая удельная теплоёмкость (вдвое выше меди).
- Высокое удельное сопротивление (в 2000 раз выше меди).
Все отмеченные свойства углеродного нагревательного полотна позволяют создавать конструкционные эксплуатационные системы, которые, по словам специалистов, отличаются:
- отсутствием электромагнитных полей,
- малой тепловой инерцией,
- малыми потерями тепла,
- низким сопротивлением тепловому излучению.
Запатентованная система напольного отопления на основе полотна с карбоном представляет собой листовой материал толщиной 4 мм, поставляемый либо стандартными модулями, либо сборкой на заказ для создания максимально допустимой цельной поверхности до 25 м2.
Вместе с напольной конфигурацией разработаны также нагревательные системы настенного и потолочного типа. Кроме того, есть возможность оборудовать углеродным нагревательным полотном отдельные конструкционные части, например, маршевые лестницы, входные группы и другие элементы стройки.
Технологический принцип организации нагрева углеродным полотном
Устройства подобного типа используют технологию инфракрасного излучения. Лучистое отопление обеспечивается эффектом теплообмена инфракрасными волнами как передатчиками тепла. Фактически, два тела (объекта) с разными температурами естественным образом обмениваются излучениями, при этом тепловой поток направляется от более теплого объекта к более холодному.
Так, излучение, испускаемое в комнате системой углеродного напольного отопления, трансформируется в тепло при контакте с объектом, стеной или человеком. Инфракрасные волны поглощаются не воздухом, а твёрдыми веществами, где трансформируются в тепло. Затем тепло передается в помещение для достижения оптимального температурного состояния.
Такого рода система теплых полов на углеродном полотне видится более предпочтительной в плане здоровья, поскольку не вызывает перемещения воздушных масс, следовательно, пыли внутри помещения. Также устраняются температурные разрывы между соседними помещениями.
Отопление углеродным нагревательным полотном гарантирует максимальный комфорт и соблюдение современных требований и правил эксплуатации жилья, которые допускают максимальную температуру поверхности пола — 28°C. Средняя температура излучения около 21°C позволяет поддерживать температуру воздуха ниже 20°C, то есть ниже температуры, обычно достигаемой в случае с традиционными системами отопления.
Этот момент ограничивает температурой разрыв внутри и снаружи, благодаря чему снижаются потери тепла. Рассматриваемая система теплового излучения углеродным нагревательным полотном также обеспечивает оптимальную температурную разницу между областью пола и областью потолка (около 1,5°C). Малая температурная разница исключает локальный дискомфорт по причине чрезмерно высоких градиентов температуры на уровнях головы и ног пользователей.
Наконец, применение технологии углеродного нагревательного полотна – это полное отсутствие громоздких нагревающих конструкций (радиаторов, труб, кранов и т.д.) – то есть существенная экономия полезной площади. В общем, одни плюсы, судя по презентациям уже состоявшихся производителей, к примеру, — «Thermal Technology».
Углеродное нагревательное полотно —принцип устройства системы
Модульная система углеродных нагревательных матов состоит из 12 модулей разных размеров, соединенных между собой посредством вставки. Модули, в свою очередь, содержат:
- Многослойный мат с теплоизоляционными, проводящими и отражающими слоями.
- Углеродные волоконные тепловые проводники под напряжение 230В переменного тока.
Специальная конструкция мата из углеродного полотна обеспечивает равномерный нагрев — излучение тепла по направлению вверх. Допускается явная потеря тепла на 5% по направлению излучения вниз. Специальными липучками обеспечивается удобство соединений всех элементов.
Также технология предусматривает использование углеродных нагревательных сеток, состоящих из 12 модулей разных размеров, соединенных между собой специальными адаптерами. Нагревательные сеточные модули состоят из устойчивой к щёлочи стекло-волоконной сетки, которая служит опорой для тепловых проводников. Такой модуль из углеродного волокна защищён изолирующей лентой, снижающей потери тепла по направлению вниз.
