Sibprompost.ru

Стройка и ремонт
2 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Информационно-коммуникационные технологии в педагогическом образовании

Информационно-коммуникационные технологии
в педагогическом образовании

Руководитель: Квасов Евгений Викторович,учитель физики МБОУ «Гимназия №12» (Ленинск-Кузнецкий ГО)

Старшее поколение помнит, как в студенческие годы в общежитии при помощи двух бритвочек или ножей кипятили воду. Модель простая: два тонких лезвия, между ними две спички, чтобы они не касались друг друга, и всё перетянуто ниткой. К лезвиям подсоединяются провода от источника тока. Техника безопасности нарушается, но чай закипает очень быстро! Возникает вопрос: почему вода нагревается, если бритвочки не замкнуты?

Оказывается, это уже успешно применяется для обогрева жилых помещений в виде электродного водонагревателя. Ещё в СССР схожие по принципу действия отопительные приборы использовались на атомных подводных лодках и кораблях Военно-морского флота. В конце 1980-х годов конструкция электродного котла была адаптирована к использованию в системах отопления жилых, производственных, складских и торговых помещений.

Цель исследовательской работы: исследование свойств теплоносителя для Энергосберегающей отопительной установки (далее ЭОУ) и создание действующей модели ЭОУ.

Задачи:

1. Изучить принцип работы ЭОУ.

2. Выяснить его эффективность.

3. Исследовать электропроводность различных образцов воды.

4. Выяснить зависимость электропроводности жидкости от температуры.

5. Определить необходимую и достаточную концентрацию теплоносителя.

6. Создать модель для исследования свойств теплоносителя.

Объект исследования: процесс преобразования электрической энергии в тепловую.

Предмет исследования: электрические свойства теплоносителя для ЭОУ.

Методы исследования:

1. Сбор и анализ литературных источников, Интернет-ресурсов и

полученных знаний на уроках физики и химии.

2. Физический эксперимент.

Этапы исследования:

1. Изучение данной темы при помощи научной литературы и Интернет-ресурсов.

2. Исследование электропроводности воды из разных источников.

3. Исследование зависимости сопротивления теплоносителя от его температуры.

4. Создание действующей модели ЭОУ из подручных материалов.

5. Расчёт эффективности работы оригинальной ЭОУ.

Теоретическая и практическая значимость:

1. Предложен способ определения удельного сопротивления теплоносителя для более эффективной работы ЭОУ;

2. Изготовлена наглядная действующая модель отопительной системы, которая может применяться учителем на уроках химии и физики при изучении физических и химических свойств жидкости и конвекции в жидкостях.

Процесс нагрева в водонагревателе электродного типа происходит посредством протекания электрического тока через теплоноситель, за счет сопротивления которого и происходит нагрев. При этом явление электролиза (разложение воды на кислород и водород при пропускании через неё постоянного электрического тока) не наблюдается, так как катод и анод постоянно меняются местами с частотой тока в электрической сети (50 Гц). Значит, нагревание происходит из-за колебательных движений заряженных частиц, и на выходе в считанные секунды теплоноситель нагревается до 95ºС!

В ходе проведения экспериментов выяснили, что различные жидкости имеют разное удельное сопротивление, и нами была определена пропорция компонентов смеси, необходимой для наиболее эффективной работы энергосберегающей водонагревательной установки электродного типа. А так же была исследована зависимость электропроводных свойств теплоносителя от температуры.

При помощи математических расчётов определены преимущества электродного водонагревателя в области энергосбережения сравнительно с ТЭНовыми водонагревателями и естественными видами топлива.

В процессе работы над данной темой была создана действующая модель отопительной системы, которая с успехом может быть использована учителями физики и химии на уроках для демонстрации электрических свойств жидкости и конвекции.

Таким образом, работая над данной исследовательской работой, мы можем выделить следующие особенности электродных котлов:

  • За счет простоты конструкции и принципа нагрева тепловые потери в котле сведены к минимуму, благодаря чему КПД электродных котлов близки к 100 (96-98%)
  • Так как теплоноситель является элементом электрической цепи, то в электродных котлах отсутствует проблема «сухого хода», или, другими словами, если из системы отопления по какой-либо причине вытекает теплоноситель, то электродный котел просто перестает работать из-за размыкания цепи, тем самым предотвращая аварийную ситуацию.
  • Энергопотребление электродных котлов напрямую зависит от температуры теплоносителя — чем ниже температура воды в системе, тем ниже энергопотребление. На номинальный режим энергопотребления котел выходит при условии, что температура воды в системе равна 75 градусам.
  • Рабочая температура электродного котла не должна превышать 75 градусов — при увеличении температуры увеличивается мощность котла, и, как следствие, нагрузка на электросеть.
  • Электродные котлы менее инертны, что позволяет быстрее разгонять систему до заданной температуры и эффективнее применять управляющую автоматику.
  • Электродные котлы не чувствительны к перепадам напряжения. С изменением напряжения изменяется лишь мощность котла, а в целом он продолжает работать.
  • Малые габариты и низкая стоимость.
  • Электродные котлы требовательны к качеству теплоносителя.
  • При установке электродного котла необходимо наличие хорошего заземления — из-за значительных токов утечки подключение котла после УЗО (устройства защитного отключения) невозможно.
Читайте так же:
Датчик температуры теплого пола можно ли удлинить провод

ЭОУ на сегодняшний день самый экономичный вид отопления среди электрических котлов и ТЭНовых обогревателей!

КАК ВЫБРАТЬ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ КОТЕЛ

Стоит заметить, что выбрать электрический котел того или иного производителя, будь то Аристон, Галан и пр. проблем не составляет.

Главное определиться какой именно котел больше всего подходит для Вашего дома или дачи с учетом условий его эксплуатации, характеристик, технических возможностей.

Давайте рассмотрим некоторые моменты, которые, по мнению маркетологов, должны склонить потребителя к выбору той или иной модели (типа) электрического котла.

Коэффициент полезного действия (КПД). Вот уж на что меньше всего стоит обращать внимание. Дело в том, что принцип действия электрического отопительного котла основан на преобразовании электрической энергии в тепловую и любой из них с этой задачей справляется на все 100%.

Другое дело как это тепло расходуется. Котел нагревает теплоноситель, себя самого (корпус). Потерями электричества на автоматику и пр. можно пренебречь. Основные потери тепла происходят при его транспортировке к рабочей зоне (обогрева), но это зависит исключительно от конфигурации отопительной системы Вашего дома, но никак не от электрических характеристик.

Срок службы. Помимо гарантий изготовителя он зависит от условий эксплуатации. Например, на него влияет вид и качество теплоносителя, хотя бы с точки зрения образования накипи, которая может досрочно вывести котел из строя.

Кстати, текущие ремонты, техническое обслуживание — вещи неизбежные, поэтому следующий момент, который стоит учесть при выборе котла — их стоимость, причем соотнесенная с ценой системы.

Все это определяется типом электрокотла, вот что мы имеем здесь на сегодняшний день.

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ОТОПИТЕЛЬНЫЕ КОТЛЫ ДЛЯ ДОМА

Последнее время для отопления дома активно рекламируются электродные котлы. Принцип их действия заключается в том, что электродные котлы осуществляют нагрев теплоносителя без «посредников», за счет протекания электрического тока непосредственно через теплоноситель.

Какие достоинства имеет этот тип электрических котлов? Конспективно:

  • простота конструкции,
  • отсутствие опасности перегрева при вытекании теплоносителя (электрическая цепь размыкается, ток отсутствует),
  • относительно быстрый разогрев (низкая инерционность системы),
  • устойчивость к перепадам напряжения,
  • небольшие габариты и привлекательная цена электродных котлов.

Теперь недостатки:

  • требуют специального теплоносителя, обладающего определенным удельным сопротивлением, причем со временем электрические характеристики теплоносителя могут измениться и он будет нуждаться в замене,
  • мощность его прямо пропорционально зависит от температуры теплоносителя. При низких температурах котел может вообще не запуститься, а при рабочей температуре выше 75 градусов может значительно перегрузить электрическую сеть. Поэтому нужна хорошая автоматика,
  • значительные токи утечки делают невозможным применение УЗО. Электродный котел требует хорошего заземления,
  • количество жидкости, заливаемой в систему определяется мощностью котла,
  • достаточно жесткие требования к отопительной системе (диаметр подачи, обратки, высота стояка и пр.),
  • определенные сложности при регулировке мощности.
Читайте так же:
Тепловые расцепители автоматических выключателей защищают при

Давайте посмотрим могут ли оказаться более предпочтительными ТЭНовые (ТЭН — это Трубчатый Электро Нагреватель) котлы.