Как в конструкции матов, так и в конструкции сеток, углеродные кабели соединены параллельно одним фидером. Такой подход позволяет поддерживать работоспособность системы при случайных повреждениях, вызванных пользователями (например, при случайном обрыве кабеля из углеродного волокна). Обрыв приводит к неработоспособности относительно малой площади поверхности — не более 1 м2 (1 модуль из 12).
Нагревательное углеродное полотно — варианты применения
Возможности на применение этой инновационной конструкции отмечаются достаточно обширным диапазоном. Фактически, углеродное нагревающее полотно допускается применять в составе любых конструкций полов, стен, потолков. Вариации в качестве примеров:
Нагревающий углеродный мат под монолитной цементной стяжкой
Установка нагревательного мата под монолитной цементной стяжкой помогает поддерживать комфортную температуру в комнате даже после выключения системы. Это связано с тепловой инерцией, создаваемой цементной стяжкой. Рекомендуется такой подход для помещений под постоянное проживание.
Послойная конфигурация:
- Керамический или деревянный пол.
- Монолитная цементная стяжка.
- Нагревательный мат.
- Теплоизоляционная плита
- Нейтральный коврик.
- Плита пола.
Нагревающий углеродный мат под сухой стяжкой
Комбинирование системы нагревательных матов и сухой стяжки из гипсокартона является быстрым, дешёвым, удобным решением, особенно в случае малого имеющегося запаса толщины (например, при ремонте, устройстве жилых помещений на крыше, в туалетах и т. п.).
Послойная конфигурация:
- Керамическое или деревянное покрытие.
- Сухая стяжка или гипсокартон.
- Нагревательный мат.
- Теплоизоляционная плита.
- Нейтральный коврик.
- Плита пола.
Нагревающий углеродный мат поверх бетонной стяжки
Установка углеродного нагревающего полотна между стяжкой и плавающим полом позволяет обогревать помещение и очень быстро достигать тепловой инерции благодаря малой массе системы. Нагревательные маты в такой конфигурации особенно рекомендуются для мест, которые должны периодически нагреваться, таких как дома отдыха, офисы, магазины, конференц-залы, рестораны, гостиничные номера и т.д.
Послойная конфигурация:
- Твердый / ламинированный (плавающий) пол.
- Нагревательный мат.
- Бетонная стяжка.
- Теплоизоляционная плита.
- Нейтральные коврики.
- Плита пола.
Нагревающее покрытие поверх термальных изоляционных панелей
В этой конфигурации плитка или деревянные доски настилаются непосредственно на теплоизоляционные панели с покрытием из полистирола. Таким подходом обеспечивается углеродная нагревающая поверхность, толщиной не более 1,5 см для нагрева, при этом желаемая температура поверхности достигается очень быстро.
Послойная конфигурация:
- Керамический или мраморный пол.
- Эластичный клей.
- Нагревательная сетка.
- Теплоизоляционная плита.
- Нейтральные коврики.
- Плита пола.
Управление системой углеродного нагревающего полотна
Системы отопления на основе углеродного нагревающего полотна обычно управляются комнатными термостатами, действующими непосредственно на элемент нагрева через реле. Если система отопления на основе углеродного нагревающего полотна установлена более чем в одной комнате, как правило, используется электронный блок управления.
РИС. Управление углеродным нагревающим полотном: 1 – питающее напряжение 220-230 вольт; 2 – термостат; 3 – линия комнатного освещения; 4 – на уличный датчик температуры; 5, 6, 7, 8 – выходы подключения нагревающих матов; 9 — контроллер
Разработаны разные блоки управления, в том числе с крайне малым потреблением тока. Подобные устройства анализируют фактическое энергопотребление системы в каждый момент времени. В случае чрезмерного потребления энергии, устройство отключает систему в соответствии с приоритетами, установленными пользователем. Таким образом, нет необходимости полного отключения питания при сохранении контроля потребления и затрат.
Каждый выход блока управления подключен к напольному нагревательному мату или настенному нагревательному полотну и связан с термостатом. Если согласно параметрам термостата требуется нагрев, блок управления активирует цепь. В другом случае цепь, соответственно, блокирует нагревательные элементы.