Достоинства этих котлов следующие:

  • отсутствие электрического контакта нагревателя и теплоносителя, как следствие отсутствие токов утечки, возможность применения УЗО.
  • могут использовать различные теплоносители (антифриз, воду),
  • простота регулировки мощности, температура теплоносителя не влияет мощность котла,

Недостатки:

  • ограниченный ресурс работы ТЭНов, в том числе и за счет образования накипи,
  • при отсутствии жидкости в системе ТЭН, скорее всего выйдет из строя.

Это то, что стоит учесть, если Вы хотите правильно выбрать тип электрического отопительного котла.

© 2012-2021 г. Все права защищены.

Представленные на сайте материалы имеют информационный характер и не могут быть использованы в качестве руководящих и нормативных документов

Электродный котел: устройство и принцип работы

И снова здравствуйте! Многие из вас слышали про чудесные электродные котлы, которые очень сильно экономят электричество.

Возникает законный вопрос: «Как и за счет чего это происходит?»

Давайте попробуем разобраться где здесь правда, а где вымысел.

Начнем с объяснения физических принципов работы электродного котла.

Принцип работы электродного котла

Физический принцип здесь простой — теплоноситель в системе отопления нагревается непосредственным пропусканием через него электрического тока.

Фазы электрической сети подключаются к электродной группе, а ноль подключается к корпусу котла.

А в обычном электрическом котле сеть подключается к ТЭНу.

Чтоб стало понятней смотрите на следующую картинку:

Электродный котел схема

Выделение тепла происходит из-за того, что теплоноситель обладает некоторым сопротивлением.

Вообще, подбор теплоносителя для таких котлов задача сложная:

  • Дистиллированная вода не подходит, потому что не проводит электричество.
  • Вода с добавлением поваренной соли может вызывать ускоренную коррозию металлических частей системы и выпадение накипи на электродах.

В паспортах на такие отопительные аппараты, производители обычно пишут, что котел будет гарантированно работать только с их теплоносителем, в состав которого входят «особенные» ингибиторы коррозии или что-либо еще.

Меня мучают подозрения, что делается это для того, чтобы при случае отказаться от гарантийного обслуживания, если потребитель использовал какую-то другую жидкость.

Производители рекомендуют применять для электродных котлов пропиленгликоль или этиленгликоль.

Если интересно, то можете прочитать мою статью про низкозамерзающие теплоносители. Теперь давайте коснемся еще одного вопроса.

Сравнение КПД электродного и электрического котла

Производители нахваливают электродные котлы за их высокий КПД.

Отсутствие потерь они объясняют тем, что электрический ток нагревает непосредственно теплоноситель.

Но при этом почему-то ничего не говорится о потерях при использовании ТЭНов.

Приведу рисунок, чтобы напомнить вам их устройство:

Устройство ТЭНа

Внутри ТЭНа происходит последовательный нагрев нихромовой спирали, потом наполнителя из периклаза, а потом металлической трубки.

Вся эта конструкция плотно прокатана и внутри нет никаких воздушных полостей, которые могли бы удерживать тепло.

Поэтому практически вся энергия, выделяемая на нихромовой спирали уходит на нагрев воды. Точно так, как в электродном котле.

Есть еще одно утверждение производителей: «Электродный котел нагревает воду быстрее, чем ТЭНовый.

Потому что нагрев воды происходит по всему объему котла». Это тоже спорный аргумент.

Воды внутри котла умещается мало, а мощность для ее нагрева прикладывается большая.

Безусловно, какое то преимущество во времени будет, но скорее всего оно для вас не будет играть роли. И никаких обещанных 30% процентов экономии не принесет.

Читайте так же:
Выключатель автоматический тип расцепителя тепловой электромагнитный

Также очень важна температура теплоносителя в системе.

Связано это с тем, что при повышении его температуры происходит падение его сопротивления.

А это вызывает повышение потребляемой мощности:

Формула мощности электродного котла

По этой причине температура теплоносителя не должна превышать 50°. А что это будет означать для вас? Это еще одна засада!

Например, теплоотдача алюминиевых радиаторов измеряется исходя из условия, что температура теплоносителя равна 90°, а температура воздуха в помещении 20°.

При более низко температуре теплоносителя вам нужно будет увеличивать количество секций радиаторов.

Так, например делается в системе отопления под названием «Ленинградка», где наиболее удаленные от стояка или котла радиаторы должны быть с большим количеством секций.

Чем больше секций, тем дороже система отопления выйдет по цене.

Единственный вариант с такой температурой теплоносителя — водяные теплые полы.

Но нужно помнить, что для нашего холодного климата они не подойдут в качестве основной системы отопления.

Мораль всего, что сказано выше такова — никакого особенного преимущества по КПД у электродного котла по сравнению с обычным электрическим нет, а вот сложностей с эксплуатацией прибавляется. О других сложностях поговорим ниже.

Сложности в эксплуатации электродных котлов

Кроме того, что было перечислено раньше, есть еще «особенности» в эксплуатации у таких отопительных аппаратов:

  • Необходимость следить за состоянием теплоносителя. Свойства теплоносителя со временем меняются под действием электрического тока, а от этих самых свойств зависит потребляемая мощность.
  • Необходимость повсеместно заземлять все металлические части — трубы радиаторы итд. Системы заземления дорогое и сложное удовольствие.
  • Более быстрый процесс коррозии металлов под действием электричества. Явления электрокоррозии разрушают не только черные, но нержавеющие сорта стали.
  • Высокая вероятность отказа в гарантийном обслуживании оборудования. Для того, чтобы не быть голословным приведу выдержки из паспорта на электродный котел:

В общем, многовато проблем для одного устройства.

Краткие итоги статьи

Электродный котел, конечно, интересное техническое решение. Но проблем с его с эксплуатацией много и они серьезные.

При этом нет никаких доказательств его экономичности, кроме обещаний производителей и продавцов.

Скажу еще, что по какой-то неведомой мне причине ни один известный производитель оборудования для отопления не выпускает электродных котлов.

Возможно, что это вызвано именно этими проблемами. На этой оптимистичной ноте я завершаю эту статью. Жду ваших вопросов в комментариях.

Формула идеального электрического котла

  • Преимущества и недостатки
  • Тип нагревательного элемента
  • ТЭНовые котлы
  • Электродные котлы
  • Индукционные котлы
  • Тип подключения
  • Число контуров
  • Мощность
  • Регулировка мощности
  • Управление
  • Способ установки
  • Популярные бренды электрокотлов
  • Электрокотлы Navien
  • Электрокотлы Protherm
  • Электрокотлы Сангай

Электрические котлы — не самое экономичное отопительное оборудование, но оно стабильно пользуется спросом, а в некоторых случаях ему нет альтернативы. Компактные, надежные и простые агрегаты можно использовать для обогрева жилых, коммерческих и промышленных помещений. Как выбрать электрокотел, чтобы в доме было тепло, а расходы на отопление были приемлемыми?

Преимущества и недостатки

Работа электрических котлов основана на преобразовании электроэнергии в тепло. Нагрев теплоносителя осуществляется с помощью нагревательных элементов. В простейших моделях устанавливается обычный ТЭН, в индукционных котлах источником тепла служит электромагнитная индукция.

Электрокотлы пользуются большим спросом, несмотря на то что электроэнергия стоит дороже любого другого энергоносителя. Популярность электрических теплогенераторов объясняется тем, что такие агрегаты имеют ряд достоинств:

Универсальность. Установка возможна на любом электрифицированном объекте.

Доступная стоимость. Простота конструкции электрических котлов отражается на их стоимости, которая ниже, чем у газовых и твердотопливных котлов.

Высокий КПД. У современных моделей котлов этот параметр достигает 95-99%.

Читайте так же:
Труба для теплого пола розетка

Простота монтажа. Компактные размеры и отсутствие дымохода упрощают установку оборудования.

Простота эксплуатации. В моделях последнего поколения участие человека в управлении котлом заключается в установке требуемого режима работы.

Безопасность. Работа оборудования не связана с использованием открытого огня или легковоспламеняющегося энергоносителя. Продуманная система безопасности обеспечивает защиту при возникновении внештатной ситуации.

Экологичность. Работа котла не сопровождается образованием продуктов сгорания, которые загрязняют окружающую среду.

Бесшумность. Агрегат работает тихо и не издает никаких раздражающих звуков, если не считать негромких щелчков реле.

Нетребовательность к обслуживанию. Нет необходимости в проведении регулярных регламентных работ и чистки элементов котла.

Организация ГВС. На рынке представлены в основном одноконтурные котлы, но встречаются и двухконтурные модели, которые способны выполнять подготовку горячей воды.

При объективном рассмотрении электрических котлов отопления следует отметить ряд недостатков:

Большие расходы на отопления. Автоматизация работы оборудования и внедрение энергосберегающих технологий не позволяют кардинально решить проблему, связанную с высокой эксплуатационной стоимостью. Для обогрева больших помещений электрокотлы использовать нецелесообразно, поэтому нередко они служат резервным источником тепла.

Энергозависимость. Перебои с поставками электроэнергии делают работу котла невозможной.

Повышенные требования к электропроводке. Мощные электрокотлы подключаются к трехфазной сети, а для менее производительных лучше выделить отдельную линию.

Тип нагревательного элемента


ТЭНовые котлы

По популярности электрокотлы с трубчатыми электронагревателями не имеют себе равных. ТЭН представляет собой конструкцию, состоящую из нихромовой спирали, которая помещена в прочную и надежную металлическую оболочку. Между ними находится диэлектрический наполнитель. Принцип действия заключается в том, что после подачи электроэнергии ТЭН нагревается и передает тепловую энергию теплоносителю.

Для достижения номинальной мощности ТЭНовому котлу требуется порядка 10-15 минут, причем это происходит скачкообразно. Работа теплогенератора осуществляется в проточном режиме. Мощности одного нагревательного элемента, как правило, недостаточно, поэтому устанавливается несколько ТЭНов.

Мнение, что использование электроэнергии для нагрева теплоносителя может быть небезопасно, не имеет под собой почвы. Диэлектрик, использующийся в ТЭНе в качестве наполнителя, служит разделителем, который не допускает появления короткого замыкания.

Однако использование жесткой воды для переноса тепла в отопительной системе приводит к образованию накипи на ТЭНе, который находится в непосредственном контакте с водной средой. Это явление может привести к выходу из строя оборудования. Для замедления этого процесса в качестве теплоносителя применяют дистиллированную воду или специальные жидкости.

Перегрев электрокотла возможен только в результате протечки. Во всех остальных случаях оборудование надежно защищает терморегулятор.

Электродные котлы

Для нагрева теплоносителя используются два электрода, которые погружены в теплообменник. При подаче напряжения возникает разность потенциалов, а жидкость за счет присутствия солей становится проводником. При прохождении электрического тока теплоноситель очень быстро нагревается. Обычную воду по техническим причинам использовать нельзя, поэтому теплоносителем служит подготовленная вода или жидкости на основе этиленгликоля.

По сравнению с ТЭНовыми, электродные котлы более экономичны и потребляют в два раза меньше электроэнергии. Агрегаты оснащены продуманной автоматикой для надежной и безопасной работы агрегата, который настолько прост, что ломаться в нем, по сути, нечему. В случае протечки в системе ничего чрезвычайного не произойдет. При работе в нестабильных электрических сетях автомат будет продолжать выполнять свою функцию, хоть и менее эффективно.

Недостаток электродных котлов заключается в том, что требуется специально подготовленный теплоноситель. При установке агрегата обязательно выполняется надежное заземление. Электроды — расходный материал, так как подлежат периодической замене.

Индукционные котлы

В конструкцию котла входит трансформатор, состоящий из индукционной катушки (играет роль генератора), и сердечника, которым служит теплообменник. В результате подачи электрического тока на первичную обмотку происходит преобразование электричества в магнитное поле, которое передается на вторичную обмотку. При этом сердечник нагревается и передает тепловую энергию находящемуся в нем теплоносителю. Для повышения эффективности нагрева площадь контакта увеличивается путем придания теплообменнику формы в виде лабиринта.

Читайте так же:
Где используют тепловое химическое действие тока физика

У индукционных котлов много преимуществ — они экономичны, имеют компактные габариты, долговечны и пожаробезопасны. В процессе их эксплуатации накипь не образуется, а теплоносителем могут быть различные жидкости, даже невысокого качества.

Несмотря на компактные размеры, индукционные котлы довольно массивны. Основной недостаток такого оборудования — это его высокая стоимость.

Тип подключения

Перед приобретением электрокотла следует определить параметры электросети там, где планируется выполнить подключение электрокотла. Электрические теплогенераторы с мощностью до 7.5-9 кВт могут подключаться к однофазной сети в зависимости от модели. Более мощное оборудование требует подключения только к трехфазной сети.

Для уменьшения нагрева желательно использовать медный многожильный проводник, который обладает более высокой токопроводимостью.

Число контуров

Мощность

Мощность электрокотла подбирается в зависимости от площади отапливаемого помещения и потребности в ГВС. На рынке можно найти оборудование, обеспечивающее от 2 до 60 кВт, а для коммерческих объектов даже на порядок выше. Для точного определения мощности следует выполнить теплотехнический расчет, который, кроме объема пространства, учитывает множество других факторов. Если установкой занимается специализированная компания, то ее специалисты обязательно сделают все необходимые вычисления.

Для получения ориентировочного значения требуемой мощности электрического котла можно использовать формулу: для отопления 10 м² требуется 1 кВт. Такой приблизительный расчет применим, если предусмотрена достаточная теплоизоляция и высота потолков не превышает 3 м. Лучше иметь некоторый запас мощности, поэтому к полученному значению прибавляют еще 10-15%.

Регулировка мощности

В электрических котлах мощность и температура нагрева теплоносителя — взаимосвязанные параметры, поэтому управление ими упрощается. Регулировка мощности происходит одним из следующих способов:

Ступенчатая регулировка. Находит применение в ТЭНовых котлах, которые могут переключаться в режимы, обеспечивающие 25, 50, 75 и 100% максимальной мощности.

Плавная регулировка. В более дорогих моделях котлов используется реостат, позволяющий изменять подаваемое напряжение.

Простые маломощные электрические котлы могут работать только в одном режиме, так как в них регулировка мощности не предусмотрена.

Управление

Задача пользователя заключается в установке требуемой температуры. Далее котел включается и осуществляет нагрев теплоносителя до момента достижения заданных параметров. Для работы автоматики используются механические и электронные терморегуляторы, которые обеспечивают рациональное потребление электроэнергии и могут поддерживать температуру на комфортном уровне.

Принцип действия механического терморегулятора заключается в прерывании потока теплоносителя или размыкании электрической цепи в момент, когда температура достигнет требуемого значения.

Электронные терморегуляторы характеризуются более высокой точностью по сравнению с механическими. В конструкцию входит выносной датчик и блок управления. Датчик определяет температуру нагревательного элемента и передает эту информацию на управляющий блок, который ее обрабатывает и реагирует соответствующим образом.

Способ установки

Электрические котлы могут предусматривать настенную или напольную установку. Первые — это компактные модели, для которых не требуется много пространства. Вторые — мощные агрегаты, которые способны отапливать помещения с большой площадью.

Популярные бренды электрокотлов

Электрокотлы Navien

Электрокотлы Protherm

Электрические котлы Протерм состоят из следующих основных элементов: цилиндрический медный теплообменник, медные ТЭНы разной мощности, расширительный бак. В гидравлическую группу входит трехскоростной циркуляционный насос, предохранительный клапан и автоматический воздухоотводчик.

Линия отопительного контура предусматривает датчики: температуры и давления. Аппарат предусматривает защиту от замерзания и блокировки циркуляционного насоса.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector