Технологическая карта прогрев бетона электродами: Технологическая карта прогрева бетона в зимнее время проводами и электродами

Содержание

Прогрев бетона электродами схема. Правила прогрева бетона Применение в домашних условиях

[REQ_ERR: OPERATION_TIMEDOUT] [KTrafficClient] Something is wrong. Enable debug mode to see the reason.

Когда же столбик термометра опустится ниже точки замерзания, гидратация может просто остановиться. Нельзя также забывать следующее — несвязанная вода в бетонном растворе при замерзании начнет увеличиваться в объеме. Если процессы замерзания и оттаивания будут повторяться многократно, это станет причиной:. Общая схема прогрева бетона в зимнее время электродами.

Зачем и как происходит прогрев бетона электродами

В этом случае необходимо следить за тем, чтобы он быстро набирал прочность, чтобы промерзание не нарушило процесс. Температура свежего состава относительно DIN не должна быть ниже параметров, которые принимаются в зависимости от окружающей температуры и вида и количества цемента.

В первом случае это приведет к быстрому твердению и снижению пластичности материала, что затруднит с ним работу. Чтобы этого не происходило, в каждом конкретном случае разрабатывается, например, технологическая карта прогрева бетона электродами. Совет: если вам необходимо будет провести после затвердения состава работы по проведению коммуникаций, вам поможет алмазное бурение отверстий в бетоне необходимыми по диаметру профессиональными коронками.

С середины осени , всю зиму и до середины весны на плечи дежурных электриков или электрослесаря работающих на стройках связанных с бетоном ложится ответсвенность за прогрев бетона. Способ подойдёт для стен , колонн , диафрагм , подушек , ростверков. Я допустим предпочитаю второй вариант подключаю электроды с низу , но для этого на провод я одеваю кусочки кембрика , для повышения механической прочность , да бы при монтаже опалубки провод не перерубило. Концы которые будут выходить из под опалубки подключаются на основные линии , обычно это алюминиевый провод с сечением от 35 до мм2 с зачищенной изоляцией через каждые 1,2 метра. Подключая выводы от электродов чередуйте их по фазам допустим первый электрод на фазу А второй на В третий на С и так далее по очереди , не подключайте электроды между двумя фазами это приведёт к перекосу фаз трансформатора.

Использование для бурения отверстий оборудования с алмазными коронками. Что необходимо делать при транспортировке раствора и его укладке:. В зимний период очень часто для прогрева бетона применяют электроды. Это дает возможность исключить превращения воды в лед, чтобы она нормально вступала химическую реакцию с цементом. Рассмотрим подробнее, как происходит данный процесс. Выше в статье мы рассмотрели общие сведения о влиянии температуры на качество бетонного раствора.

Изучаем способы прогрева бетона при укладке смеси в зимнее время

Пришло время объяснить это на примере. Так как бетонировать приходится не только в теплое время года, но и в морозы, необходимо не забывать о физическом превращении воды в лед. Следует понимать, что допускать этого ни в коем случае нельзя, так как она нужна для химической реакции с основным компонентом раствора — цементом.

Совет: если вам необходимо демонтировать ЖБИ или сделать в них технологические канавки, вам поможет резка железобетона алмазными кругами. При замерзании гидратация прекратится, и процессы твердения бетона остановятся, что вызовет нарушение структуры материала. Даже после оттаивания льда и возобновления гидратации, ее восстановить не удастся. Эти процессы негативно влияют на структуру материала.

Вот почему инструкция требует обязательно прогревать бетон, чтобы его затвердевание прошло максимально успешно. В настоящее время есть несколько методов добиться необходимых результатов, в частности используют нагрев:. Один из самых популярных в строительной индустрии способов. Основа метода — прохождение электрического тока через толщу бетона.

Рассмотрим, какие электроды для прогрева бетона применяются в данном случае:. Сквозная схема прогрева бетона электродами в виде пластин.

Ресиным, и техническим заданием на разработку комплекта технологических карт на производство монолитных бетонных работ при отрицательных температурах воздуха, выданным Управлением развития генплана г. Карта содержит организационно-технологические и технические решения по электродному прогреву конструкций из монолитного бетона, применение которых должно способствовать ускорению работ, снижению затрат труда и повышению качества возводимых конструкций в зимних условиях.

Сквозная схема прогрева бетона электродами в виде пластинок. Применение для прогрева бетона сварочного аппарата является вполне реальной задумкой. На основании технологической карты рассчитывается количество трансформаторных станций, определяется их выгодное расположение, а также порядок размещения кабеля для прогрева бетона. Чтобы осуществить равномерную нагрузку по фазам, необходимо провести тестирование провода. Это пассивный метод, ориентированный не на передачу тепловой энергии, а на ее сохранение.

Необходимость прогрева в зимний период

Его суть сводится к утеплению бетонной конструкции снаружи с помощью теплоизоляционных материалов. С точки зрения экономии данный способ является самым выгодным, так как в качестве теплоизоляционных материалов можно использовать дешевые древесные опилки. Но не всегда утепления конструкции достаточно, чтобы создать естественные условия для затвердевания смеси. Потребуется дополнительное использование других методов. Инфракрасные приборы обогрева отличаются низким уровнем электропотребления.

Они направляются на обогреваемую зону, и в структуре бетона инфракрасные лучи преобразуются в тепло. Основное преимущество способа — возможность осуществить прогрев отдельных участков конструкции.

Однако при толстом бетонном слое обогрев осуществляется неравномерно, что может привести к снижению прочности строения. Метод основан на явлении электромагнитной индукции.

Обогрев проводом

Энергия электромагнитного поля преобразуется в тепловую энергию, которая передается обогреваемой поверхности. Этот процесс происходит в стальной опалубке или на арматуре. Индукционный обогрев возможен только для конструкций с замкнутыми контурами. Коэффициент армирования железными или стальными элементами должен быть не менее 0,5. Для создания индикатора следует обмотать всю конструкцию изолированным проводом. Пропускаемый по нему электрический ток создает электромагнитное поле, которое разогревает все металлические элементы.

От них тепло передается бетону. Суть метода сводится к пропуску пара по трубам, заранее установленным в конструкцию или между стенок опалубки.

Способы прогрева зимой

Пар необходимо пускать за 30 минут до заливки бетонной смеси, чтобы прогреть конструкцию. Этот способ отличается высокой эффективностью, но требует значительных затрат на осуществление.

Источником составления сметы расходов является технологическая карта. Чтобы рассчитать, сколько стоит электропрогрев, необходимо знать следующие параметры: объем бетона, расход материалов и длительность процесса.

Технологическая карта на электродный прогрев конструкций из монолитного бетона

Что касается эффективности, то у этих способов она ниже, чем при обогреве нагревательными проводами, электродами или паром. Каталог компаний.

Зачем нужно прогревать Прогрев бетона в зимнее время необходим, чтобы имеющаяся вода в растворе не превратилась в кристаллы льда. Способы прогрева зимой Избежать замерзания раствора в холодное время года можно с помощью специального оборудования. Прогрев электродами Прогрев бетона электродами — самый распространенный метод.

Прогрев бетона может быть выполнен разными видами электродов: струнные — используются для заливки, имеющей большую длину колонны или сваи ; стержневые — применяются для мест стыка конструкций сложных конфигураций; полосовые — используются для прогрева бетона с разных сторон конструкции; пластинчатые — электроды, закрепленные на обратную сторону опалубки, подключаются к разным фазам, за счет этого образуется электрическое поле.

Использование провода Для минимизации времени применяется специальный провод для прогрева бетона — ПНСВ. Электропрогрев бетона осуществляется следующим образом: кабель для прогрева бетона размещается внутри конструкции таким образом, чтобы проводники не соприкасались друг с другом и не выходили за края бетона; припаивание к греющему проводу холодных концов и вывод их за пределы зоны обогрева; проверка собранной электрической цепи мегаомметром; подача напряжения в собранную систему и обогрев конструкции.

Прогрев ИК-излучателями Инфракрасные приборы обогрева отличаются низким уровнем электропотребления.

ИК-излучатели нашли применение при обработке стыков или создании тонкостенных элементов. Индукционный прогрев Метод основан на явлении электромагнитной индукции. Обогрев с помощью пара Суть метода сводится к пропуску пара по трубам, заранее установленным в конструкцию или между стенок опалубки.

Сколько стоит обогреть бетон?

Прогрев бетона электродами: технология и особенности

Технология, применяемая в сложных условиях для приобретения бетоном необходимых физико-механических свойств, называется прогрев бетона электродами. Метод получил распространение благодаря простому оборудованию, которое основано на способностях электрического тока при прохождении через какое-либо вещество выделять тепло. Прогрев бетона в зимнее время электродами очень производителен, он охватывает рабочий объем 100 м³ при t -40 °C. Исходя из особенностей конструкции и уличной температуры, подбираются технологические режимы, учитывающие:

  • расстояние между электродами при прогреве бетона, их тип;
  • силу тока;
  • стадийность процесса в зависимости от использования изотермического «одеяла».

Чтобы обеспечить прогрев бетона электродами, расчет должен быть точным. Зависит он от следующих параметров:

  • форма, толщина и общая площадь заливки;
  • мощность трансформатора;
  • толщина электрических проводников;
  • сила тока;
  • время, выдержка и продолжительность нагрева.

Схема подключения электродов для прогрева бетона

Особенности методики и виды прогрева

Важно! В ходе процедуры важно обеспечить равномерность нагревания и невысокую скорость — 8-15 °С в час, а остывания — 5-10 °С

На сегодня самый эффективный способ не привязывать строительные работы к определенному времени года, трудиться в дождливых условиях, а также суровом климате — это проводить прогрев бетона электродами, технология может состоять из нескольких стадий:

  • нагрев и выдержка;
  • нагнетание температуры с последующим охлаждением при термоизоляции;
  • нагрев, выдержка и остывание.

Прогрев бетона с помощью электродов могут дополнять использованием термоизолирующей конструкции, которая снижает скорость охлаждения или позволяет выдерживать однородную температуру во время операции. Это наиболее эффективный метод нагрева. Кроме этого, сам трансформатор может оснащаться модулями:

  • подогрева почвы;
  • сушки электродов;
  • стабилизации напряжения;
  • генератором.

Разновидности применяемых электродов

Прогрев стен бетона электродами обеспечивается с помощью специальной установки или сварочного аппарата, состоящего из трансформатора и нагревательных элементов. Разные типы конструкций определяют форму электродов, применение которых наиболее целесообразно.

Электроды для прогрева бетона

Существует 4 типа нагревательных элементов: 2 варианта предназначены для внутреннего напряжения и 2 для поверхностного. Первые изготавливаются из арматуры в бунтах или прутьях. Маркируется проволока ВР1, а электроды для прогрева бетона ВР 4/ 5/ 3 обозначают диаметр проволоки. Вторые из пластин разных размеров. За основу берется листовая или кровельная сталь до 4 мм толщиной.

Электроды для внутреннего напряжения:

  1. Стержневые. Для изготовления используется арматура диаметром 6-12 мм, длиной до 2 метров. Располагаются по «телу» бетона. Подходят для больших площадей, при этом используется индивидуальная технологическая карта прогрева бетона электродами. Площадь должна соответствовать мощности трансформатора. Шаг прутьев варьируется от 60 до 100 см, но расстояние между рядами должно быть не менее 200-400 мм; до каркаса — 50-150 мм; до шва конструкции — более 100 мм.
  2. Струнные. Используются для вертикальных конструкций (колонны, арки). Представляют собой арматуру диаметром до 15 мм и длиной 2-3 метра. Один устанавливается по центру (может применяться каркасная арматура), в качестве второго используется опалубка из токопроводящего материала.
  3. Пластинчатые. Представляют собой пластины, которые устанавливаются между опалубкой и бетоном с разных сторон и создают электрическое поле.
  4. Полосовые или нашивные. Похожи на пластинчатые, но имеют более компактную ширину (20-50 мм) и толщину до 4 мм, располагаются по сторонам стяжки. Шаг электродов при прогреве бетона составляет 100-400 мм. Их применяют для небольших площадей, плит перекрытия и бетона, соприкасающегося с грунтом.

Чтобы обеспечить эффективный прогрев бетона электродами, схема подключения должна учитывать толщину бетонной смеси. В случаях с пластинчатыми изделиями это имеет основное значение: подсоединяются они периферийно (при толщине смеси более 300 мм) или односторонне (при толщине до 300 мм).

Обвязка электродов для прогрева бетонного фундамента

Советы по реализации

Важно! Применять можно только переменный ток. Постоянный приведет к активизации электролиза. Также нерационально использовать этот метод для конструкций большой толщины

Электроды устанавливаются в бетон в порядке, при котором после подключения к трансформатору создается электрическое поле. Регулируя параметры трансформатора, достигается необходимая t нагрева и выдержки. Интенсивность нагрева должна быть невысокой, максимальная t выдержки зависит от марки бетона и составляет не более +55-75 °С. Во время прогрева участок должен быть покрыт изолирующим верхом (рубероид, специальные маты). Зимний прогрев бетона электродами должен учитывать при охлаждении перепад t между уличной и рабочей — не более 20 °С.

Поскольку при изменении структуры меняется сопротивление, то необходимо следить за силой тока: установить в цепь приборы, контролирующие параметры тока, температуры, проверять степень застывания бетонной смеси. Изменение сопротивления происходит не линейно, а параболически, также на этот показатель влияют марка бетона и производитель (компоненты состава меняют свойства в зависимости от места добычи).

Задаваясь вопросом, как прогреть бетон электродами, важно обеспечить безопасность технологии, поскольку здесь присутствуют такие энергоносители, как вода и электрический ток. При невозможности изоляции электрических проводников обычным способом, они защищаются эбонитовыми трубками. Также категорически запрещается соприкосновение изделий с армирующим каркасом из-за короткого замыкания.

Ток для прогрева бетона электродами используется как 1-фазный, так и 3-фазный. Но в первом случае конструкция должна быть небольшой, без армирующей сетки, а также не контактировать с другими элементами построек. В остальных ситуациях используется напряжение 380 В.

Заключение

К особенностям этого метода относят одноразовость использования электродов: после затвердевания они остаются частью конструкции. При этом стоимость расходников низкая, а сами они широко доступны, поэтому технология вполне оправдывает себя.

Видео: Прогрев бетона в зимнее время, кабель пнсв,тмо-80, оборудование для прогрева

Прогрев бетона электродами: схема подключения, технология, фото

Погода в нашей стране не всегда благоприятствует строительству, а в некоторых регионах условия и вовсе экстремальные. Однако это не повод, чтобы прерывать работу или совсем от нее отказываться. В частности, для бетонирования есть несколько методов, которые дают возможность завершить поставленную задачу даже в особых условиях, например, в мороз или при создании массивных конструкций.

На фото – как осуществляется электропрогрев бетона электродами

Температура при строительстве

Данный параметр имеет большое влияние на набор бетоном окончательной прочности. Также следует учесть, что свежий раствор может промерзать в том случае, когда в течение 3 дней его температура была на уровне +10° С. Поэтому необходим электродный прогрев бетона в зимнее время.Знайте, что при укладке бетона при 5° С, вам придется ждать в 2 раза дольше достижения им прочности, сравнить которую можно с температурой 20° С.

Когда же столбик термометра опустится ниже точки замерзания, гидратация может просто остановиться. Нельзя также забывать следующее — несвязанная вода в бетонном растворе при замерзании начнет увеличиваться в объеме.

Если процессы замерзания и оттаивания будут повторяться многократно, это станет причиной:

  • разрыхления структуры;
  • уменьшения влаги;
  • выветривания бетона;
  • цена работ увеличится.

Но, когда смесь набрала прочность превышающую 5 Н/мм2, она становится устойчивой к однократному замерзанию. При этом срок распалубки необходимо увеличить на период, когда бетон был ниже 0° С.

Общая схема прогрева бетона в зимнее время электродами

В этом случае необходимо следить за тем, чтобы он быстро набирал прочность, чтобы промерзание не нарушило процесс.

К примеру:

  • в течение месяца бетон следует защищать от осадков в виде снега и дождя;
  • он не должен первую зиму соприкасаться с рассыпной солью, использующуюся против обледенения.

Температура свежего состава относительно DIN 1045 не должна быть ниже параметров, которые принимаются в зависимости от окружающей температуры и вида и количества цемента.

Совет: если осуществляются мероприятия по подогреву свежего бетонного раствора, за исключением подвода пара, его температура не должна превысить отметку +30° С и быть ниже +5° С.

В первом случае это приведет к быстрому твердению и снижению пластичности материала, что затруднит с ним работу.

Также это станет причиной:

Чтобы этого не происходило, в каждом конкретном случае разрабатывается, например, технологическая карта прогрева бетона электродами.

Как защитить

Для этого следует провести следующие действия:

  • подогревайте воду для затворения и заполнитель, никогда не применяйте замороженный последний компонент;
  • используйте цементы повышенного класса прочности. Они быстрее твердеют и выделяют при этом процессе больше тепла, чем цементы низших классов прочности;

Совет: если вам необходимо будет провести после затвердения состава работы по проведению коммуникаций, вам поможет алмазное бурение отверстий в бетоне необходимыми по диаметру профессиональными коронками.

Использование для бурения отверстий оборудования с алмазными коронками

  • увеличивайте содержание цемента, чтобы ускорить набор прочности;
  • понизьте соотношение между цементом и водой, это позволит раствору быстрее затвердеть и набрать прочность, одновременно выделяя высокий уровень тепла;
  • добавляйте своими руками в особых случаях и после проведения испытаний на соответствие ускоритель твердения. Не используйте хлорсодержащие ускорители твердения в предварительно напряженном бетоне.

Что необходимо делать при транспортировке раствора и его укладке:

  • защищайте транспортные средства от теплопотерь. Не используйте открытые лотки и транспортерные ленты;
  • укладывайте по возможности предварительно подогретый бетон в подогретую опалубку и сразу же уплотняйте;
  • держите арматуру и плоскости опалубки свободными от снега, для прогрева можете использовать нагретый воздух или пламенные горелки. Никогда не используйте струю горячей воды;
  • не укладывайте бетон на замерзшие конструкции и на замерзшую землю;
  • поддерживайте температуру бетона по возможности в течение первых 3 дней не ниже +10° С, а также отапливайте примыкающие помещения.

Чем прогреть бетон

В зимний период очень часто для прогрева бетона применяют электроды. Это дает возможность исключить превращения воды в лед, чтобы она нормально вступала химическую реакцию с цементом. Рассмотрим подробнее, как происходит данный процесс.

Для чего это нужно

Выше в статье мы рассмотрели общие сведения о влиянии температуры на качество бетонного раствора. Пришло время объяснить это на примере.

Так как бетонировать приходится не только в теплое время года, но и в морозы, необходимо не забывать о физическом превращении воды в лед. Следует понимать, что допускать этого ни в коем случае нельзя, так как она нужна для химической реакции с основным компонентом раствора – цементом.

Совет: если вам необходимо демонтировать ЖБИ или сделать в них технологические канавки, вам поможет резка железобетона алмазными кругами.

Применение алмазных кругов для резки ж/б

При замерзании гидратация прекратится, и процессы твердения бетона остановятся, что вызовет нарушение структуры материала. Даже после оттаивания льда и возобновления гидратации, ее восстановить не удастся.

Прогрев бетонной смеси с помощью электродов

Тоже самое можно сказать и о железобетоне, когда на арматуре образуется «ледяная корка», забирающая воду из зоны не так охлажденных участков. Эти процессы негативно влияют на структуру материала.

Вот почему инструкция требует обязательно прогревать бетон, чтобы его затвердевание прошло максимально успешно.

В настоящее время есть несколько методов добиться необходимых результатов, в частности используют нагрев:

  • электродами;
  • сварочным аппаратом;
  • инфракрасными волнами.

Обогрев электродами — виды

Один из самых популярных в строительной индустрии способов. Основа метода – прохождение электрического тока через толщу бетона.

Рассмотрим, какие электроды для прогрева бетона применяются в данном случае:

  1. Пластинчатые, напоминающие пластины, устанавливают с внутренней стороны опалубки, чтобы был лучший контакт со смесью. Бетон начинает разогреваться до нужной температуры благодаря появлению электрического поля. В теплом состоянии бетонная смесь может быть некоторое время.

    Сквозная схема прогрева бетона электродами в виде пластин

  1. Полосовые (в виде пластин) имеют общую ширину 400-450 мм. Такие электроды могут монтироваться с двух сторон. После подключение тока, электрическое поле создается в прилегающем к пластинам слое бетона.
  2. Струнные применяются обычно для прогрева смеси в цилиндрических конструкциях, в частности, колоннах. Технология прогрева бетона электродами в этом случае следующая — струнный электрод помещают в центр конструкции, а сама опалубка обвивается специальным токопроводящим листом.

    Сквозная схема прогрева бетона электродами в виде пластинок

  1. Стержневой вариант напоминает стержневую арматуру Ø 7-11 мм. Помещают ее вовнутрь бетона с соответствующим расчетным шагом. При этом крайние электроды монтируют на расстоянии 40 мм от опалубки. Очень часто таким способом осуществляется электропрогрев бетона в сложных конструкциях.

Совет: выбор электродов проводите исходя из условий работ.

Прогревание бетона электричеством

Работа со сварочным аппаратом

Применение для прогрева бетона сварочного аппарата является вполне реальной задумкой. Но, для хорошего разогрева смеси необходимо в процессе работ использовать вспомогательные электроды. Не стоит беспокоиться за надежность оборудования, современные агрегаты надежны и не представляют опасности для человека при соблюдении правил ТБ.

Конструкция многих аппаратов простая и не представляет трудностей в использовании. Благодаря таким станциям удается прогреть 30-100 м3 смеси, а работу можно вести почти при -45° С.

Сварочный аппарат сконструирован в виде автономной установки, состоящей из сварочного агрегата и двигателя.

Кроме основных функций, он может быть оборудован и вспомогательными, в частности, иметь:

  • блок подогрева мерзлого грунта;
  • блок сушилки электродов;
  • блок снижения напряжения;
  • генератор тока.

С его помощью удается регулировать прогрев, так как он имеет несколько ступеней напряжения. Можно смело утверждать, что данный агрегат обладает всем необходимым для нормальной работы.

Технология прогрева сварочным аппаратом

Правильный процесс нагрева выглядит следующим образом:

  1. По бетонной площадке равномерно раскладывают электроды (отрезки арматуры).
  2. Соединяют их в 2 параллельные цепи.
  3. Устанавливают между ними лампу накаливания, чтобы следить за напряжением.
  4. К цепям подсоединяют провода прямой и обратной связи.

Совет: чтобы влага не испарялась быстро с поверхности бетона, накройте его слоем опилок, а для контроля за перегревом материала используйте обычный градусник.

Проводите работы только согласно технической документации на конкретный объект.

Вывод

Из статьи стало понятным, что работать с бетоном можно не только летом, но и в холодное врем года. Для этого существует множество способов, которые помогают избежать превращения воды в лед и сохраняют структуру материала. Один из самых востребованных на сегодня методов – прогревание бетона электродами. Видео в этой статье поможет найти вам дополнительную информацию по этой тематике.

А схема подключения прогрева бетона электродами приведена в другой статье на нашем сайте.

Технология прогрева бетона электродами. Как осуществляется прогрев бетона сварочным аппаратом Сварочный аппарат для прогрева бетона

При строительстве монолитных бетонных конструкций в зимнее время применяется несколько технологий для создания необходимых температурных условий. Это может быть установка специальных тепляков, применение тепломатов или специального провода для прогрева бетона. Первый способ наиболее энергоемкий, поэтому экономически невыгоден, второй вариант подразумевает установку тепловых станций, прогревающих только верхние слои, что также вносит ряд ограничений на применение. Последний вариант наиболее востребован, о нем и пойдет речь в данной публикации.

Зачем нужен прогрев бетона?

В холодное время года, когда температура окружающего воздуха опускается ниже точки замерзания воды, возникают проблемы с гидратацией бетонного раствора. Проще говоря, смесь частично замерзает, а не полностью затвердевает. После повешения температуры окружающей среды начинается процесс оттаивания, монолитность смеси может быть нарушена, что отрицательно отразится на монолитности конструкции, ее сопротивлению проникновения воды, что приведет к снижению долговечности.

Последствия заливки раствора на морозе, в этом случае не поможет даже гидрошпонка Аквабарьер или другая гидроизоляция

Чтобы избежать перечисленных последствий, обязательно необходимо зимой делать электропрогрев бетонной смеси. При этом изотермическом процесс не возникает нарушений в ее структуре, что положительно отражается на прочности возводимой конструкции.

Виды нагревательных проводов и кабелей

Чаще всего для электроподогрева бетона применяются провода ПНСВ. Это объясняется его относительно невысокой стоимостью и простым монтажом. Ниже представлен внешний вид термопровода, его конструктивные особенности и расшифровка маркировки.


В качестве альтернативы может применяться аналог – ПНСП, основное отличие которого заключается в изоляции, она выполнена из полипропилена, что позволяет незначительно повысить максимальную мощность тепловыделения.


Таблица основных параметров проводов ПНСВ и ПНСП

Обратим внимание, что провода данного типа могут использоваться в качестве напольных обогревателей, которые работают по принципу теплого пола.

Основная трудность, связанная с применением термопроводово данного типа, заключается в необходимости произвести расчет их длины. Небольшие просчеты можно исправить регулируя уровень напряжения, поступающего с прогревочного трансформатора.

Подробно о том, как производится монтаж ПНСВ, а также описание связанных с этим процедур (расчет длины проводов, схема укладки, составление технологической карты и т.д.) будет приведено в другом разделе.

Разновидности и особенности кабелей КДБС и ВЕТ

Основной недостаток описанных выше термопроводов – необходимость дополнительного оборудования, позволяющего регулировать мощность тепловыделения путем изменения напряжения. Значительно упростить задачу можно применяя двужильные секционные саморегулирующие термокабели, а именно финский ВЕТ или отечественный КДБС. Они не требуют для подогрева дополнительного оборудования и подключаются напрямую к сети 220 вольт. Устройство прогревочного кабеля представлено ниже.


Обозначение:

  • А – Выходы нагревательных жил.
  • В – Установочный кабель, служащий для подключения КДБС к сети 220в, для этой цели можно использовать любой соединительный провод, например АПВ.
  • С – Муфта, для подключения нагревательной секции.
  • D – Концевая изоляторная муфта.
  • Е – Нагревательная секция фиксированной длины.

Конструктивно кабель ВЕТ практически не отличается от рассмотренного выше отечественного аналога, что касается основных технических характеристик, то они приведены в сравнительной таблице ниже.


Таблица сравнительных характеристик кабелей ВЕТ и КДБС

Что касается маркировки, то отечественные изделия данного типа кодируются в следующем виде: ХХКДБС YY, где ХХ – характеристика линейной мощности, а YY – длина секции. В качестве примера можно привести маркировку 40КДБС 10, которая указывает мощность 40 Вт на метр, а сама секция десятиметровой длины.

Технология прогрева с использованием ПНСВ

Принцип действия довольно простой: при подаче напряжения происходит нагрев провода, который в свою очередь нагревает бетонную смесь. Поскольку для нагрева рекомендуется ограничится напряжением 70 В, потребуется понижающий трансформатор (далее ПТ) соответствующей мощности.


Трансформаторная подстанция КТПТО 80 для работы с термопроводом

Перед тем, как осуществлять монтаж, необходимо рассчитать длину прогревочного провода. При этом необходимо принимать во внимание его тип и характеристики, напряжение трансформаторной подстанции, объема бетонной смеси, температуры окружающей среды, а также характер конструкции (предполагается заливка колоны, балки) и т.д. Чтобы не запутаться в расчетах, можно воспользоваться онлайн калькулятором для расчета нагревательного проводника ПНСВ или другого кабеля (ПНБС, ПТПЖ и т.д.).

Для нагрева бетонной смеси, объемом один кубометр необходимо около 1200-1300 Вт. Если мы будем использовать провод данной марки сечением 1,20 мм, то потребуется прогревочник 30-45 м (для точного расчета длины необходимо знать температурные условия).

Помимо этого необходимо учитывать силу тока, для нормальной работы погруженного в раствор кабеля допустимо 14,0 – 18,0 Ампер (в зависимости от схемы подключения).


Электрическая схема подключения ПНСВ А) звездой В) треугольником

Монтаж ПНСВ

Приведем краткое руководство стандартной методики:


Обратим внимание, принцип и схема укладки ПНСП, ПНБС, ПТПЖ практически не отличается от ПНСВ.

Использование сварочного аппарата в качестве ПТ.

Такой способ подогрева вполне возможен, приведем пример как это можно реализовать такой метод. Допустим, нам необходимо залить плиту объемом 3,7 кубических метра, при температуре на улице – 10°С. Для этой цели потребуется сварочная установка на 200,0-250ампер, клещи для измерения тока, провод ПНСВ, холодные концы и тканевая изоляционная лента.

Нарезаем восемь сегментов по 18,0 метров, каждый такой может выдержать ток до 25,0 А. Мы оставим небольшой запас и возьмем для подключения к сварочному аппарату на 250,0 А восемь таких сегментов.

К каждому выходу отрезка подсоединяем на скрутке монтажный провод (подключаем холодные концы). Производим укладку ПНСВ, ее схема будет приведена ниже. Соединение холодных концов (плюс и минус отдельно) желательно делать при помощи клеммника, размещенном на текстолите или любом другом изоляционном материале.


Завершив заливку, подключаем прямой и обратный выход аппарата (полярность не имеет значения), предварительно выставив ток на минимум. Проводим измерение тока нагрузки на отрезках, он должен быть порядка 20,0 А. В процессе нагрева сила тока может немного «проседать», когда это происходит, увеличиваем ее на сварке.

Плюсы и минусы ПНСВ

Прогревать таким способом бетон довольно выгодно. Это объясняется как низкой стоимостью провода и относительно небольшим расходом электричества. Отдельно необходимо отметить устойчивость проволоки к щелочному и кислотному воздействию, что позволяет использовать данный способ при добавлении в смесь различных присадок.

Основные недостатки:

  • сложность расчетов при расчете длины провода;
  • необходимость использования ПТ.

Понижающие станции стоят довольно дорого, а учитывая длительность процесса брать их в аренду не выгодно (такие услуги обходятся в 10% от себестоимости изделия). Использование сварочных аппаратов делает возможным обогрев небольших конструкций, но поскольку она не рассчитана на такой режим работы, выход ее из строя и последующий дорогостоящий ремонт довольно вероятны.

Монтаж секционного обогревочного кабеля

Поскольку такие нагреватели для бетона поставляются не в бухтах, а готовыми секциями, снимается вопрос с обрезкой. Все что необходимо для сбора установки для зимнего бетонирования это рассчитать мощность сегмента исходя из того сколько кубов бетона в конструкции, после чего выбрать кабель соответствующей длины.

Начнем с краткого руководства по расчетам и небольших рекомендаций по монтажу:

  • В инструкции к технологии ТМО бетона указывается, что на обогрев кубометра смеси требуется от 500 до 1500 Вт (зависит от температуру воздуха). Расход электроэнергии можно существенно снизить, если применить несколько несложных технических приемов:
  1. Использовать специальные присадки для смеси, позволяющие понизить точку замерзания раствора.
  2. Утеплить опалубку.
  • Если производится заливка балки или перекрытия, расчет обогревочного кабеля производится из 4 погонных метров на 1 м 2 площади поверхности. При возведении объемных элементов, таких как двутавровые бетонные балки, электрообогрев укладывают ярусами, с расстоянием между ними не более 40,0 см.
  • Защита кабеля позволяет приматывать его к арматуре.
  • Расстояние от поверхности конструкции до уложенного внутри электрообогревателя должно быть как минимум 20,0 см.
  • Чтобы бетонная смесь прогревалась равномерно, нагреватели должны быть уложены на одинаковом расстоянии.
  • Между разными контурами должно быть не менее 40,0 мм.
  • Запрещено пересечение греющих проводников.

Преимущества и особенности сегментированного кабеля

К несомненным положительным качествам продукции данного типа следует отнести:

  • Для организации прогрева бетона при помощи не требуется наличие дорогостоящего дополнительного оборудования (ПТ).
  • В отличие от сушки электродами вероятность поражения электричеством минимальна.
  • Легкий монтаж и несложный расчет длины сегмента.

Особенности:

ВЕТ кабель стоит существенно дороже, чем провод для прогрева бетона ПНСВ. Отечественный КДБС, например производимый компанией ЭТМ в Красноярске, несколько улучшает положение, но не намного. Именно поэтому данные кабели применяются при возведении небольших бетонных и ЖБТ конструкций.

В качестве заключения.

Мы описали только один способ обогрева бетона, на самом деле их значительно больше. Они будут рассмотрены в других публикациях.

В завершении считаем необходимым ответить на вопрос, неоднократно встречающийся в сети, почему нельзя для прогрева бетона использовать нихромовые провода. Во-первых, это удовольствие было бы очень дорогим, во-вторых, правилами техники безопасности запрещено. Именно поэтому не стоит калькулятор для расчета числа витков нихрома, чтобы сделать обогрев трубы или бетона.

Сегодня пользуются популярностью такие способы прогрева бетона, как прогрев бетона проводом пнсв прогревочным кабелем, прогрев с помощью специальных термоматов, трансформаторов и станциий. Но самым проверенным и, главное, доступным большинству остается .

Зимнее бетонирование.

Основным материалом, используемым в современном строительстве зданий, является бетон. Для того, чтобы строительство велось непрерывно, круглый год, при минусовой температуре, применяется прогрев бетона. Прогреваемый бетон схватывается точно так же, как при плюсовой температуре, имеет в дальнейшем необходимую прочность. Если же бетон замерзает, он не схватывается, соответственно никакой прочности не имеет, и при размерзание – рассыпается.
Для прогрева бетона используется понижающий трансформатор – 380В./55Вольт. Также, нихромный провод, НМПГ – 1.5кв.мм. И от низкой стороны трансформатора, — кабель большого диаметра, обычно — 35 – 50кв.мм. В зависимости от предельно допустимой нагрузки трансформатора. Обычно, это — 510А. Поэтому, кабеля, диаметром 50кв.мм. на одной фазе, вполне хватает для полной нагрузки трансформатора.
Зимнее бетонирование. Прогрев бетона. Горизонтальный прогрев производится следующим образом. Внутри арматурного каркаса, перед заливкой бетона, укладывается изолированный нихромный провод. Провод укладывается петлями. Длина провода одной петли должна быть 25 метров, тогда ток в проводе будет 10А, что является оптимальным значением для его нагрева. Начало провода подключается к одной фазе низковольтного кабеля трансформатора, конец провода подключается к другой фазе. Раскладывается он равномерно, по всей площади, готовой под заливку бетона. Расстояние между протянутым проводом начала петли и протянутым проводом конца петли, а также, между соседними петлями, должно быть 20 – 25см. Это обеспечит ровный прогрев всей поверхности. К кабелям низкой стороны трансформатора, петли подключаются равномерно между фазами. Когда все петли подключены, начинается заливка бетона. После того, как бетон залит, территория прогрева ограждается, и включается трансформатор. Горизонтальный прогрев используется при бетонирование пола и межэтажных перекрытий.

Вертикальный прогрев бетона, для колонн здания и несущих стен, производится таким образом. Внутри вертикального арматурного каркаса колонны или стены, с помощью изоляторов, по всей высоте устанавливаются электроды. Обычно это стальная проволока, диаметром 8мм. Электрод не должен касаться арматурного каркаса. Чаще всего, изоляторами, и в то — же время креплениями электродов, являются куски жёсткого изолированного провода. Средина провода обматывается вокруг электрода, края наматываются на каркасную арматуру таким образом, чтобы электрод был в натяжке изолированного провода. К верхним концам электродов, с помощью поводков подключаются кабеля низкой стороны трансформатора. Распределение нагрузки должно быть равномерным, и производится следующим образом. Фаза «А», подключается к первому электроду. Фаза «Б», ко второму электроду. Фаза «С», к третьему электроду. Дальше – в той же последовательности. Четвёртый электрод – фаза «А», пятый – фаза «В»…и так далее.
После заливки бетона и включения обогрева, нужно сразу проверить величину тока в кабелях низкой стороны. Если кабель, к примеру, имеет сечение 35мм.кв. а ток больше 400А, его необходимо разгрузить. То — есть, выключить трансформатор, и отключить несколько электродов. Ведётся прогрев в течение 12 – 17 часов. За это время вода полностью выпаривается и бетон схватывается.

Работы по заливке бетона должны осуществляться не более чем через 4-6 часов после замешивания материала. Наиболее удобный способ заливки бетона (в том числе и на высоту) – при помощи специального насоса. При этом можно вставить в шланг переходник с целью уменьшения скорости движения бетона. Струю рекомендуется сначала направлять на углы, откосы, разветвления стены, края отверстий, а затем в основную часть опалубки. По завершению заливки бетон необходимо уплотнить, чтобы исключить раковины и полости. Уплотняется материал способом штыкования. При этом бетон по всей глубине протыкается штыковой лопатой или куском арматуры. Более качественной считается проработка смеси специальной виброрейкой или погружным вибратором.

Зимой заливаемый бетон должен содержать в своем составе специальные компоненты – кислотные или соляные. Также рекомендуется сооружать над местом работы полиэтиленовые теплицы, внутри которых помещается тепловая пушка или калорифер.

Электрический прогрев бетона осуществляется при заливке в зимнее время года или в ситуациях, когда необходимо ускорить время, за которое бетон будет схватываться. При этом следует строго придерживаться установленного технического режима. В противном случае изделие из бетона может потерять свою прочность или потрескаться. После заливки необходимо полить поверхность бетона водой и закрыть полиэтиленовой пленкой, чтобы исключить испарение влаги.

Ячеистый бетон – это теплоизоляционно-конструкционный материал, изготовленный на вяжущей минеральной основе. Он имеет пористую структуру, что обусловлено смешением бетона с пеной и сверхлегкими заполнителями, газообразованием и воздухововлечением. Существует несколько разновидностей ячеистого бетона, наиболее популярными из которых при строительстве являются пенобетон, газобетон, поризованный бетон, газосиликат, пенополистиролбетон.

Особенности и применение бетона

Бетон является основным материалом при строительстве зданий и сооружений, заливке фундаментов и изготовлении различных строительных конструкций. Для того чтобы добиться его надлежащего качества, в особенности при заливке в условиях низких температур, необходимо строго соблюдать технологию изготовления бетонной смеси.
В состав бетона в большом количестве входит вода, химически не связанная с остальными компонентами раствора – цемента, песка и наполнителя. Таким образом, при снижении температуры окружающей среды до нулевых температур, происходит её замерзание, что приводит к увеличению сроков схватывания и снижению прочности бетона.

При температуре ниже 0 градусов прочность готовой конструкции снижается до 50%, что может привести к растрескиванию и разрушению готовых бетонных конструкций.

Для того чтобы в зимнее время осуществлять бесперебойное и качественное строительство, а также для сохранения прочностных качеств бетона, существует несколько методов его прогрева:

Термос. Технология термосного прогрева смеси заключается в утеплении опалубки;

Добавки ускорителей отвердения, пластификаторов и противоморозных добавок. Отличается от создания утепленной опалубки добавлением химических реактивов, способствующих ускорению схватывания бетона и препятствующих замерзанию входящих в состав смеси воды;

Предварительный прогрев бетона. Заключается в доставке бетона с завода до места заливки в подогреваемых бетономешалках и созданию двойной опалубки, в которую подаётся горячий воздух. Таким образом, проще всего решается вопрос того, как прогреть бетон без больших затрат;

Прогрев смеси электродным методом. В бетоне монтируются электрода или специальная арматура, через которую пропускается электрический ток. Благодаря этому электроды нагреваются, а уже от них нагревается массив бетона;

Инфракрасный прогрев бетонной смеси. Заключается в прогреве освещаемого инфракрасными лучами массива бетонной конструкции;

Индукционный метод прогрева. В качестве нагревающего элемента при применении этого метода используется электромагнитный индуктор, нагревающий бетонную смесь с помощью вихревых токов.

Прогрев бетона сварочным аппаратом

Прогрев бетона сварочным аппаратом
При проведении строительных работ нередко требуется прогрев бетона. Для этого существуют специальные приспособления, но можно использовать и обычный сварочный аппарат.

В первую очередь для прогрева понадобятся дополнительные электроды. В качестве таковых можно использовать обрезки арматуры. Они по возможности равномерно устанавливаются по всей бетонной поверхности, каковую следует засыпать опилками. Эти опилки послужат дополнительной теплоизоляцией, а также предотвратят испарение влаги.
После этого расставленную арматуру соединяют между собой проводом так, чтобы получились параллельные цепи. К этим цепям присоединяют прямой и обратный сварочные провода. Очень важно, чтобы они не замкнулись друг на друга! Наличие напряжение определяется по лампочке накаливания, установленной между цепями. При прогреве следует постоянно следить за температурой бетона, чтобы не допустить перегрева. Температурный контроль производится любым термометром.

Указанным способом можно разогреть бетон, не привлекая каких-то дорогих и сложных устройств. Но все же сварочный аппарат лучше применять при не очень больших объемах бетона.

Следует сразу же отказаться от идеи «упростить» процесс, просто замыкая на бетонную арматуру сварочную цепь. Кроме пустой траты времени и электричества это не даст никакого результата.

Среди многочисленных марок сварочных аппаратов особо выделяются LINCOLN ELECTRIC. Их отменное качество, надежность, высокая производительность, а также простота в использовании давно признаны и профессиональными сварщиками и теми, кто использует аппараты для собственных нужд. В недавнее время LINCOLN ELECTRIC выпустил в продажу устройства для плазменной резки, способные легко работать с любыми металлами и сплавами.

Зимний бетон и его использование

Какие качества необходимы для бетона, применяемого зимой? В это время года чаще всего наблюдаются отрицательные температуры воздуха. Поэтому смешивать бетон в привычных условиях нельзя. Именно это привело к тому, что все заводы по производству бетона могут быть зимние и летние. Первые не могут выпускать продукцию при отрицательном температурном режиме. Вторые — могут производить зимний морозостойкий бетон при температуре до минус двадцати пяти градусов. Они отличаются от тех, которые работают летом тем, что оборудованы парогенератором, который разогревает инертные составляющие; теплым производственно-смесительным отсеком; промышленным котлом, который повышает температуру горячей воды; работают в соответствии со специальными технологиями; заправляют миксеры горячей водой.

Рецептура приготовления бетона зимой отличается тем, что применяются специальные добавки, позволяющие смеси не замерзать, сохраняя пластичность. Компания «Бетонная система» имеет два предприятия, специализирующиеся на выпуску бетона в зимнее время. Это Бетонный завод на а/п Ржевке и Бетонный завод в поселке Белоостров.
Можно ли проводить заливку и укладку бетона зимой? Да, но необходимы два условия:

1. во время транспортировки и бетонирования нужно использовать специальные морозостойкие добавки в бетон
2. пока бетон схватывается необходимо поднимать температуру воздуха с помощью специальных устройств.

По ходу бетонирования и до его полного окаменения нужно создавать необходимую температуру. На этот процесс специальные добавки никак не влияют, поэтому нужно закрывать бетон в зимних условиях полиэтиленом или мешковиной, применять тепловые пушки или постоянное напряжение.

Какие технологии применяются для повышения температуры? Это тепловые завесы, которые создаются за счет использования тепловых пушек или строительных фенов. Это оборудование подают воздушные струи в зону согреваемой конструкции, которая должна быть защищена. Есть возможность сэкономить, применив сварочные аппараты и проволоку для прогрева бетона зимой.

Когда проводится заливка бетона зимой, необходимые прочностные характеристики могут сильно отличаться от реальных. Самым главным требованием является поддержание определенной температуры. Минимальная температура зависит от антифриза, обычно это минус пять, десять, пятнадцать градусов Цельсия.

Для обеспечения схватывания и оптимизации времени затвердевания бетона без противоморозных добавок зимой раствор должен иметь положительную температуру. При заливке опалубки в зимнее время вода в растворе бетона замерзает, и процесс гидратации цемента останавливается. Также при отрицательной температуре лед в бетонной смеси разрушает монолит бетона. При этом повышение температуры восстанавливает и ускоряет протекающие в растворе гидратационные процессы. Если объем бетона большой, а температура отрицательная, необходима укладка провода пнсв и подключение схемы обогрева к сети 380В или 220В. Но, в зависимости от объема бетонного раствора и наружной температуры, выделяющегося в нем тепла может хватить для естественного схватывания смеси.

При слишком низких температурах на стройплощадке для обогрева залитого объема бетона используется секционная укладка кабеля ПНСВ. Также этот способ применяют, если нет возможности сделать качественный слой теплоизоляции для опалубки, или если отношение площади бетонного слоя к объему раствора больше, чем 10 м -1 .

Технические и эксплуатационные характеристики кабеля ПНСВ:

Обогревать бетон электричеством нужно не во всех случаях – технологическая карта разогрева бетонного раствора кабелем ПНСВ имеет некоторые особенности:

  1. Сталь в токоведущей жиле кабеля имеет высокое удельное сопротивление (ρ), поэтому кабель при прохождении токов средней силы нагревается намного сильнее, чем медный или алюминиевый кабель. Нормативное значение тока для забетонированного кабеля ПНСВ – 14-16А. Нужно помнить, что такое значение тока расплавит изоляцию в открытой схеме, не уложенной в бетон. Поэтому ПНСВ кабель необходимо подключать к источнику питания медным или алюминиевым кабелем, имеющим меньшее удельное сопротивление ρ. Если такого провода нет, допускается подключение схемы обогрева к напряжению сдвоенной жилой ПНСВ.
  2. Нельзя допускать перехлест или прокладку нескольких кабелей на расстоянии ≤ 15 мм, чтобы не возникло перегревание кабеля, повреждение электроизоляции и КЗ.
  3. Стальной провод имеет низкую гибкость, поэтому кабель необходимо прокладывать в бетоне с радиусом изгиба не менее 25 мм.
  4. Технологический процесс обогрева слоя бетона при помощи схемы с кабелем ПНСВ ограничивает укладку секции при уличной температуре выше -15 0 С. При морозе ниже -15 0 С тонкий слой пластиковой изоляции становится жестким и хрупким, и при изгибе часто ломается.
  5. Чтобы бетонный раствор прогревался равномерно, рекомендуется кабель ПНСВ предохранять слоем металлической фольги толщиной 0,25-0,5 мм.
  6. Электрическая схема нагревательной секции состоит из нескольких отрезков провода. Провода можно соединять друг с другом как при помощи соединительных колодок, так и обычными скрутками. Прогрев бетонного раствора всегда организуется как одноразовая и кратковременная мера, поэтому контактирующие поверхности не успевают окислиться во влажной среде. Тем не менее, контакты «холодного» провода (кабель, который идет к источнику напряжения) с проводом ПНСВ нужно усиливать пайкой или соединением на клеммах.

Простейшая электрическая схема укладки провода ПНСВ для прогрева массы бетона называется «змейка».


Механические и электрические характеристики электрического кабеля определяют методу прогрева бетона. При нагреве монолитного слоя температура будет увеличиваться со скоростью 10 0 С в час, после прекращения нагрева – опускаться со скоростью 5 0 С в час. Если неправильно рассчитать длину провода, то скорость нагрева будет больше, что приведет к росту внутренних напряжений и появлению микротрещин в бетоне. Регулируется напряжение при помощи электронной или электромеханической схемы в самом трансформаторе.

При напряжении питания 380 V через понижающий трансформатор главный фактор для ограничения тока – перегрев ПНСВ секции. Поэтому в схему укладки провода для прогрева бетона часто включают несколько параллельно включенных контуров.

Как рассчитать длину провода в секции

  1. Бетон необходимо подогревать. Количество тепла, сохраняемого в бетоне, зависит от уличной температуры, от ветра, от правильно уложенной теплоизоляции, геометрии опалубки и марки цемента.
  2. Номинальная удельная мощность кабеля (P). Если бетон будет армироваться, то P ≈ 30-35 Вт/м, для обычного бетона P ≈ 35-40 Вт/м.

В идеале необходимо подать на секцию ток 14-16 А. Здесь пригодится закон Ома – U = I х R, где:

  • U – напряжение питания;
  • I – ток в цепи;
  • R – сопротивление участка.

Пример: при напряжении U = 75 В и токе I = 15 А после понижающего трансформатора требуется получить сопротивление секции R = 75 ˸ 15 = 5 Ом. Если сечение жилы равно 1,4 мм, то такое сопротивление будет у провода длиной 50 м. Расчет такой: 5 Ом ˸ 100 Ом/км = 0,05 км (50 м).

Это пример упрощенного метода расчета. В реальных условиях сопротивление кабеля будет изменяться при изменении температуры, поэтому необходимо будет вносить в результат поправки.

После набора прочности бетон можно обрабатывать механически – резать, сверлить, скалывать, но желательно все операции проводить инструментами с алмазным напылением, чтобы не вызвать образование микротрещин. Например, сверление сверлом с алмазной коронкой можно проводить и по армированному бетону.

Часто электроды используют для прогрева бетонной колонны или стены. Электроды вставляются в бетонный раствор группами после заливки в опалубку по схеме, приведенной ниже:


Также существует схема расположения струнных электродов вдоль опалубки:


Вода в бетонном растворе выступает как проводник, и в процессе гидратации и затвердевания бетона ток, протекающий через электроды, уменьшается. Катаная проволока, выполняющая роль электродов, после затвердевания бетона остается в армокаркасе. Такой метод прогрева имеет один недостаток – большое потребление электричества.

Применение провода ПНСВ в домашних условиях

Универсальным для домашних условий является метод прогрева слоя бетона зимой при помощи кабеля с высоким сопротивлением и понижающего трансформатора. При укладке армирующего каркаса сразу заделывается нагревательный элемент, причем геометрия и форма опалубки для бетона не имеет значения.

После укладки арматуры в бетон или укладки маяков под наливные полы кабель ПНСВ нужно уложить змейкой на расстоянии 15-20 см друг от друга. Длина петли – 28-36 м. В домашнем хозяйстве источником питания часто служит сварочный аппарат. Подключать провод ПНСВ к сварке нужно по такой схеме:


Важно! Нельзя подключать к трансформатору кабель, не уложенный в толщу бетона, так как без теплопоглощающего слоя жила расплавится из-за перегрева на открытом воздухе.

Чтобы не допустить выхода кабеля из строя, нужно сделать скрутку или клеммный переход с ПНСВ на кабель из алюминия или меди. Для этого выходные концы провода ПНСВ нужно выпустить из раствора на 10-15 см. Рекомендуемый ток в проводе 11-17 А контролируется специальными токовыми клещами. При домашнем использовании провода ПНСВ будет достаточно Ø 1,2 мм. Характеристики провода:

  • 0,15 Ом/м;
  • Ток через провод, погруженный в раствор – 14-16 А;
  • Уличная температура -25°C/-50°C.

На 1 кубический метр бетонного раствора расходуется около 60 погонных метров кабеля марки ПНСВ. Температура внутри бетона при таком методе нагрева – +80°C, контролировать температуру можно при помощи любого термометра. Также следует контролировать скорость набора температуры бетоном – она не должна быть выше, чем 10°С в час.

Некоторой экономии в расходах на электроэнергию можно добиться, накрывая участок опалубки с ПНСВ кабелем любым теплоизолирующим материалом. Например, можно засыпать бетон опилками или укрыть соломой. Чтобы получить требуемый результат, бетонный раствор перед заливкой в опалубку также рекомендуется подогреть. В любом случае, температура бетона перед заливкой должна равняться +5°C или выше.

Прогрев бетона проводом ПНСВ схема укладки обновлено: Ноябрь 18, 2016 автором: Артём

С повторным открытием бетона, человечество буквально рвануло ввысь, т.к. этот материал позволял воплощать задумки архитекторов в реальность. Почему с повторным открытием? Этот материал был известен и использовался еще во времена Римской Империи и с ее падением технология была утрачена. Современный бетон на цементе получил известность в 1844 году. В наше время трудно представить стройку без бетонных элементов и цементного раствора. В этой статье мы расскажем вам о том, как осуществить прогрев бетона в зимнее время и для чего это нужно.

Как происходит строительство в зимний период?

Зима период низких температур, как же происходит возведение комплексов из бетонных конструкций в это время? Ведь известно, что бетон — это смесь гравия, песка, цемента и воды в определенной пропорции. А время, за которое раствор набирает расчетную прочность составляет 28 дней. Также знаем, что вода, замерзая, занимает больший объем, и способна разорвать монолитные конструкции.

Есть несколько способов обойти температурное ограничение, но они все сводятся к одному, поддержание температуры раствора выше нуля. Если не соблюдать эту норму, возведенная конструкция будет недостаточно прочной и очень быстро разрушится. Ниже мы предоставим несколько популярных методов прогрева бетона на стройке в зимнее время.

Укрытие и тепловые пушки

Технология довольно простая — над нужным участком строится палатка и тепловыми пушками нагнетается тепло. Довольно распространенный дедовский способ прогрева фундамента горячим воздухом. Используется на небольших площадях строительства, трудоемкий процесс, связанный с возведением теплоудерживающего купола.

Если вы хотите прогреть бетон тепловой пушкой, учтите, что это будет достаточно затратный вариант. Единственное преимущество данной методики — возможность обогрева бетонной стяжки без электричества. Существуют автономные тепловые пушки, чаще всего дизельные. Если доступа к сети 220 вольт нет, этот вариант прогрева будет самым выигрышным.

Наглядно увидеть такой способ обогрева вы можете на видео:

Использование тепловых пушек

Термоматы

Специальными электронагревателями в виде матов обкладывают залитый подготовленным раствором участок. В раствор добавляют вещества для ускорения процесса схватывания и предотвращения кристаллизации воды. Этот способ хорош для прогрева больших ровных горизонтальных поверхностей в зимнее время.

Сложные конструкции, колонны ими не нагреешь. Подробнее узнать о том, как подогреть бетонную конструкцию матом, вы можете на видео ниже:

Опалубки с ТЭН и электродами

Для прогрева наливаемых стен и бетонных колонн фирмы застройщики используют опалубку с подогревом. Опалубки теплоизолированны и со стороны бетонного раствора установлены нагреватели. Конструкция с ТЭН не требует дополнительного сложного оборудования, элементы легко заменяемые.

Электродная опалубка состоит из стержней или полос металла прикрепленных к опалубке через равные промежутки. Электроды подключают к специальному трансформатору, и за счет воды в растворе цемента происходит его нагрев. Как бы недостаток согревающих опалубок — это стандартные размеры, и если у заказчика нестандартный проект, применяют другие способы прогрева бетона в зимнее время.

Электроды

Чаще всего используют для того, чтобы греть колонны и стены из бетона. После заливки элементов каркаса в опалубке, вставляют арматуру в раствор, располагая и распределяя их группами, подключив к трансформатору или сварочнику, как показано на схеме ниже:

Возможно и заблаговременное размещение струнных электродов вдоль каркаса. На фото наглядно показывается принцип установки электродов в бетон:

Вода в растворе играет роль проводника и постепенно по мере затвердения ток через электроды падает. Катанка после застывания смеси остается частью конструкции. К недостаткам данного способа прогрева можно отнести колоссальные энергозатраты и дополнительные расходы на материал электродов.

Провод ПНСВ

Универсальный и доступный способ прогрева бетона в зимнее время с помощью высокоомного кабеля и понижающего трансформатора. Во время увязки каркаса из арматуры укладывается греющий кабель, размеры и форма конструкции значения не имеет.

Этот способ подогрева применим как на стройплощадке, так и для домашних мастеров строителей. Расскажем немного подробнее, как прогреть бетонную смесь проводом ПНСВ в домашних условиях.

После армирования каркаса конструкции или укладки маяков под наливной пол, провод укладывается змейкой не ближе 20 сантиметров друг от друга (оптимальный шаг укладки). Длина одной петли составляет от 28-36 метров. В качестве источника напряжения можно использовать сварочный аппарат. Схема подключения в этом случае будет выглядеть так:

Нюанс прогрева, ПНСВ нельзя подключать неукрытый раствором, т.к. без поглощения тепла из-за высокой температуры на открытом воздухе, он перегорит. Чтобы избежать перегорания делают переход на алюминиевый кабель, оставляя выходные концы нагревательного провода ПНСВ по 10 см из раствора. Производитель рекомендует ток в кабеле 11-17 ампер, который можно контролировать токовыми клещами. О том, мы рассказывали в отдельной статье.

Для домашнего строительства достаточно ПНСВ диаметром 1.2 мм. Его характеристики:

  • сопротивление 0,15 Ом/м;
  • рабочий ток погруженного в раствор 14-16 ампер;
  • температура укладки от -25 до 50 °C.

Расход провода на куб бетона 60 погонных метров. Температура, до которой нагревается бетон — 80 °C, ее контроль осуществляется любым термометром. Скорость набора температуры раствором не должна превышать 10 градусов за час. Чтобы избежать бессмысленных трат на счетах за электроэнергию, нагреваемый участок укрывают любым материалом, препятствующему нагреванию атмосферы, например, засыпают опилками. Для получения отличного результата бетонную смесь перед заливкой также подогревают, температура смеси не должна быть ниже +5 °C. Вот по такой инструкции можно прогреть бетон в зимнее время своими руками. Технология трудоемкая, однако под силу даже неопытному человеку. О том, как укладывать греющий кабель в фундаменте, рассказывается в видеоуроке:

Обогрев фундамента проводом

Кстати, вместо провода ПНСВ можно также использовать кабель BET для прогрева бетона. На видео ниже вкратце рассмотрена инструкция по монтажу греющего проводника:

Как работает обогрев кабелем BET

В статье указаны не все способы подогрева бетона зимой. Существуют индукционный, инфракрасный метод и другие, но их не рассматриваем ввиду их малой распространенности и сложности. Мы дали общее представление о технологии строительства бетонных конструкций, и возможности использования домашними мастерами методов нагрева стяжек и стен. Кстати, использование провода ПНСВ возможно не только во время нагрева строящийся конструкции, но уже и после того. Его можно использовать, как готовый

Бетонная стяжка заливается не только летом, когда стоит теплая погода, но и зимой, когда температура редко повышается выше нуля. Как известно из школьного курса физики, вода при минусовой температуре воздуха из жидкого состояния преобразуется в твердое состояние, а поэтому зимой понадобится прогрев бетона сварочным аппаратом, поскольку в состав данного материала входит вода.

На сегодня активно применяются такие способы прогрева бетона, как прогрев посредством ПНСВ кабеля, специализирующегося на данной процедуре, прогрев с помощью специализированных термоматов, однако наиболее популярностью продолжает пользоваться именно сварочный аппарат, действие которого мы и рассмотрим.

Коротко о главном

Сварочный аппарат представляет собой автономную установку для осуществления сварочных работ над металлическими деталями, резки материалов посредством электродуговой сварки. Сварочные агрегаты имеют помимо основных элементов для производства сварочных работ еще дополнительные элементы.

Вспомогательные элементы сварочного агрегата:
  • Генератор сварочного тока;
  • Приспособление, служащее для воздушно-плазменной резки металлов;
  • Блок напряжения холостого хода установки;
  • Блок прогрева бетона и других твердых материалов.

Свойства бетона

Многие полагают, что бетон затвердевает всего за несколько дней, однако подобное распространенное мнение весьма ошибочно, так как рассматриваемый материал выдерживается почти месяц, а именно 28 суток. Однако и за этот срок, как утверждают опытные профессионалы, бетон не затвердевает окончательно, поскольку процесс твердения может продолжаться годами.

Доказан факт, что бетон по истечении 28 суток получает основные качественные характеристики: прочность, морозоустойчивость, водонепроницаемость. Именно поэтому не рекомендуется поддавать на протяжении указанного выше времени бетонную стяжку фундамента или пола всяческим нагрузкам.

Прогрев посредством сварочного устройства

Для прогрева бетонного основания на строительной площадке строителями нередко используются специальные приспособления, но могут иметь место на пути реализации данной необходимости обыкновенные сварочные аппараты. Первоочередным вопросом в решении поставленной задачи являются дополнительные электроды, с ролью которых отлично могут справиться отрезки арматуры.

Арматура, в свою очередь, монтируется равномерно по всему участку работ, которая засыпается опилками. Опилки служат отличным дополнением термоизоляционного слоя бетонной поверхности. Вдобавок опилки снизят до минимума испарения влаги. Далее арматура соединяется между собой проводом таким образом, чтобы вышли параллельные цепи.

К цепям присоединяются прямой и обратный сварочные провода, при этом стоит обращать внимание на то, чтобы они замыкались друг на друга. С помощью лампочки накаливания узнаем о наличии напряжения, при этом лампочка должна быть установлена между цепями. Во время нагрева арматуры необходимо усердно следить за температурой нагрева самого бетона, чтобы не имел место перегрев. Контроль температуры выполняется путем использования любого термометра.

Указанный выше способ прогрева бетонной поверхности способствует отличному прогреванию материала, при этом не требуя на протяжении процедуры применения какого-либо дополнительного сложного оборудования. Несмотря ни на что сварочный аппарат предпочтительнее использовать при незначительных рабочих поверхностях бетона.

Замыкать сварочную цепь на бетонную арматуру настоятельно не рекомендуется, поскольку данный способ не принесет ожидаемого результата, а счет за потребление электроэнергии будет весьма не привлекательным. Способов прогрева существует несколько.

Другие способы прогрева бетона:
  1. Прогрев электродами;
  2. Прогрев путем применения инфракрасных волн.

Прогревание бетонной поверхности электродами

Методика прогрева бетонной поверхности посредством электродов основывается на прохождении электрического тока. В свою очередь существует несколько видов электродов, которые могут понести отличную службу во время прогревания бетонной поверхности.

Виды электродов:
  • Полосовые;
  • Пластинчатые;
  • Струнные;
  • Стержневые.

Прогрев бетона должен производиться с учетом площади рабочей поверхности, правил техники безопасности и безопасного обращения конкретно со сварочным аппаратом. Перед применением сварочного приспособления в прогревании рабочей поверхности, будь то бетонная стяжка пола, фундамент или что-либо другое, необходимо проконсультироваться с грамотными и опытными профессионалами.

Как прогреть бетон зимой во время стройки?, как сделать самому, Ремонт и Строительство


Строительство в современных условиях не останавливается даже в холодный сезон: в зимнее время этот процесс усложняется из-за погодных условий и начинает требовать применения определённых технологий. Например, для качественного схватывания бетона его необходимо прогреть, но как это сделать зимой?
Существует много методов прогрева бетона в зимнее время. Это достаточно сложные и недешёвые способы, однако, если игнорировать их бетон не наберёт прочность и не будет отвечать проектным требованиям. Для прогрева бетона чаще всего используют провода ПНСВ. Чтобы запустить процесс, потребуется трансформатор или сварочный аппарат. Второй вариант более слабый и не даст быстрого и качественного эффекта, как первый.

Электропрогрев

Электропрогрев бетона является довольно сложным и дорогостоящим процессом. Однако для предотвращения влияния низких температур на застывающую цементную смесь ей требуется обеспечить ряд условий. В зимнее время цемент застывает неравномерно. Чтобы предотвратить такое отклонение от нормы, следует применять технологию электрообогрева. Она способствует постоянному по всей площади процессу застывания смеси.
Бетон способен застывать равномерно при температуре, которая будет близкой к 20 ºС. Принудительный электропрогрев становится эффективным инструментом в приготовлении строительных растворов.

Чаще всего в подобных целях применяется технология электроподогрева. Если простого утепления объекта становится недостаточно, такая альтернатива сможет решить проблему с неравномерно застывающим бетоном.

Строительные компании могут выбрать один из нескольких подходов. Например, электроподогрев может осуществляться при помощи такого проводника, как кабель ПНСВ, или при помощи электродов. Также некоторые компании прибегают к принципу подогрева самой опалубки. В настоящее время могут также в подобных целях применять индукционный подход или инфракрасные лучи.

Независимо от того, какой способ выберет руководство, обогреваемый объект в обязательном порядке следует утеплить. Иначе равномерного прогрева будет добиться нереально.

Расчет длины

При расчете длины кабеля ПНСВ необходимо учитывать ряд факторов, основным из которых является количество тепла, подаваемое к монолиту с целью его качественного затвердевания. На данный параметр влияет температура воздуха, форма и размеры конструкции, влажность, а также наличие теплоизоляции.

Также нужно определить шаг укладки провода, учитывая в расчетах среднюю длину петли (28-36 м). Если температура воздуха составляет -50С, то шаг должен быть 200 мм, -100С – 160 мм, -150С – 120 мм.

Рассчитывая длину кабеля, нужно знать его мощность. Для провода диаметром 1,2 мм – 0,015 Ом/м, 2 мм – 0,044 Ом/м, 3 мм – 0,02 Ом/м. Величина рабочего тока не должна превышать 16 А. В случае с ПНСВ 1,2 мм удельное сопротивление будет равняться 38,4 Вт. Для расчета суммарной мощности нужно это число умножить на длину использованного провода.

Для расчета напряжения понижающего трансформатора используется эта же схема. Если диаметр ПНСВ составляет 1,2 мм, а всего его уложено 100 м, то общее сопротивление будет равняться 15 Ом. Сила тока все та же (16 А). Напряжение – это произведение сопротивления и силы тока. В рассматриваемом примере оно будет составлять 240 В.

Термоматы

Прогревочный провод или инфракрасная пленка могут послужить основой для создания специальных термоматов. Они довольно эффективны. Единственное условие – это плоская поверхность бетонного основания. Некоторые разновидности представленных обогревателей могут работать в качестве обмотки на колонны, вытянутые блоки, столбы и т. д.

В сам же раствор при использовании матовой технологии добавляется пластификатор, позволяющий ускорить процесс высыхания. При этом они же могут препятствовать образованию кристаллизации воды.

При использовании представленных технологий следует помнить, что существуют специальные документы, регламентирующие электропрогрев бетона в зимнее время. СНиП обращает внимание строительных организаций на необходимость постоянного отслеживания температурных показателей этого вещества.

Цементная смесь не должна перегреваться свыше 50 ºС. Это так же неприемлемо для технологии его производства, как и большие морозы. При этом скорость остывания и нагрева не должна быть быстрее, чем 10 ºС в час. Чтобы избежать ошибок, расчет электропрогрева бетона выполняется в соответствии с действующими нормами и санитарными требованиями.

Инфракрасные маты могут заменить кабельные аналоги. Их допускается применять для обертывания фигурных колонн, прочих вытянутых объектов. Этот подход характеризуется небольшими энергозатратами. Бетонные конструкции под воздействием инфракрасных лучей начинают быстро терять влагу. Чтобы этого не происходило, нужно накрывать поверхности обычной полиэтиленовой пленкой.

Термомат для подогрева бетона не является каким-то новым изобретением: он активно применяется уже более десяти лет на всех стройках страны. Особенно популярен метод в северных регионах, где необходимость прогревать конструкции стоит острее. Способ хорошо себя зарекомендовал, однако за годы существования был усовершенствован.

Термоэлектроматы – это устройства, способные работать автономно. Время прогрева задано автоматически, и человеку не нужно следить за включением и выключением оборудования. Устройства расходуют значительно меньше электроэнергии, чем это происходит при нагреве конструкции при помощи проводов. Способ позволяет прогреть материал качественно. Подогрев происходит равномерно, не происходит локальный перегрев: это значит, что бетон застынет без микротрещин и будет иметь высокую прочность.

Преимущества данного способа:

  • Просто использовать;
  • Оборудование не требует сложного ухода;
  • Не требуется контролировать температуру нагрева, контроль осуществляется автоматически;
  • Высококачественный прогрев;
  • За 12 часов смесь достигает 70% марочной прочности.

Недостатки:

  • Термоматы дорого стоят, и не каждый застройщик может их приобрести;
  • Большинство представленного на рынке товара – подделка, которая не подходит для прогрева бетона, так как состоит из корейской греющей плёнки, рассчитанной на использование в качестве тёплого пола. Мощность таких устройств слишком мала, чтобы прогреть бетонную смесь.

Отличить подделку вполне возможно: необходимо обратить внимание на то, как нанесена плёнка. У устройств для тёплого пола она нанесена полосами, в устройствах для прогревания бетона слой плёнки нанесён равномерно.

Специальными электронагревателями в виде матов обкладывают залитый подготовленным раствором участок. В раствор добавляют вещества для ускорения процесса схватывания и предотвращения кристаллизации воды. Этот способ хорош для прогрева больших ровных горизонтальных поверхностей в зимнее время.

Применение матов

Особенности зимнего бетонирования

Можно ли заливать бетон зимой без прогрева? Специалисты утверждают, что можно, но рискованно. Для набора прочности бетона решающее значение имеет температурный режим. Если свежеуложенная бетонная масса замёрзнет, вода, не вступившая в реакцию с цементом, превратится в лёд. Это приведёт к увеличению внутреннего давления. Неокрепшая бетонная структура станет разрушаться.

В дальнейшем лёд может растаять, и процесс гидратации возобновится, но нужную прочность материал уже не наберёт.

Для ускорения взаимодействия компонентов бетонной смеси в зимнее время необходимо создать и поддерживать оптимальные температурные условия. Для этого надо знать, как прогреть бетон зимой.

Предлагается много методик решения подобной задачи. Их применение осуществляется в соответствии с утверждёнными правилами: СНиП 3.06.04-91, СНиП 3.03.01-87.

Прогрев бетона в зимнее время электродами

Для прогрева наливаемых стен и бетонных колонн фирмы застройщики используют опалубку с подогревом. Опалубки теплоизолированны и со стороны бетонного раствора установлены нагреватели. Конструкция с ТЭН не требует дополнительного сложного оборудования, элементы легко заменяемые.

Электродная опалубка состоит из стержней или полос металла прикрепленных к опалубке через равные промежутки. Электроды подключают к специальному трансформатору, и за счет воды в растворе цемента происходит его нагрев. Как бы недостаток согревающих опалубок — это стандартные размеры, и если у заказчика нестандартный проект, применяют другие способы прогрева бетона в зимнее время.

Вода в растворе играет роль проводника и постепенно по мере затвердения ток через электроды падает. Катанка после застывания смеси остается частью конструкции. К недостаткам данного способа прогрева можно отнести колоссальные энергозатраты и дополнительные расходы на материал электродов.

Необязательно для подогрева использовать провод ПНСВ: для этой цели подойдёт арматура, перевязанная проволокой катанкой 8-10 мм. Такой способ не подходит, если необходимо залить плитный фундамент или бетонную плиту. Обычно он используется при заливке колонн, диафрагм, стен: данный метод подогрева достаточно удобен и не требует лишних затрат.

Для работы также потребуется трансформатор. К нему подключаются стержни из металла, которые соединяются с бетонной конструкцией. Понижающий трансформатор будет подавать пониженное напряжение, которое разогреет металлические части конструкции.

Предлагаем ознакомиться Как сделать котел водяного отопления своими руками

Температура окружающей среды – важный фактор, который необходимо учитывать, определяя интервал между электродами. Стандартный интервал – это 0,6-1 метр. Прогрев бетона осуществляется за счёт влаги, содержащейся в его массе. Трансформатор подаёт на конструкцию три фазы. Участки, находящиеся между установленными электродами, прогреваются.

  • Быстрый, несложный монтаж подогрева;
  • Недорогие материалы, используемые для монтажа.

К недостаткам можно отнести следующее:

  • Большое потребление энергии электродами. Один электрод требует примерно 45-50 ампер
  • Понижающий трансформатор мощностью 80 kW нельзя подключить к большому количеству электродов. Его мощности может не хватить. Для решения проблемы рекомендуется использовать несколько трансформаторов.
  • Арматуру и проволоку нельзя вытащить из конструкции после прогрева, она останется там навсегда.

Самым востребованным методом обогрева бетона является применение электродов. Такой метод стоит относительно недорого, ведь нет потребности приобретать дорогостоящее оборудование и устройства (например, провод типа ПНСВ 1,2; 2; 3 и т. д.). Технология его выполнения также не представляет больших трудностей.

За основополагающий принцип представленной технологии взяты физические свойства и особенности электрического тока. При прохождении через бетон он выделяет некоторое количество тепловой энергии.

При использовании этой технологии не стоит подавать напряжение на систему электродов выше 127 В, если внутри изделия находится металлическая конструкция (каркас). Инструкция на электропрогрев бетона в монолитных конструкциях позволяет использовать ток 220 В или 380 В. Однако большее напряжение применять не рекомендуется.

Процесс нагрева выполняется при помощи переменного тока. Если в данном процессе участвует постоянный ток, он проходит через воду в растворе и образует электролиз. Этот процесс химического разложения воды будет препятствовать выполнению ее функций, которые имеет субстанция в процессе затвердения.

Тепловой шатер


Тепловой шатер — древний способ прогрева бетона. Тепляки — это временный шатер из водостойкой фанеры, полимерной пленки или брезента, который полностью закрывает сооружение или его часть, где происходит укладка и выдержка бетонной смеси. При помощи калориферов в тепляке поддерживаются постоянные положительные значения температуры (от 5 до 25 °С) и влажность, поэтому достигаются благоприятные условия для работы. Для этого применяют электрические или газовоздушные нагревательные системы.

Преимущества теплового шатра

  • достаточно действенный способ;
  • приемлемые затраты на электроэнергию.

Недостатки

  • только для не чрезмерно больших объемов бетонирования.

Электроды

Это достаточно простой способ прогрева. Он применяется в 70% случаев, так как является очень доступным. Для того чтобы сделать его возможным, необходимо позаботиться о монтаже проводов заранее, поэтому прокладывают сначала провод ПНСВ, а затем заливают бетонную смесь. Нагревание кабеля происходит при помощи трансформатора, который создаёт пониженное напряжение.

Преимущества:

  • Низкая стоимость процедуры. Трансформатор тратит значительно меньше энергии, чем другое оборудование, поэтому очень актуален, если бюджет ограничен. Покупать его тоже необязательно: вполне возможна аренда необходимого оборудования на время.
  • Для прогрева бетонной смеси подходит понижающий трансформатор 80 kW. При помощи такого оборудования без проблем прогревается 90 м3 бетона.
  • Возможна прокладка провода в любую погоду.

Способ не лишён недостатков:

  • Необходимо заранее позаботиться о процедуре прогрева, проложить провод, заложить подогревочные петли (провод укладывается по особой технологии: недостаточно просто забетонировать его, необходимо, чтобы конструкция охватила весь бетон, для чего её укладывают петлями, которые закрепляют специальным образом, похожим на закладку тёплых полов).
  • Способ требует физических усилий от рабочих.

Этот способ подогрева применяется достаточно редко и составляет менее десяти процентов. Прогрев материала осуществляется за счёт магнитной индукции, преобразовываемой в тепловую. Этот процесс возможен за счёт использования витков изолированного провода и вмонтированных в конструкцию металлических деталей.

Основная сложность процесса состоит в том, что необходимо точно рассчитать витки провода, учитывая количество металла в конструкции. Зачастую сделать это практически невозможно, именно поэтому способ магнитной индукции непопулярен.

Направляемые инфракрасные установки могут значительно облегчить прогрев бетона в зимнее время. Установку не нужно никуда монтировать: прогрев может происходить непосредственно через опалубку конструкции. Инфракрасная установка позволяет качественно прогревать открытые поверхности бетона. Она подходит для работы с любой конструкцией вне зависимости от её формы. Регулировка тепла довольно проста: она осуществляется путём отдаления или приближения греющего элемента к конструкции.

Преимущества:

  • Метод эффективно расходует электроэнергию и качественно прогревает бетон.

Недостатки:

  • Высокая цена оборудования. Если объем производства большой, то инфракрасных установок требуется много, что невыгодно застройщику.
  • Метод вытравливает из бетона влагу, что может ослабить его прочность. Во избежание этой проблемы рекомендуется накрывать конструкцию плёнкой.

Электропрогрев бетона проводом ПНСВ, технологическая карта которого будет рассмотрена немного дальше, считается одной из самых эффективных технологий. В качестве нагревателя в этом случае выступает провод, а не бетонная масса.

При укладке в бетон представленного провода получается равномерно прогреть бетон, обеспечив его качество при высыхании. Преимуществом такой системы является предсказуемость периода работы. Для качественного прогрева бетона в условиях снижения температуры очень важно, чтобы она повышалась плавно и равномерно по всей площади цементного раствора.

Аббревиатура ПНВС означает, что проводник имеет стальную жилу, которая упакована в ПВХ-изоляцию. Сечение провода при проведении представленной процедуры выбирается определенным образом (ПНСВ 1,2; 2; 3). Эта характеристика берется во внимание при расчете количества провода на 1 м кубический смеси цемента.

Технология подогрева бетона проводом относительно простая. Вдоль каркаса арматуры электрокоммуникации допускаются. Крепить провод следует в соответствии с рекомендациями производителя. В этом случае при подаче смеси в траншею, опалубку или смесь проводник не повредят заливка и эксплуатация застывшего вещества.

Провод при раскладке не должен касаться земли. После заливки он полностью погружается в бетонную среду. На показатель длины провода будут иметь влияние его толщина, минусовые температуры в этом климатическом поясе, сопротивление. Подаваемое напряжение будет составлять 50 В.

https://www.youtube.com/watch?v=mRMhO2nkhl0

Технология прогрева бетона ПНСВ кабелем эффективна при условии соблюдения всех инструкций и требований производителя. Если провод выйдет за пределы бетона, он с большой долей вероятности перегреется и выйдет из строя. Также провод не должен касаться опалубки или земли.

Длина представленного провода будет зависеть от условий, в которых применяется провод. Для их работы требуется работа трансформатора. Если, используя провод ПНСВ, применение такой системы не очень удобно, существуют и другие разновидности проводниковых изделий.

Предлагаем ознакомиться Купить площадочный вибратор для бетона недорого в Москве

Существуют кабели, для работы которых не потребуется применять запитку к специальным трансформаторам. Это дает возможность немного сэкономить средства на обслуживание представленной системы. Обычный провод имеет широкий ряд применения. Однако провод ПНСВ, который рассматривался выше, обладает более широкими возможностями и областью применения.

В представленных выше системах термоматов и опалубки с подогревом может использоваться принцип инфракрасного обогрева. Чтобы четче понимать принцип работы этих систем, необходимо вникнуть в вопрос, что собой представляют инфракрасные волны.

Электропрогрев бетона при помощи представленной технологии берет за основу способность солнечных лучей нагревать непрозрачные, темные предметы. После обогрева поверхности вещества тепло равномерно распределяется по всему его объему. Если бетонную конструкцию в этом случае обмотать прозрачной пленкой, при нагреве она будет пропускать лучи внутрь бетона. При этом тепло будет задерживаться внутри материала.

Преимуществом инфракрасных систем является отсутствие требований по использованию трансформаторов. Недостатком же эксперты называют невозможность представленного обогрева равномерно распределять тепло по всей конструкции. Поэтому его применяют только для относительно тонких изделий.

Индукционный подход в современном строительстве применяется довольно редко. Он больше подходит для таких конструкций, как прогоны, балки. На это влияет сложность устройства представленного оборудования.

Принцип индукционного обогрева основывается на том, что вокруг стального стержня намотан провод. Он имеет слой изоляции. При подключении электрического тока система производит индукционное возмущение. Именно так происходит нагрев бетонной смеси.

Рассмотрев электропрогрев бетона, а также его основные методы и технологии, можно сделать вывод о целесообразности применения того или иного способа в условиях производства. В зависимости от типа выпускаемых конструкций, условий производства технологи выбирают подходящий вариант. Скрупулезный подход к технологии застывания бетонной смеси позволяет производить высококачественные изделия, стяжку, фундаменты и т. д. Правила работы с цементом в зимний период должен знать каждый строитель.

Конвективный способ равномерного воздушного прогревания конструкций из бетона осуществляется от подведенного снаружи горячего воздуха.

Для этого используется гибкий длинный шланг или специальный прорезиненный рукав. Выработка воздуха осуществляется теплогенератором, запитанным от электросети или функционирующим на дизельном топливе. Но все же рекомендуется использование электрических устройств, ведь при работе дизеля происходит выделение большого объема выхлопных газов.

Эффективный воздушный обогрев применяется после заливки бетона для фундаментов в установленную опалубку в помещении с воздушной циркуляцией, которую усиливает вентилятор для более равномерного распределения прогрева. При этом рекомендовано применение материалов из плотного брезента для создания необходимого тепляка над прогреваемой бетонной конструкцией.

Бетонирование в зимнее время при зимних отрицательных температурах не является сложным делом, ведь при соблюдении положенных правил характеристики прочности созданной конструкции сохраняются на достаточно высоком уровне.

Укладка провода

Универсальный и доступный способ прогрева бетона в зимнее время с помощью высокоомного кабеля и понижающего трансформатора. Во время увязки каркаса из арматуры укладывается греющий кабель, размеры и форма конструкции значения не имеет.

Этот способ подогрева применим как на стройплощадке, так и для домашних мастеров строителей. Расскажем немного подробнее, как прогреть бетонную смесь проводом ПНСВ в домашних условиях.

Нюанс прогрева, ПНСВ нельзя подключать неукрытый раствором, т.к. без поглощения тепла из-за высокой температуры на открытом воздухе, он перегорит. Чтобы избежать перегорания делают переход на алюминиевый кабель, оставляя выходные концы нагревательного провода ПНСВ по 10 см из раствора. Производитель рекомендует ток в кабеле 11-17 ампер, который можно контролировать токовыми клещами. О том, как пользоваться токоизмерительными клещами, мы рассказывали в отдельной статье.

Для домашнего строительства достаточно ПНСВ диаметром 1.2 мм. Его характеристики:

  • сопротивление 0,15 Ом/м;
  • рабочий ток погруженного в раствор 14-16 ампер;
  • температура укладки от -25 до 50 °C.

Сколько греть бетон?

Для экономии, время прогрева бетона требуется сократить к минимуму. Но в каждом случае время считается отдельно, что связано с определенными факторами. Это температура наружного воздуха, возможность и качество теплоизоляции, мощность обогревателей.

Обогрев бетона проводом зависит от того, как он проложен внутри конструкции и потребляемой мощности. В общем случае расчет времени зависит от температуры конструкции. В большинстве методик монолит разогревается до 60ºС, но делается это медленно, не более 10 градусов за один час нагрева. Это обеспечивает его равномерность, повышая качество материала. После набора смесью 50% прочности, ее постепенно охлаждают с еще более низкой скоростью в 5ºС за час, с использованием термоизоляции. Таким образом, прогрев может проходить как в течение нескольких часов, так и суток.

Виды электролитов

Электропрогрев бетона в зимнее время может осуществляться при помощи одного из основных видов электродов. Они могут быть струнными, стержневыми и выполненными в виде пластины.

Стержневые электролиты устанавливаются в бетон на небольшом расстоянии друг от друга. Чтобы создать представленный продукт, ученые применяют металлическую арматуру. Ее диаметр может составлять от 8 до 12 мм. Стержни подключаются к различным фазам. Особенно незаменимы представленные устройства при наличии сложных конструкций.

Электролиты, которые имеют форму пластин, характеризуются довольно простой схемой подключения. Их устройства необходимо располагать на противоположных сторонах опалубки. Эти пластины подключают к разным фазам. Проходящий между ними ток и будет нагревать бетон. Пластины могут быть широкими или узкими.

Струнные электроды необходимы при изготовлении колонн, столбов и прочих изделий вытянутой формы. После установки оба конца материала подключают к разным фазам. Так происходит нагрев.

Требования безопасности при электродном прогреве

Прогрев конструкций, армируемых стержневой арматурой, выполняют при пониженном напряжении – от 60 до 127В. Чтобы прогревать густоармированные конструкции при более высоких напряжениях, требуется отдельный расчет и проект. Подключают напряжение выше 127В в отдельных случаях:

  • Бетонный элемент не включает армокаркас
  • Участок прогрева локальный, конструкция отдельно стоящая и никак не связана с арматурными каркасами, закладными деталями и любыми токоведущими элементами соседних конструкций
  • Конструкции могут быть прогреты электродным методом при напряжении питания до 380В только в тех случаях, когда невозможно короткое замыкание на армокаркас (то есть массив состоит только из бетона). Прогрев на высоком напряжении может быть разрешен по расчету только для конструкций без арматуры. Работы по прогреву или обогреву армированного бетона и грунтов с применением напряжения 380В запрещены

При всех работах по электропрогреву обязательны к выполнению правила электробезопасности.

Принцип индукционного и инфракрасного обогрева

Технология довольно простая — над нужным участком строится палатка и тепловыми пушками нагнетается тепло. Довольно распространенный дедовский способ прогрева фундамента горячим воздухом. Используется на небольших площадях строительства, трудоемкий процесс, связанный с возведением теплоудерживающего купола.

Если вы хотите прогреть бетон тепловой пушкой, учтите, что это будет достаточно затратный вариант. Единственное преимущество данной методики — возможность обогрева бетонной стяжки без электричества. Существуют автономные тепловые пушки, чаще всего дизельные. Если доступа к сети 220 вольт нет, этот вариант прогрева будет самым выигрышным.

Электропрогрев бетона проводом ПНСВ, технологическая карта которого заключается в укладке продукта в емкость непосредственно перед заливкой, считается надежной системой. Провод должен иметь определенную длину (в зависимости от условий его эксплуатации). Из-за хорошей теплопроводимости бетона, нагрев плавно распределяется по всей толщине материала. Благодаря такой особенности удается повысить температуру бетонной смеси до 40 ºС, а иногда и выше.

Предлагаем ознакомиться Добавка в бетон для зимы

Кабель ПНСВ допускается запитывать в сеть, электричество которой поставляют подстанции КТП-63/ОБ или 80/86. Они обладают несколькими степенями напряжения пониженного типа. Одна подстанция представленного типа способна обогреть до 30 м³ материала.

Чтобы повысить температуру раствора, на 1 м³ необходимо потратить около 60 м провода марки ПНСВ 1,2. При этом температура окружающей среды может составлять до -30 ºС. Способы нагрева могут комбинироваться. Это зависит от массивности конструкции, погодных условий, заданных показателей прочности. Также немаловажным фактором для создания комбинации методов является наличие ресурсов на стройплощадке.

Если бетон сумеет набрать требуемую прочность, он может противостоять разрушению вследствие низких температур.

Прогрев бетона проводом считается одной из самых новых и эффективных технологий. Однако совсем еще недавно о ней никто не знал. Поэтому применялся довольно затратный, но простой метод. Над поверхностью цемента строилось укрытие. Для этого метода бетонное основание должно было иметь небольшую площадь.

В построенную палатку привозили тепловые пушки. Они нагнетали требуемую температуру. Такой метод не был лишен определенных недостатков. Он считается одним из самых трудоемких. Рабочим необходимо возвести палатку, а потом контролировать работу оборудования.

Если сравнивать прогрев бетона проводом и метод применения тепловых агрегатов, то станет ясно, что затрат больше потребует именно старый подход. Чаще всего закупается определенное оборудование автономного типа работы. Они работают на дизельном топливе. Если доступа к обычной стационарной сети на участке нет, этот вариант будет наиболее выигрышным.

Сегодня самым удобным способом защиты бетонирования зимой стало применение разработанных противоморозных добавок. Способ считается более дешевым по сравнению с бетонированием, требующим тщательного утепления конструкции, включая прогрев электричеством или используемыми инфракрасными лучами. Такие специальные добавки применяются самостоятельно или сочетаются с остальными методами подогрева.

  1. Добавки для ускорения или замедления схватывания смеси. Например, это электролиты, не электролиты и карбамид, а также многоатомные спирты.
  2. Модификаторы, созданные из хлорида кальция и существенно ускоряющие время схватывания бетона.
  3. Вещества с антифризными свойствами, которые ускоряют схватывание раствора с усиленным тепловыделением после выполнения заливки. Это трехвалентные сульфаты, созданные из алюминия и добавленного железа.

Многих строителей интересует вопрос о том, можно ли добавлять соль в бетон зимой. Техническая соль не разъедает цемент и считается самой доступной и недорогой противоморозной добавкой, которая обеспечивает непрерывность бетонных работ при низкой температуре воздуха.

Разработанные противоморозные добавки необходимы для ускорения схватывания и твердения бетона. Причем для нормального результата проводится ряд следующих важных мероприятий:

  1. Создание участков теплоты внутри бетонного раствора с проведением подогрева его основных компонентов.
  2. Утепление поверхности бетона для необходимого сохранения тепла, образующегося при изотермической реакции цемента с добавленной водой.
  3. Использование высокомарочных твердеющих цементов.
  4. Изготовление смеси из предварительно подогретых компонентов требует иного порядка процесса их загрузки в отличие от летних условий и одновременной загрузки материалов в барабан смесителя. Например, зимой в барабан необходимо заливать горячую воду, затем добавляется выбранный заполнитель, вводятся цементная смесь и песок.
  5. Смесь транспортируется в утепленной специальной машине, имеющей двойное днище. Пункт проведения погрузочно-разгрузочных работ защищается от ветра. Заливать бетон необходимо с помощью устройств, которые обязательно утепляются.
  6. С опалубки счищаются снег и образующаяся наледь, арматура тоже должна быть обязательно очищена.
  7. Зимнее бетонирование проводится в быстром темпе.

Совет! При зимнем выполняемом бетонировании нежелательно применение каких-либо замерзших заполнителей.

Вывод

На сегодняшний день технологии обогрева бетона хорошо освоены строителями, так как они позволяют не прерывать процесс возведения бетонных конструкций даже зимой. Выбор конкретной технологии в той или иной ситуации должен делать специалист, в зависимости от условий окружающей среды и типа конструкции (узнайте также как использовать трансформатор прогрева бетона при работе в зимний период).

Из видео в этой статье можно получить дополнительную информацию по данной теме.

Опалубка для прогрева бетона

Электропрогрев бетона в зимнее время может осуществляться сразу же в опалубке. Это один из новых способов, который является очень эффективным. В щиты опалубки устанавливаются нагревательные элементы. В случае выхода из строя одного или нескольких из них, производится демонтаж неисправного оборудования. Его заменяют новым.

Оснащать инфракрасными обогревателями непосредственно форму, в которой застывает бетон, стало одним из удачных решений, которые принимали управленцы строительных компаний. Эта система способна обеспечить требуемыми условиями бетонное изделие, находящееся в опалубке, даже при температуре -25 ºС.

Помимо высокой эффективности представленные системы обладают высоким показателем полезного действия. Затрачивается совсем немного времени на подготовку к обогреву. Это крайне важно в условиях сильных морозов. Рентабельность нагревательной опалубки определяется выше, чем у обычных проводных систем. Их можно применять многоразово.

Однако стоимость представленной разновидности электрообогрева довольно высока. Она считается невыгодной, если нужно обогреть постройку нестандартных габаритов.

Для этого метода используется опалубка, в щиты которой вставляют нагревательный элемент. Удобство конструкции заключается в том, что при необходимости можно легко заменить её неисправные элементы. Если дом монолитный, то при помощи такой опалубки можно прогреть его полностью. Если прогревать этажи поэтапно, то опалубку можно переставлять, переходя к нужному участку работы. Использовать такой способ можно даже при температуре окружающей среды -25 градусов.

Преимущества такой методики:

  • Высокая производительность при относительно небольших затратах энергии;
  • Требует немного времени на приготовления, монтаж;
  • Можно использовать в сильные морозы;
  • Можно использовать несколько раз.

Недостатки:

  • Высокая стоимость.
  • Неудобно, если строение нестандартное.

Зачем обогревать бетона

Заливка бетона в зимнее время при температуре ниже нуля требует обеспечения определенных температурных условий, при которых раствор сможет нормально твердеть. Данная необходимость связана с содержанием воды в составе смеси.

Температура конструкции не должна опускаться ниже технологически обусловленного минимума. В противном случае в смеси образуются кристаллы льда довольно крупного размера, которые создают в порах цемента большое давление.

В результате этого происходит разрушение структуры бетона, и, как следствие, материал теряет свои свойства, в частности это сказывается и на его прочности. Особо опасно допускать замерзание бетона в период схватывания.

Также надо иметь в виду, что при снижении температуры субстанции, снижается и скорость взаимодействия цемента с водой. При повышении температуры, соответственно, скорость взаимодействия возрастает. Однако, следует отметить, что при медленном твердении, прочность бетона получается более высокой.

Принцип работы и виды прогревочных проводов

Наиболее распространен греющий провод типа ПНСВ. Это обусловлено простотой установки и приемлемой ценой в сравнении с аналогами.

Еще часто используют аналог ПНСП. Его основное конструктивное отличие заключается в изоляционном материале. Состав – полипропилен, за счет которого обеспечивается возможность повышать максимальную мощность тепловыделителя.

В таблице приведены основные технические и физические характеристики проводов типа ПНСП и ПНСВ.

Марка проводаРасчетная масса 1 000 метров провода, кгОптимальная длина нагревательной секции при напряжении 220 В, мНоминальный наружный диаметр, ммНоминальное значение электрического сопротивления 1 метра нагревательной жилы, Ом
ПНСВ191102,80,12
ПНСВ18,5952,70,18
ПНСВ18802,60,22
ПНСП16,41302,80,11
ПНСП12,71002,60,12
ПНСП14,51102,70,14
ПНСП11,1852,50,18
ПНСП9,6752,40,22

Нагревательные провода типа ПНСП и ПНСВ используются также для организации полов с подогревом в жилых помещениях.

Основная сложность, с которой сталкиваются строители при использовании нагревательных проводов, – необходимость проводить расчет требуемой длины. Незначительные погрешности исправляются за счет регуляции напряжения, которое поступает на прогревочный трансформатор.

Подогрев элекродами: важные правила

Для эффективной работы электроподогрева, необходимо подключение к различным полюсам электросети. Данное правило является очень важным к исполнению, так как если использовать одну фазу, то результата не будет никакого.

Кроме того, замыкание цепи происходит только через влажный бетон. Для каждого случая составляется специальный проект, в котором указывается шаг между электродами, расположение понижающих трансформаторов и допустимое напряжение.

Стоит обратить ваше внимание на то, что некоторые марки бетона теряют свою прочность. К примеру, потери в размере 20-25% считаются допустимыми. Тем не менее перед тем, как начать технологический прогрев бетона, рекомендуется в течение некоторого времени выдерживать его без подогрева.

Присадки и добавки

Еще один способ заливки бетона при отрицательных температурах — использование химических веществ. Некоторые из них ускоряют затвердевание на начальной стадии процесса. Массовая доля всех добавок — не больше 2% от массы цемента. Большие количества могут негативно повлиять на качество бетона, потому придерживайтесь рецептур.

Один из способов зимнего бетонирования — добавление в замес специальных противоморозных присадок

Наиболее распространенная присадка, повышающая «морозоустойчивость» бетона и ускоряющая его твердение, — хлористый кальций. Еще используют поташ и нитрат натрия. Если добавить их при обычном замесе, температура замерзания снизится до -3oC.

Одно «НО». Хлориды использовать для армируемых бетонов нельзя — они провоцируют быстрое разрушение стали. Так что самый распространенный ускоритель твердения бетона — хлористый кальций — для заливки фундамента не подходит.

Заливка бетона при минусовой температуре возможна, если с теми же присадками раствор подогреть. В этом случае можно работать при -15oC. Но для нормального качества фундамента потребуется утепление заливки и соблюдение несложных, но обязательных правил.

Особенности нагревающих проводов ПНСВ

Кабель ПНСВ представляет собой стальную жилу диаметром от 1,2 до 3 мм и сечением от 0,6 до 4 мм2, покрытую изоляцией ПВХ или полиэстера. Благодаря этому изолирующему материалу, провод не перегибается, не переламывается и отличается устойчивостью к возгораниям.

Чаще всего электропрогрев осуществляется при помощи проводов минимального диаметра 1,2 мм. Однако, практика показывает, что лучше использовать ПНСВ на 3 мм, особенно если вы планируете производить ручное уплотнение раствора. Дело в том, что изоляция такого кабеля будет намного прочнее, поэтому в случае некачественного питания, вероятность перегрева будет минимальной.

Также стоит обратить внимание на еще одну отличительную характеристику прогревочных кабелей этого типа – наличие «холодных окончаний». Эти ответвления выходят за границы бетонной плиты. Для «холодных окончаний» применяют провода АПВ (алюминиевые токопроводящие жилы), соединяющие сам кабель с питающей трассой.

преимущества и недостатки, советы по выбору

Основной целью прогрева бетона является соблюдение правильных условий вывода влаги при проведении работ в зимнее время или при их ограниченных сроках. Принцип действия технологии заключается в поддержке внутри или вокруг толщи раствора повышенной температуры (в пределах 50-60 °С), методы реализации зависят от типа и размера конструкций, марки прочности смеси, бюджета и условий внешней среды. Для достижения нужного эффекта обогрев должен быть равномерным и экономически обоснованным, лучшие результаты наблюдаются при комбинировании.

Обзор методов обогрева

1. Электроды.

Простой и надежный способ электропрогрева, заключающийся в размещении арматуры или катанки толщиной в 0,8-1 см во влажном растворе, образуя с ним единый проводник. Выделение тепла происходит равномерно, зона воздействия достигает половины расстояния от одного электрода к другому. Рекомендуемый интервал между ними варьируется от 0,6 до 1 м. Для запуска работы цепи концы подключают к ИП с пониженным напряжением от 60 до 127 В, превышение этого диапазона возможно только при бетонировании неармированных систем.

Сфера применения включает конструкции с любым объемом, но максимальный эффект достигается при подогреве стен и колонн. Расход электроэнергии в этом случае значительный – 1 электрод требует не менее 45 А, число подключаемых стержней к понижающему трансформатору ограничено. По мере высыхания раствора подаваемое напряжение и затраты возрастают. При заливке ЖБИ технология прогрева электродами требует согласования со специалистами (составляется проект их размещения, исключающий контакт с металлическим каркасом). По окончании процесса стержни остаются внутри, повторная эксплуатация исключена.

2. Закладка проводов.

Суть метода заключается в расположении в толще раствора электрического провода (в отличие от электродов – изолированного), нагреваемого при пропускании тока и равномерно отдающего тепло. В качестве рабочих элементов используется один из следующих видов:

  • ПНСВ – изолированный поливинилхлоридом стальной кабель.
  • Саморегулирующие секционные разновидности: КДБС или ВЕТ.

Применение проводов считается самым эффективным при необходимости заливки перекрытий или фундамента зимой, они практически без потерь преобразуют электрическую энергию в тепловую и обеспечивают ее равномерное распределение.

ПНСВ обходится дешевле, при необходимости он закладывается по всей площади конструкции (длина ограничена только мощностью понижающего трансформатора), для данных целей подойдет сечение от 1,2 до 3 мм. К особенности технологии обогрева относят потребность в использовании установочных проводов с алюминиевой жилой на открытых участках. Подходящими характеристиками обладает кабель АПВ. Схема ПНСВ 1.2 исключает перехлесты, рекомендуемый шаг между соседними кольцами и линиями составляет 15 см.

Саморегулирующие секции (КДБС или ВЕТ) эффективны при обогреве зимой без возможностей задействования трансформатора или подачи 380 В. Их изоляция лучше, чем у ПНСВ, но стоят они дороже. Схема укладки провода в целом аналогична предыдущей, но его длина ограничена, она подбирается из учета размеров конструкции, разрезать его нельзя. При добавлении в нее устройства контроля за силой тока прогрев осуществляется более плавно и экономно. В целом, оба варианта считаются эффективными при бетонировании зимой, к недостаткам относят лишь сложность укладки и невозможность повторного применения.

3. Тепловые пушки.

Суть технологии заключается в повышении температуры воздуха с помощью электрических, газовых, дизельных и других обогревателей. Обрабатываемые элементы закрывают от холода брезентом, создание такого шатра позволяет достичь внутри условий от +35 до 70 °C. Обогрев осуществляется за счет внешнего источника, который без проблем переносится на другое место без потребности в расходе провода или специальной аппаратуры. Из-за сложностей с закрытием крупных объектов и воздействия только на внешние слои этот способ чаще используется при небольших объемах бетонирования или при резком падении температуры. Энергозатраты в сравнении с электродами или ПНСВ приемлемые, при задействовании дизельных пушек возможен обогрев на объектах без электроснабжения.

4. Термоматы.

Принцип действия этой технологии основан на покрытии свежезалитого раствора полиэтиленом и полотнами инфракрасной пленки во влагостойкой оболочке. Термоматы подключаются к обычной сети, величина энергопотребления варьируется в пределах 400-800 Вт/м2, при достижении границы в +55 °С они выключаются, что позволяет снизить затраты на электропрогрев бетона. Максимальный эффект от применения достигается зимой, в том числе при комбинировании с химическими добавками.

Риск замерзания влаги внутри ЖБИ исключается через 12 часов, процесс полностью автономный. В отличие от проводов ПНСВ термоматы без проблем контактируют с открытым воздухом и влагой, помимо бетонных конструкций они успешно используются для прогрева грунта.

При правильном уходе (отсутствие нахлестов, выполнение изгибов строго по отведенным линиям, защите полиэтиленом) ИК-пленки выдерживают не менее 1 года активной эксплуатации. Но при всех плюсах технология плохо подходит для обогрева массивных монолитов, воздействие матов локальное.

5. Греющая опалубка.

Принцип действия аналогичен с предыдущим: между двумя листами влагостойкой фанеры размещается инфракрасная пленка или изолированные асбестом провода, выделяющие тепло при подключении к сети. Этот способ обеспечивает прогрев в зимнее время на глубину до 60 мм, благодаря локальному воздействию исключен риск растрескивания или перенапряжения. По аналогии с матами эти нагревательные элементы имеют термозащиту (биметаллические датчики с автовозвратом). Сфера применения включает конструкции с любым наклоном, лучшие результаты наблюдаются при заливке монолитных объектов, в том числе при ограниченных сроках строительства, но простой технологию назвать нельзя. При бетонировании фундамента в греющую опалубку заливают раствор с температурой не ниже +15 °C, грунт нуждается в предварительном обогреве.

6. Индукционный метод.

Принцип действия основан на образовании тепловой энергии под воздействием вихревых токов, способ хорошо подходит для колонн, балок, опор и других вытянутых элементов. Индукционная обмотка размещается поверх металлической опалубки и создает электромагнитное поле, в свою очередь оказывающее влияние на арматурные стержни каркаса. Обогрев бетона осуществляется равномерно и качественно при среднем расходе энергии. Подойдет также для предварительной подготовки щитов опалубки зимой.

7. Пропаривание.

Промышленный вариант, для реализации этого способа требуется двухстенная опалубка, не только выдерживающая массу раствора, но и подводящая к поверхности горячий пар. Качество обработки более чем высокое, в отличие от остальных методов, при пропарке обеспечиваются максимально подходящие условия для гидратации цемента, а именно – влажная горячая среда. Но из-за сложности эта методика используется редко.

Сравнение преимуществ и ограничений технологий прогревания

СпособОптимальная сфера примененияПреимуществаНедостатки, ограничения
ЭлектродамиЗаливка вертикальных конструкцийБыстрый монтаж и прогрев, достаточно размещения электрода в бетоне и подключения его к источнику переменного токаЗначительные энергозатраты – от 1000 кВт на 3-5 м3
ПНСВФундаменты и перекрытия при бетонировании зимойВысокая эффективность, равномерность. Обогрев проводом позволяет достичь 70% прочности за несколько днейПотребность в понижающем трансформаторе и проводе для холодных концов
ВЕТ или КДБСТо же, плюс работа от простой сетиВысокая стоимость кабеля, ограничение в длине секций
Тепловыми излучателямиКонструкции с небольшой толщинойВозможность контроля температуры, применение при резком похолодании, минимум проводов, относительно низкие энергозатратыВоздействие осуществляется локально, качественный обогрев происходит только во внешних слоях
ТермоматамиГрунт перед заливкой раствора, перекрытияМногократное применение, возможность контроля за температурой смести, достижение 30% марочной прочности в течении сутокВысокая стоимость матов, наличие подделок
Греющей опалубкойОбъекты быстрого возведения (совмещение с технологией скользящей опалубки)Обеспечение равномерного прогрева, возможность качественного замоноличивания стыковТиповые размеры, высокая цена, средний КПД
Индукционной обмоткойКолонны, ригели, балки, опорыРавномерностьНе подходит для перекрытий и монолитов
ПропариваниеОбъекты промышленного строительстваХорошее качество прогреваСложность, дороговизна

Электризующий цемент с наноуглеродной сажей | Новости Массачусетского технологического института

С момента своего изобретения несколько тысячелетий назад бетон стал инструментом развития цивилизации, найдя применение в бесчисленном количестве строительных работ — от мостов до зданий . И все же, несмотря на столетия инноваций, его функция оставалась в основном структурной.

Многолетняя работа исследователей Concrete Sustainability Hub (CSHub) Массачусетского технологического института в сотрудничестве с Национальным центром научных исследований Франции (CNRS) направлена ​​на то, чтобы изменить это положение. Их сотрудничество обещает сделать бетон более устойчивым за счет добавления новых функций, а именно электронной проводимости. Электронная проводимость позволит использовать бетон для множества новых применений, от самонагрева до хранения энергии.

Их подход основан на контролируемом введении высокопроводящих наноуглеродных материалов в цементную смесь. В статье Physical Review Materials они подтверждают этот подход, представляя параметры, определяющие проводимость материала.

Нэнси Солиман, ведущий автор статьи и постдоктор в MIT CSHub, считает, что это исследование может добавить совершенно новое измерение к тому, что уже является популярным строительным материалом.

«Это модель проводящего цемента первого порядка», — объясняет она. «И это принесет [знания], необходимые для поощрения масштабирования таких [многофункциональных] материалов».

От наномасштаба к современному уровню техники

За последние несколько десятилетий наноуглеродные материалы получили широкое распространение благодаря их уникальному сочетанию свойств, главным из которых является проводимость.Ученые и инженеры ранее предлагали разработку материалов, которые могут придавать проводимость цементу и бетону, если они включены в них.

Для этой новой работы Солиман хотел, чтобы выбранный ими наноуглеродный материал был достаточно доступным для производства в больших масштабах. Она и ее коллеги остановились на наноуглеродной саже — дешевом углеродном материале с отличной проводимостью. Они обнаружили, что их предсказания проводимости подтвердились.

«Бетон по своей природе является изоляционным материалом, — говорит Солиман, — но когда мы добавляем наночастицы сажи, он превращается из изолятора в проводящий материал.

Включив наноуглеродную сажу всего в 4 процента объема своих смесей, Солиман и ее коллеги обнаружили, что они могут достичь порога перколяции, точки, при которой их образцы могут проводить ток.

Они заметили, что у этого тока есть интересный результат: он может генерировать тепло. Это связано с так называемым эффектом Джоуля.

«Джоулев нагрев (или резистивный нагрев) вызван взаимодействиями между движущимися электронами и атомами в проводнике, — объясняет Николас Чанут, соавтор статьи и постдокторант в Массачусетском технологическом институте CSHub.«Ускоренные электроны в электрическом поле обмениваются кинетической энергией каждый раз, когда сталкиваются с атомом, вызывая вибрацию атомов в решетке, которая проявляется в виде тепла и повышения температуры материала».

В своих экспериментах они обнаружили, что даже небольшое напряжение — всего 5 вольт — может увеличить температуру поверхности их образцов (размером примерно 5 см 3 ) до 41 градуса Цельсия (около 100 градусов по Фаренгейту). Хотя стандартный водонагреватель может достигать сопоставимых температур, важно учитывать, как этот материал будет реализован по сравнению с традиционными стратегиями нагрева.

«Эта технология может быть идеальной для лучистого обогрева пола в помещении», — объясняет Чанут. «Обычно лучистое отопление помещений осуществляется за счет циркуляции нагретой воды в трубах, проходящих под полом. Но эту систему может быть сложно построить и поддерживать. Однако, когда сам цемент становится нагревательным элементом, система отопления становится проще в установке и надежнее. Кроме того, цемент обеспечивает более равномерное распределение тепла благодаря очень хорошей дисперсии наночастиц в материале.

Наноуглеродный цемент

также может иметь различное применение на открытом воздухе. Чанут и Солиман считают, что применение наноуглеродного цемента в бетонных покрытиях может смягчить проблемы долговечности, устойчивости и безопасности. Многие из этих опасений связаны с использованием соли для борьбы с обледенением.

«В Северной Америке мы видим много снега. Чтобы убрать этот снег с наших дорог, необходимо использовать противогололедные соли, которые могут повредить бетон и загрязнить грунтовые воды», — отмечает Солиман.Тяжелые грузовики, используемые для посыпания солью дорог, также являются мощными источниками выбросов и дорогими в эксплуатации.

Обеспечивая лучистое отопление тротуаров, наноуглеродный цемент можно использовать для удаления льда с тротуаров без дорожной соли, что может сэкономить миллионы долларов на ремонте и эксплуатационных расходах, а также решить проблемы безопасности и защиты окружающей среды. В некоторых случаях, когда поддержание исключительных условий покрытия имеет первостепенное значение, например, на взлетно-посадочных полосах аэропортов, эта технология может оказаться особенно полезной.        

Спутанные провода

В то время как этот современный цемент предлагает элегантные решения множества проблем, достижение многофункциональности поставило множество технических задач. Например, без способа выровнять наночастицы в функционирующую цепь — известную как объемная проводка — внутри цемента, их проводимость было бы невозможно использовать. Чтобы обеспечить идеальную объемную проводку, исследователи исследовали свойство, известное как извилистость.

«Извилистость — это понятие, которое мы ввели по аналогии из области диффузии», — объясняет Франц-Йозеф Ульм, руководитель и соавтор статьи, профессор кафедры гражданского и экологического проектирования Массачусетского технологического института и консультант факультета CSHub. «В прошлом он описывал, как текут ионы. В этой работе мы используем его для описания потока электронов через объемную проволоку».

Ульм объясняет извилистость на примере автомобиля, путешествующего между двумя точками в городе.Хотя расстояние между этими двумя точками по прямой может составлять две мили, фактическое пройденное расстояние может быть больше из-за окружности улиц.

То же самое верно для электронов, путешествующих через цемент. Путь, который они должны пройти внутри выборки, всегда длиннее, чем длина самой выборки. Степень, в которой этот путь длиннее, и есть извилистость.

Достижение оптимальной извилистости означает баланс количества и дисперсии углерода. Если углерод слишком сильно диспергирован, объемная проводка станет разреженной, что приведет к высокой извилистости.Точно так же без достаточного количества углерода в образце извилистость будет слишком велика, чтобы образовалась прямая эффективная проводка с высокой проводимостью.

Даже добавление большого количества углерода может оказаться контрпродуктивным. В определенный момент проводимость перестанет улучшаться и, теоретически, только увеличит затраты, если будет реализована в масштабе. Из-за этих сложностей они стремились оптимизировать свои миксы.

«Мы обнаружили, что путем точной настройки объема углерода мы можем достичь значения извилистости, равного 2», — говорит Ульм.«Это означает, что путь, который проходят электроны, всего в два раза превышает длину образца».

Количественная оценка таких свойств была жизненно важна для Ульма и его коллег. Цель их недавней статьи состояла не только в том, чтобы доказать, что многофункциональный цемент возможен, но и в том, что он пригоден для массового производства.

«Ключевым моментом является то, что для того, чтобы инженер мог разобраться, ему нужна количественная модель, — объясняет Ульм. «Прежде чем смешивать материалы, вы хотите иметь возможность ожидать определенных повторяющихся свойств.Это именно то, что описано в этой статье; он отделяет то, что связано с граничными условиями — [внешними] условиями окружающей среды — от того, что действительно связано с фундаментальными механизмами внутри материала».

Путем выделения и количественной оценки этих механизмов Солиман, Чанут и Ульм надеются предоставить инженерам именно то, что им нужно для внедрения многофункционального цемента в более широком масштабе. Путь, который они наметили, многообещающий и, благодаря их работе, не должен оказаться слишком извилистым.

Исследование было поддержано через Центр устойчивого развития бетона Ассоциацией портландцемента и Фондом исследований и образования товарного бетона.

Сбор тепла тротуара для производства электроэнергии |

В то время как мы все понимаем функциональность мощеных пространств для транспорта и парковки, горячие тротуары создают огромное количество тепла, которое может значительно изменить городскую и пригородную среду. Теперь команда из Техасского университета в Сан-Антонио получила финансирование, чтобы помочь генерировать энергию из горячих тротуаров.

Группа, возглавляемая Самером Дессуки, профессором гражданской и экологической инженерии Техасского университета в Сан-Антонио, получила 298 000 долларов США благодаря стратегическому альянсу между Техасским научно-исследовательским институтом устойчивой энергетики и CPS Energy.

Дессуки направит средства на улучшение технологии, разработанной им вместе со своей командой, которая преобразует тепло от мощеных поверхностей в электричество. Эта технология позволяет вырабатывать электроэнергию на асфальтированных участках, таких как автострады, взлетно-посадочные полосы аэропортов и парковки, которые можно использовать в сельской местности для питания вывесок и систем сбора данных независимо от электросети.

В 2016 году Дессуки и его команда начали разработку системы сбора тепловой энергии. Они протестировали эту систему, установив несколько прототипов возле Бетонной лаборатории на западной стороне главного кампуса UTSA. В их системе мощность собиралась из разницы температур между поверхностью тротуара и более низкой температурой в глубине почвы. Проект, поддерживаемый CPS Energy, позволяет его команде точно настроить работу системы.

В документе, представленном Совету по исследованиям в области транспорта в 2017 году, технология описана более подробно.«Тепловой градиент между температурой поверхности и основанием дорожного покрытия можно использовать для выработки электроэнергии с помощью термоэлектрических генераторов (ТЭГ). Предлагаемый прототип собирает тепло с поверхности дорожного покрытия и передает его ТЭГ, встроенному в земляное полотно на краю обочины дорожного покрытия. Предварительные результаты показывают, что прототип ТЭГ размером 64×64 мм способен генерировать в среднем 10 мВт электроэнергии в течение 8 часов в погодных условиях Южного Техаса.Масштабирование прототипа с использованием нескольких блоков ТЭГ может генерировать достаточно электроэнергии для устойчивого питания маловаттных светодиодных фонарей и датчиков дорожного движения/трафика в отдаленных районах, не подключенных к сети».

В настоящее время Dessouky использует дроны для полетов над большими ландшафтами, такими как аэропорты и университеты, чтобы определить, где больше всего сконцентрировано тепло. Это помогает исследователям определить лучшие места для внедрения технологии.

«Поскольку аэропорты состоят из больших площадей с бетонным покрытием, они идеально подходят для такого рода технологий», — сказал Дессуки.«В случае отключения электроэнергии это можно использовать в качестве резервного источника питания для светодиодного освещения взлетно-посадочных полос и рулежных дорожек или в качестве единственного средства освещения взлетно-посадочных полос гражданских гражданских аэропортов».

Ранее в этом году Дессуки, его сотрудник, А.Т. Папагианнакис, профессор гражданской и экологической инженерии McDermott, и их аспирант Утпал Датта ,  заняли первое место в конкурсе инноваций Американского общества инженеров-строителей и второе место в конкурсе университетских проектов программы совместных исследований аэропортов за новую технологию.

Дессуки считает, что эта технология также может принести пользу незагруженным сельским районам с небольшим количеством альтернативных источников энергии. Он также рассматривает, как это может принести пользу собственным кампусам UTSA, в которых есть много зеленых насаждений в дополнение к бетонным конструкциям и нескольким асфальтированным парковкам, которые могут поглощать большое количество тепла.

Лучистое охлаждение | Министерство энергетики

Лучистое охлаждение охлаждает пол или потолок, поглощая тепло, излучаемое остальной частью помещения.Когда пол охлаждается, его часто называют лучистым охлаждением пола; охлаждение потолка обычно делается в домах с излучающими панелями. Хотя лучистое охлаждение потенциально подходит для засушливого климата, оно проблематично для домов с более влажным климатом из-за конденсации на панелях, когда их температура ниже точки росы воздуха в помещении.

Большинство домашних систем лучистого охлаждения в Северной Америке основаны на алюминиевых панелях, подвешенных к потолку, через которые циркулирует охлажденная вода.Чтобы быть эффективными, панели должны поддерживаться при температуре, очень близкой к точке росы в доме, а дом должен быть осушенным. Во влажном климате простое открытие двери может привести к тому, что в дом попадет достаточно влаги, чтобы образовался конденсат.

Панели покрывают большую часть потолка, что приводит к высоким капитальным затратам на системы. Во всех местах, кроме самых засушливых, потребуется вспомогательная система кондиционирования воздуха для поддержания низкой влажности в доме, что еще больше увеличит капитальные затраты.Некоторые производители не рекомендуют их использовать в домашних условиях.

Кроме того, ограниченное использование лучистого охлаждения в США вызывает опасения по поводу качества и наличия специалистов для установки, обслуживания и ремонта системы в жилых помещениях.

Несмотря на эти предостережения, могут быть случаи, когда лучистое охлаждение подходит для домов, особенно на засушливом юго-западе. Системы лучистого охлаждения были встроены в потолки глинобитных домов, используя тепловую массу для обеспечения устойчивого охлаждающего эффекта.

Дома, построенные на бетонных плитах, являются первыми кандидатами для систем лучистого отопления, а лучистое охлаждение пола использует тот же принцип с использованием охлажденной воды. Это особенно экономично в домах с существующими системами теплого пола. Опять же, вызывает беспокойство конденсация, особенно если пол покрыт тяжелым ковровым покрытием, и этот эффект усиливается тенденцией холодного воздуха собираться у пола расслоенными слоями. Это ограничивает температуру, до которой можно опустить пол.

Несмотря на это ограничение, исследование, проведенное Национальной лабораторией Министерства энергетики США в Ок-Ридже, показало, что раннее утреннее охлаждение бетонной плиты дома в сочетании с ночной вентиляцией может сместить большую часть охлаждающих нагрузок дома на непиковые часы, уменьшая пиковый спрос на электроэнергию.

нанесено на карту: как США производят электроэнергию

ИНФОГРАФИКА | 10 октября 2017. 17:22

Нанесено на карту: как США производят электроэнергию

Электросистему США часто называют самой большой машиной в мире.Он также невероятно разнообразен, отражая политические предпочтения, потребности и доступные природные ресурсы каждого государства.

Компания

Carbon Brief нанесла электростанции страны на интерактивную карту (выше), чтобы показать, как и где вырабатывается электроэнергия в США.

Несколько ключевых сообщений можно почерпнуть из карты и связанных интерактивных данных ниже:

  • В последнее десятилетие система электроснабжения США быстро менялась.
  • Это отражает не только федеральную политику, но и технологии, географию, рынки и мандаты штатов.
  • Среднестатистической угольной электростанции в США 40 лет, и она работает вдвое меньше времени. Около 15% имеют возраст не менее 50 лет при среднем пенсионном возрасте 52 года.
  • Запланированные новые электростанции будут почти исключительно газовыми, ветровыми или солнечными.

Чтение карты

Обеспечение электроэнергией жилых домов, бизнеса и промышленности страны — это практически исключительно сложная задача. На данный момент электроэнергия либо дорога, либо неудобна для хранения, а это означает, что спрос и предложение должны быть сбалансированы в режиме реального времени.Также легче производить электроэнергию рядом с домом, чем транспортировать ее на большие расстояния.

Способ производства электроэнергии в основном зависит от доступных видов топлива и технологий. Марш прогресса означает, что это сочетание меняется, но природные ресурсы и географическое положение остаются неизменными. Более того, штаты США обладают широкими полномочиями влиять на электроэнергетические системы в пределах своих границ.

Нанесение на карту системы электроснабжения США дает наглядное подтверждение важности этих факторов.Почему солнечная энергия так распространена, например, в Северной Каролине? Или уголь в Западной Вирджинии?

Вы можете использовать интерактивную карту Carbon Brief, приведенную выше, для просмотра всех электростанций в США и их относительных мощностей по выработке электроэнергии, которые пропорциональны размеру пузырей. Динамическая диаграмма на боковой панели обобщает структуру структуры мощностей. (См. примечания ниже для получения подробной информации о том, как была создана карта.)

Глоссарий

Коэффициент нагрузки: Мера средней мощности электростанции по отношению к ее установленной мощности.Это зависит от технических и экономических факторов. Для отдельных газовых, угольных или атомных электростанций коэффициент нагрузки теоретически может превышать 90%. Однако средние показатели по всему флоту Великобритании намного ниже. Диапазон средних коэффициентов загрузки по флоту в 2010-2014 гг. составлял 28-62% по газу, 40-57% по углю и 65-74% по атому. Диапазон ставок для флота возобновляемых источников энергии в Великобритании составлял 10-11% для солнечной энергии, 22-28% для наземной и 30-38% для оффшорной ветроэнергетики. Новые ветряные электростанции, как правило, имеют более крупные турбины, особенно в открытом море, и ожидается, что их коэффициент нагрузки достигнет 48%.

Коэффициент нагрузки: Мера средней мощности электростанции по отношению к ее установленной мощности. Это зависит от технических и экономических факторов. Для отдельных газовых, угольных или атомных электростанций коэффициент загрузки… Подробнее

Важно отметить, что карта и соответствующие диаграммы ниже основаны на мощности по выработке электроэнергии. Электроэнергия, вырабатываемая каждый год каждым блоком, варьируется в зависимости от его коэффициента нагрузки. Коэффициент нагрузки ветра в США составляет около 35%, а солнечной — около 27%.Это более низкие коэффициенты нагрузки, чем для ядерной энергетики, около 90%. Уголь и газ теоретически могут иметь одинаково высокие коэффициенты нагрузки, но на практике оба они составляют около 50% в США. (См. ниже цифры по выработке электроэнергии.)

Вернувшись к карте, вы можете оставить ночной фон по умолчанию или переключиться на дневные спутниковые изображения, чтобы увидеть электростанции крупным планом и в контексте их окружения. Ночной вид со спутника показывает сетку по отношению к городам, которые освещают ночное небо.Также есть фон в оттенках серого, если вы предпочитаете простые карты.

Вы также можете отфильтровать вид карты, чтобы увеличить масштаб каждого штата, от Алабамы до Вайоминга, или сосредоточиться на каждом типе топлива по очереди. Существует фильтр для «высокоуглеродистых» источников, включая уголь, нефть и газ. Вы найдете ядерные и возобновляемые источники энергии в разделе «низкоуглеродный».

Угольные заводы преобладают в горнодобывающих районах бассейна Паудер-Ривер и Аппалачей. Газ почти вездесущ, но особенно распространен вблизи крупных газовых месторождений, таких как Мексиканский залив.Ядерная промышленность сосредоточена в густонаселенных восточных и среднезападных штатах.

Одна из географических странностей заключается в том, что крупные тепловые электростанции часто располагаются вдоль государственных границ. Это потому, что им нужна вода для охлаждения, взятая из рек, которые обозначают границы штатов.

Огромные плотины обеспечивают большую часть электроэнергии на северо-западе Тихого океана. Ветер сконцентрирован в центральной части Великих равнин, в то время как солнечная энергия расцвела там, где государственная политика поддерживает ее принятие. Между тем отдаленные жители Аляски и Гавайев часто полагаются на нефть, которую легко транспортировать и хранить.

Эпоха возобновляемых источников энергии

Эта картина не статична, она сильно изменилась за последнее десятилетие. Тысячи старых единиц были выведены из эксплуатации из-за старости, поскольку рынки потрясены революцией сланцевого газа и взволнованы изменением государственной и федеральной политики.

По мере того, как сотни старых угольных и нефтяных установок были выведены из эксплуатации, ветряные и солнечные технологии достигли совершеннолетия, и по всей стране возникли тысячи площадок. Тем не менее, уголь, наряду с расширяющимся газовым парком, по-прежнему обеспечивает большую часть электроэнергии в стране.

Углерод Краткий анализ данных Управления энергетической информации США (EIA) показывает, что за последние 10 лет 501 угольная установка была закрыта, а 45 открылись. (Каждая электростанция может состоять из нескольких блоков, которые могут использовать разные виды топлива).

Всего количество единиц угля сократилось на 35% (черные линии на графиках ниже). Поскольку старые электростанции были меньше, мощность угля снизилась только на 11% (36 гигаватт, ГВт). Аналогичная история с нефтью, где 757 единиц выведены из эксплуатации, 385 открыты, а чистая мощность упала на 21% (11 ГВт).

Несмотря на эти списания, средний нефтяной или угольный блок остается старым, а это означает, что многие другие должны закрыться просто потому, что они старые. Ниже это рассматривается более подробно.

Слева: количество электростанций в США с разбивкой по видам топлива 10 лет назад и сегодня. Справа: электрогенерирующие мощности 10 лет назад и сегодня. Наведите указатель мыши на точки данных, чтобы увидеть чистое изменение количества единиц и емкости. Источник: Углеродный краткий анализ данных EIA США. Диаграмма Carbon Brief с использованием Highcharts.

Напротив, 878 в основном небольших газовых установок, выведенных из эксплуатации с 2007 года, были заменены 978 более крупными установками. Это означает, что чистая мощность по газу увеличилась на 9% (44 ГВт).

Между тем, ветряная и солнечная энергия пережила беспрецедентный рост, добавив более 3000 единиц и увеличив чистую мощность в семь раз до 122 ГВт, тем самым затмив атомную, гидроэнергетическую и нефтяную.

Вы можете увидеть, как электросеть США выглядела 10 лет назад — в начале 2008 года — на анимированном графике ниже. Обратите внимание, в частности, на относительное отсутствие ветра и солнца по сравнению с сегодняшним днем.

Электрические мощности США 10 лет назад и сегодня. Розамунд Пирс для Carbon Brief

Игра с генерацией газа

Общий объем производства электроэнергии достиг пика в 2007 г. и составил 4 165 тераватт-часов (ТВтч), а затем снизился после финансового кризиса. Он остается ниже пикового уровня 2007 года, несмотря на экономический рост и рост населения, во многом благодаря повышению энергоэффективности.

Как и мощность, структура производства электроэнергии также сильно изменилась за последние 10 лет.Производство угля достигло своего пика в 2007 году, а затем за десятилетие упало на 38% (см. диаграмму ниже). В 2016 году он был заменен газом в качестве основного источника электроэнергии в США впервые.

Газ продолжил свой рост, начавшийся задолго до сланцевой революции конца 2000-х годов. (Это обсуждается более подробно ниже). Выработка электроэнергии на мазуте сократилась на две трети за 10 лет, а совокупная выработка всех трех ископаемых видов топлива теперь на 14% ниже пикового уровня 2007 года.

Между тем, ветряная и солнечная энергия обогнала гидроэнергетику и стала четвертым по величине источником электроэнергии в США, производя почти в четыре раза больше энергии, чем десять лет назад.Ядерная энергетика остается стабильной и по-прежнему производит немного больше электроэнергии, чем все возобновляемые источники энергии вместе взятые.

Производство электроэнергии в США по видам топлива в 1960-2017 гг. (верхняя панель) и доли выработки за тот же период (нижняя панель). Источник: анализ Carbon Brief и ОВОС США. Дополнительные сведения см. в примечаниях ниже. Диаграмма Carbon Brief с использованием Highcharts.

Доля ископаемых видов топлива в структуре производства электроэнергии в США снизилась на 9 процентных пунктов за 10 лет до 64%, что является низким показателем для современной эпохи. На низкоуглеродные источники приходится 36%, а доля возобновляемых источников энергии удваивается до 17%.

(Обратите внимание, что хотя доля низкоуглеродных источников энергии находится на рекордно высоком уровне, доля возобновляемых источников энергии остается немного ниже уровня 1960 года. Это связано с ростом общего спроса на электроэнергию.)

Энергоэффективность, переход с угля на газ и возобновляемые источники энергии вместе объясняют три четверти 14-процентного снижения общих выбросов CO2 в США с 2005 года, согласно предыдущему анализу, проведенному Carbon Brief. Хотя на производство электроэнергии приходится менее трети общих выбросов в США, в других секторах, таких как теплоснабжение и транспорт, сокращение выбросов CO2 было минимальным.

Этот анализ также показал, что выбросы CO2 в секторе электроэнергетики в 2016 году были на 46% ниже, чем они были бы, если бы структура потребления электроэнергии на душу населения и структура топливного баланса остались прежними.

В результате краткосрочные изменения, ожидаемые в электроэнергетическом секторе США, в значительной степени определят прогресс страны в выполнении ее невыполненных обязательств по Парижскому соглашению об изменении климата.

Флагманский план президента Обамы по чистой энергии должен был укрепить и расширить траекторию прошлого десятилетия.Теперь ему грозит отмена администрации Трампа.

И это несмотря на то, что США находятся на пути к достижению основной национальной цели плана по сокращению выбросов на 32% по сравнению с уровнем 2005 года к 2030 году, по мнению аналитиков Rhodium Group. По данным New York Times, усилия по отмене могут занять месяцы и могут закончиться в Верховном суде.

Старый королевский уголь

В этом контексте стоит более внимательно изучить характер генерирующего парка США и то, что это может означать для будущего — с Планом чистой энергии или альтернативой команды Трампа или без нее.

Сегодня средней угольной электростанции в США 40 лет, и она работает только половину времени. Это старо, особенно когда средний возраст выхода на пенсию для угольных предприятий составляет 52 года. Около 44 ГВт угольных мощностей в США имеют возраст не менее 50 лет, что эквивалентно 15% от общего числа работающих сегодня. Еще 109 ГВт (38%) — это как минимум 40 лет, а 86% — старше 30 лет.

Это говорит о том, что многие другие закрытия угольных предприятий неизбежны, независимо от рыночных условий или государственной политики.

(Министерство энергетики США пытается заставить части США, в которых действуют конкурентные рынки электроэнергии, субсидировать угольную и атомную генерацию.Это «взорвет» оптовые рынки электроэнергии, говорят эксперты Utility Dive, и, по мнению консервативного аналитического центра R Street Institute, «несовместимо с разумной рыночной экономикой». Это позволило бы даже самым старым угольным установкам получать гарантированную норму прибыли на инвестиции, необходимые для того, чтобы оставаться открытыми. Подобно шагу по отмене Плана чистой энергии, эта попытка, вероятно, займет много месяцев и столкнется с юридическими препятствиями).

Распределение по возрасту угольных и других электростанций отражено в диаграммах ниже, которые показывают количество новых мощностей, строящихся или выводимых каждый год.Диаграммы охватывают почти 60 лет до 1960 года, хотя обратите внимание, что данные о выходе на пенсию доступны только до 2002 года.

Электрогенерирующие мощности США с разбивкой по топливу и по году открытия. Мощности, которые все еще работают сегодня, показаны сплошным цветом, тогда как закрытые и запланированные мощности затемнены. Вертикальная шкала одинакова на всех диаграммах, что позволяет напрямую сравнивать относительные мощности в ГВт. Обратите внимание, что мощность не равна генерации. Источник: ОВОС США, Международное агентство по атомной энергии (МАГАТЭ) и анализ Carbon Brief.Дополнительные сведения см. в примечаниях ниже. Диаграмма Carbon Brief с использованием Highcharts

Глядя на верхнюю панель для угля выше, вы можете видеть, что большинство самых старых электростанций, построенных в 1960-х годах или раньше, сейчас выведены из эксплуатации. Эти единицы показаны серым цветом.

Вы также можете понять, почему ситуация с углем ухудшилась с 2007 года, когда средний возраст угольной установки составлял 34 года, потому что было построено меньше новых угольных электростанций, чем выведено из эксплуатации. Тем не менее, наблюдается заметный скачок новых угольных мощностей, приходящийся на 2010 год.Как это произошло?

В начале 2000-х, после избрания Джорджа Буша-младшего, возник всплеск интереса к строительству новых угольных электростанций. Это было основано на нескольких драйверах, которые держат уроки на будущее.

Во-первых, ожидалось, что администрация будет медленно или вообще не будет заниматься ужесточением природоохранного законодательства. Фактически были приняты новые правила. Во-вторых, преобладающее мнение в то время заключалось в том, что сильный экономический рост приводит к значительному увеличению спроса на электроэнергию.

Это, в сочетании с выводом из эксплуатации старых электростанций, означало, что потребуются новые мощности, поэтому было запланировано около 240 новых угольных электростанций. Лишь несколько из них были когда-либо построены.

Как показано на приведенной выше диаграмме, ожидаемая волна изъятия угля действительно наступила, отчасти в ответ на старость, отчасти из-за новых правил, в частности Стандарта по ртути и токсичным веществам в воздухе (MATS), вступившего в силу в 2015 году.

Однако, вопреки ожиданиям, растущий спрос не оправдался.Одна из причин этого заключается в том, что 30 штатов внедрили свои собственные цели, политику или стандарты в области энергоэффективности. (Это смесь обязательных и добровольных целей).

Начало 2000-х: ожидалось, что спрос на электроэнергию в США вырастет примерно на 20% в течение десятилетия. Этого не произошло. https://t.co/9ayLVzykbe pic.twitter.com/ZAhHxsgah3

— Саймон Эванс (@DrSimEvans) 7 сентября 2017 г.

Более того, сланцевая революция привела к падению цен на газ (наряду с оптовыми ценами на электроэнергию), а возобновляемые источники энергии росли быстрее, чем ожидалось, что привело к сокращению доли угля и прибылей на перенасыщенном рынке.

Сегодня несколько новых угольных электростанций теоретически находятся в стадии разработки (см. диаграмму вверху и карту планируемых новых мощностей внизу).

Блок мощностью 320 МВт на электростанции Two Elk в Вайоминге, согласно данным EIA, находится в стадии строительства и должен быть открыт в 2020 году. Строительство было остановлено на два десятилетия, была построена только бетонная площадка, а разрешение на него было отозвано.

Разработчик признал себя виновным в мошенничестве на сумму более 8 миллионов долларов из федеральных фондов стимулирования, предназначенных для исследований по улавливанию и хранению углерода, но потраченных на другие расходы, по сообщениям местных СМИ.

Между тем, электростанция мощностью 850 МВт в штате Джорджия, также работавшая в течение многих лет, пропустила сроки начала строительства, установленные ее разрешением. Его планировали открыть в 2022 году, но до сих пор не строят.

Обе схемы «сталкиваются с большими трудностями», сообщает Climatewire в статье, посвященной тому, будут ли США когда-либо строить еще одну крупную угольную электростанцию.

Никакого ядерного возрождения

Возвращаясь к приведенной выше диаграмме мощностей, также становится ясно, почему атомная энергетика в США будет сокращаться, поскольку почти все действующие в настоящее время реакторы построены в 1970-х и 1980-х годах.

Расширение ядерной энергетики в этот период было отмечено новыми правилами безопасности, которые замедлили строительство и повысили затраты, когда они были введены после Три-Майл-Айленда (1979 г.) и Чернобыля (1986 г.).

Ярким примером этого является атомная электростанция «Бар 2» мощностью 1200 МВт в Теннесси, строительство которой началось в 1973 году. Более 40 лет спустя она открылась в октябре 2016 года, после еще одной задержки, связанной с соблюдением новых правил безопасности, введенных после аварии на Фукусиме в 2011 году. стихийное бедствие.

В стадии строительства остаются две атомные электростанции общей мощностью 4400 МВт (бледно-розовые на диаграмме выше).Однако после банкротства Westinghouse, фирмы, которая строила реакторы, завод VC Summer в Южной Каролине был закрыт в середине строительства. Завод Vogtle в Джорджии, также находящийся под угрозой, получил новые гарантии по федеральному кредиту на сумму 3,7 миллиарда долларов.

Эти проблемы отражают более широкие проблемы, стоящие перед мировой атомной промышленностью, которая, за пределами контролируемых государством рынков в Китае и Южной Корее, изо всех сил пытается построить новые реакторы в срок и в рамках бюджета. EDF, которая строит новый завод Hinkley C в Великобритании, столкнулась с задержками и перерасходом средств на схемах во Франции и Финляндии.

Между тем, 99 ядерным реакторам в США в среднем 36 лет. Хотя 84 из них договорились о продлении срока службы, что позволяет им работать до 60 лет, многие из них могут закрыться задолго до этого из-за тех же неблагоприятных рыночных условий, которые наносят ущерб угольным электростанциям.

Их рентабельность снизилась из-за низких оптовых цен на электроэнергию, главным образом из-за дешевого природного газа, в то время как их эксплуатационные расходы могут быть относительно высокими, особенно для площадок с одним реактором.За последние пять лет в США закрылись пять атомных электростанций, и еще несколько планируют это сделать.

План субсидирования Министерства энергетики, если он будет успешно реализован, также может сохранить открытыми ядерные мощности. В качестве альтернативы, больше штатов могли бы принять кредиты с нулевым уровнем выбросов, введенные Нью-Йорком и Иллинойсом, чтобы держать атомные станции открытыми и помочь в достижении целей штата по климату.

Болезни роста газа

Для газовых электростанций разброс по возрасту и мощности на приведенной выше диаграмме отражает долгую историю добычи на суше в США, а также ряд всплесков роста, вызванных изменениями на рынках и технологиях.

Широко доступный газ использовался для выработки электроэнергии в США на протяжении десятилетий. Это отличается от энергосистемы Великобритании, где газ стал доступен только после развития промышленности Северного моря.

В 1960-х годах простые и относительно неэффективные паровые турбины составляли большую часть новых газовых мощностей. В 1970-х годах начали строить газовые установки с комбинированным циклом, использующие отработанное тепло для повышения эффективности. Вы можете увидеть своего рода «s-образную кривую» внедрения технологий на диаграмме ниже.

Однако строительство новых газовых мощностей прекратилось после ближневосточных нефтяных потрясений в конце 1970-х годов, когда цены на газ выросли, пик добычи нефти (и газа) вырисовывался крупным, и были введены правила резервирования газа для наиболее выгодных видов использования, а не включая производство электроэнергии.

Газовая энергетика в некотором роде вернулась в конце 1980-х годов, когда ее использование было дерегулировано, и были построены небольшие электростанции с комбинированным циклом и пиковые газовые электростанции. Но в 2000 году произошло нечто примечательное. В течение пяти лет в США было построено около 216 ГВт электростанций, работающих на газе, две трети из которых были крупными установками с комбинированным циклом.

Новые технологии сформировали газовые мощности в США pic.twitter.com/7lAxuSyo8I

— Саймон Эванс (@DrSimEvans) 10 октября 2017 г.

Этот всплеск новых газовых мощностей был вызван появлением новых участников на нерегулируемых рынках электроэнергии, которые получили широкое распространение в конце 1990-х и начале 2000-х годов.Газовые заводы относительно дешевы в строительстве и обеспечивают быструю окупаемость. (Скандал с Enron в Калифорнии — еще один симптом этого периода).

Эти новые участники также гнались за новым спросом на электроэнергию, который, как отмечалось выше, оказался иллюзорным. Что еще хуже, низкие цены на газ сменились повышением, которое росло до 2008 года и привело к тому, что многие из них разорились. Это также означало, что образование газа росло очень медленно.

Когда цены упали, в связи с глобальным финансовым кризисом и революцией сланцевого газа, эта огромная и недоиспользуемая мощность производства газа была готова и ждала, чтобы отобрать долю рынка у угля.

Сегодня баланс между выработкой газа и угля зависит от цен на газ, поэтому в первой половине 2017 года выработка угля выросла, а газа упала. Однако, в отличие от предыдущих циклов, обилие месторождений сланцевого газа в США и их короткие циклы крышка в этом ценовом диапазоне.

С точки зрения климата переход от угля к газу был неоднозначным благом. Хотя это помогло сократить выбросы CO2 в энергетическом секторе, это может быть в некоторой степени компенсировано утечками метана во время производства и транспортировки.Это также обязывает США продолжать использовать ископаемое топливо.

Действительно, львиная доля запланированных новых энергетических мощностей в США приходится на газ, как показано на карте ниже.

Из 114 ГВт запланированной коммунальной мощности, указанной EIA, 63% приходится на газ, 10% на солнечную и 20% на ветровую энергию. Четверть газовых проектов находится в Техасе и еще пятая часть в Пенсильвании. Обратите внимание, что это исключает маломасштабные проекты мощностью менее 1 МВт и поэтому, вероятно, занижает солнечную энергию, как обсуждается ниже.

Портфели возобновляемых источников энергии

В развитии мощностей возобновляемых источников энергии в США было несколько этапов, показанных на приведенной выше диаграмме голубыми (гидро), зелеными (ветер) и желтыми (солнечными) столбцами.

1960-е и 1970-е годы стали кульминацией так называемого периода «больших плотин», когда на крупных реках США были построены огромные сооружения. (Плотина Гранд-Кули мощностью 6,5 ГВт в штате Вашингтон, а не знаменитая плотина Гувера мощностью 1 ГВт в Аризоне, имеет на сегодняшний день самую большую мощность среди всех одиночных электростанций в США).

После нефтяного кризиса 1970-х годов федеральное правительство начало предлагать налоговые льготы для ветроэнергетики. Это вызвало «ветряной порыв» и строительство ветряных электростанций, таких как Альтамонт-Пасс в Калифорнии.

(В какой-то момент в этом районе находились тысячи 100-киловаттных турбин, и она стала полем битвы за пути миграции и гибель птиц, связанных с турбинами. Старые турбины, которые отключались в определенное время года для защиты находящихся под угрозой исчезновения птиц, сейчас демонтируются. и заменены меньшим количеством современных устройств мощностью не менее 2000 киловатт каждое. Эти турбинные башни расположены более широко, а их лопасти вращаются медленнее. Первоначальные исследования показывают, что это снижает смертность птиц).

Позже штаты начали принимать Стандарты портфеля возобновляемых источников энергии (RPS), требующие, чтобы коммунальные предприятия получали фиксированное количество или долю электроэнергии, которую они поставляют, из возобновляемых источников энергии. Удивительно, но именно Айова ввела первый ПСР, приняв в 1983 году Закон об альтернативном производстве энергии.

К 2000 году 12 штатов внедрили RPS, и это начало проявляться в заметном росте строящихся новых ветровых мощностей.

Калифорния не принимала RPS до 2002 года, хотя теперь у нее есть одна из самых амбициозных целей — 50% возобновляемой электроэнергии к 2030 году.Попытка принять стандарт 100% к 2045 году провалилась в сенате Калифорнии в сентябре. Это означает, что Гавайи сохраняют самые высокие амбиции с целью достижения 100% к 2045 году. Всего 29 из 50 штатов США приняли RPS (см. карту ниже).

Стандарты портфеля возобновляемых источников энергии в США. Источник: База данных государственных стимулов для возобновляемых источников энергии и эффективности (DSIRE).

На федеральном уровне налоговые льготы для ветровой и солнечной энергии оказали заметное влияние на уровень внедрения. Например, в 2013 году срок действия налоговых льгот на ветроэнергетику временно истек, и количество установок упало на 92%.Для ветра эти налоговые льготы теперь со временем будут уменьшаться.

Ряд других государственных и федеральных правил влияет на использование возобновляемых источников энергии. К ним относятся правила «чистого учета», вступившие в силу в конце 1990-х годов, согласно которым коммунальные предприятия должны были покупать электроэнергию у домов с солнечными панелями по розничной цене на электроэнергию.

Net Metering, наряду с инновационными схемами финансирования, внедренными такими компаниями, как Solar City, поддержали широкое и растущее распространение домашних солнечных систем на крыше. Другое, более эзотерическое правило, привело к принятию солнечной энергии в Северной Каролине, несмотря на относительно низкий уровень инсоляции.

Вдобавок ко всему этому резко упала стоимость энергии ветра и солнца. В 2011 году Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии (NREL) поставила цель сделать солнечную энергию конкурентоспособной по стоимости к 2020 году. В сентябре она объявила, что ее цель была достигнута на три года раньше, после снижения затрат на 30% за один год.

По данным Национальной лаборатории Лоуренса в Беркли, затраты на ветер также резко снизились. По данным Bloomberg New Energy Finance, лучшие наземные ветровые электростанции теперь дешевле газа в расчете на мегаватт-час нового поколения, а в начале 2020-х годов к ним присоединится солнечная энергия.

Взгляд в будущее

Нынешняя администрация надеется сдержать волну перемен, захлестнувшую карту электроэнергетических мощностей США. Но изменения, которые уже произошли за последнее десятилетие, были вызваны многими факторами, только одним из которых является федеральное правительство.

государства обладают широкими полномочиями влиять на структуру производства электроэнергии в пределах своих границ, и многие из них объединились в Климатический альянс США, стремясь достичь целей США в области климата, несмотря на Трампа.

Примечательно, что угольные электростанции страны устарели и стареют. Их средний возраст 40 лет (при 44 ГВт старше 50 лет) указывает на большие изменения в будущем. EIA перечисляет 20 ГВт угля, которые планируется вывести из эксплуатации, в то время как другие, такие как экологическая неправительственная организация CoalSwarm, оценивают цифру в 48 ГВт к 2030 году.

Как заявил Bloomberg в июне один из руководителей энергетического сектора: «Администрация не может превратить 70-летнюю угольную электростанцию ​​в 20-летнюю угольную электростанцию». Более того, администрация Трампа может потерпеть неудачу в своих усилиях повернуть время вспять в системе электроснабжения.

Его шаг по отмене Плана чистой энергии сталкивается с «юридическим и нормативным процессом, который будет длиться много лет, вероятно, дольше, чем первый срок Трампа», — объясняет Дэвид Робертс в Vox в статье, в которой усилия сравниваются с продолжающейся отменой системы здравоохранения. фиаско.

Даже в случае успеха это может быть отменено последующим администрированием. Для коммунальных предприятий, решающих, куда вложить свои деньги в течение следующих нескольких десятилетий, эта неопределенность вряд ли будет благоприятна для инвестиций в уголь, который сталкивается с наибольшими рисками из-за климатического законодательства.

Это помогает объяснить, почему 35 % запланированных новых мощностей приходится на низкоуглеродное топливо, а еще 63 % — на газ.

Примечания

Карта основана на данных, опубликованных Управлением энергетической информации США в июле 2017 года и содержащих данные по май 2017 года. Эти данные включают только электростанции с общей мощностью 1 мегаватт (МВт) или выше, в том числе те, где расположено несколько меньших блоков. на одном сайте.

Данные охватывают в общей сложности 1183 гигаватт (ГВт), из которых 26 ГВт в настоящее время не используются или используются только для резервного копирования.Это «паспортная мощность» растений. EIA также перечисляет «чистую летнюю» и «чистую зимнюю» мощность, которые учитывают доступность растений в эти сезоны.

EIA перечисляет заводы с использованием подробного набора кодов источников энергии. Они были объединены, например, «уголь» включает битуминозный уголь, лигнит, синтетическое топливо, полубитуминозный уголь и отходы угля (BIT, LIG, SC, SUB и WC).

Для карты агрегаты агрегировались, если у них был общий «идентификатор завода» и один и тот же тип технологии. Например, на карте есть три кружка для завода Барри в Алабаме: один для угля, один для газового комбинированного цикла и один для пикового газа

.

Для сайтов с несколькими подразделениями емкость представляет собой общую сумму, а «год открытия» — это диапазон от первого до последнего открытого узла.

Размеры пузырьков лишь примерно пропорциональны мощности установки в МВт. Существует восемь размеров пузырьков, каждый из которых представляет диапазон мощностей, с пороговыми значениями, при которых емкость удваивается. Это означает, что нет прямой зависимости между площадью или диаметром пузырьков и вместимостью площадки.

В дополнение к конкретным объектам мощностью более 1 МВт на карте показана общая мощность малых солнечных электростанций в каждом штате, взятая из второго набора данных EIA. Опять же, эти данные актуальны на май 2017 года.Общая мощность для каждого штата показана с центром в географическом центре штата. Обратите внимание, что эти мелкомасштабные солнечные цифры являются оценочными.

Карта планируемой мощности включает все объекты, перечисленные в данных ОВОС. При этом не учитываются небольшие объекты мощностью менее 1 МВт, что будет особенно важно для солнечной энергетики. Это также исключает несколько объектов, которые перечислены без данных о местоположении, включая 450 МВт ветра, 260 МВт газа и 1,2 МВт гидроэнергии.

Карта пропускной способности на начало 2008 г. представляет собой набор данных, объединяющих действующие в настоящее время и выведенные из эксплуатации сайты, которые уже были открыты на тот момент.Он исключает объекты мощностью менее 1 МВт, как и карта выбывших мощностей, которая основана на тех же данных EIA.

Данные о выработке электроэнергии взяты из Ежегодного обзора энергетики EIA за 2012 г. для данных до 2007 г. и Ежемесячного отчета по электроэнергии за сентябрь 2017 г. для данных по июль 2017 г. Обратите внимание, что до 1989 г. данные не включают выработку независимыми производителями электроэнергии, коммерческими и промышленными объектами. Это создает разрыв во временном ряду, особенно для других видов топлива, кроме угля и атомной энергии.

Данные о поколениях, показанные как 2017, охватывают самые последние 12 месяцев до июля 2017 года на момент написания.«Прочие» включают небиоразлагаемые бытовые отходы, отработанные шины и отработанные газы, образующиеся в промышленных процессах. «Нефть» включает нефтяные жидкости и нефтяной кокс.

Sharelines из этой истории

Прямое улавливание двуокиси углерода в воздухе для эффективного смягчения последствий изменения климата на основе возобновляемой электроэнергии: новый тип объединения секторов энергетической системы энергетическая отрасль Магриба.

CO

2 моделирование системы прямого захвата воздуха

Результаты моделирования системы CO 2 DAC для региона Магриба представлены ниже, в основном для двух лет с решающими затратами 2040 и 2050, и выделяя некоторые из наиболее важных системных аспектов полного почасового моделирования. Как показано для Марокко (рис. 2), входные данные для фотоэлектрической солнечной и ветровой энергии имеют полное почасовое разрешение, и данные используются в этом разрешении для каждого 0.45° × 0,45° площади, что обеспечивает не только высокое временное, но и высокое пространственное разрешение.

Резкое снижение стоимости солнечных фотоэлектрических систем и вспомогательных аккумуляторных систем приводит к очень высокой доле поставок солнечной фотоэлектрической энергии для системы улавливания CO 2 , которая представлена ​​на рис. 4. Такие системы можно рассматривать как особый тип Объекты Power-to-X (Vidal Váquez et al. 2018), которые можно обозначить как Power-to-CO 2 или сокращенно PtCO 2 , как они используются на нескольких из следующих диаграмм.Поскольку относительное снижение стоимости солнечных фотоэлектрических систем и аккумуляторных батарей значительно круче, чем для ветровой энергии, можно также наблюдать относительный сдвиг в сторону увеличения доли солнечных фотоэлектрических систем в оптимизированных электростанциях с 2040 по 2050 год.

Рис. 4

Отношение от фотоэлектрической генерации к общей выработке электроэнергии гибридной фотоэлектрической и ветровой электростанцией в 2040 (слева) и 2050 (справа)

Доминирующая доля производства солнечной фотоэлектрической электроэнергии обеспечивается как очень дешевыми солнечными фотоэлектрическими системами, так и аккумуляторными системами, поскольку аккумуляторные системы в основном используется для увеличения среднего количества часов полной нагрузки солнечных фотоэлектрических систем (FLh) до уровней, близких к базовым условиям генерации.Это означает, что около 50% электроснабжения компонентов системы ЦСР (в основном самого ЦСР и блоков ТН для дешевого теплоснабжения) обеспечивается за счет разряжающихся аккумуляторов, которые ранее заряжались солнечными фотоэлектрическими системами. На Рисунке 5 это показано для случая 2050 года. Аккумулирование тепловой энергии, которое также является частью общей конструкции системы DAC, помогает еще больше поднять общую FLh системы DAC как средство дальнейшего снижения затрат.

Рис. 5

Отношение разряженной электроэнергии от батарей к общей потребности системы DAC (слева) и часы полной нагрузки оптимизированных гибридных фотоэлектрических ветровых систем для общего энергоснабжения (справа) для стоимостного года 2050

Значительные относительные капиталовложения Требования блоков DAC, следовательно, приводят к высокому FLh DAC для общей оптимизированной приведенной стоимости CO 2 DAC (LCOD), которая может быть достигнута за счет очень высокого использования мощности DAC.То же самое можно наблюдать и в работе агрегатов ВД по той же причине. Аккумуляторные системы обеспечивают почти непрерывную работу блоков DAC и HP, тогда как недорогие TES помогают дополнительно оптимизировать относительную потребность в емкости, в частности для блоков HP. Оптимизированный по стоимости FLh для работы блоков DAC и HP визуализируется на рис. 6. Практически никакой разницы для оптимизированного по стоимости FLh не наблюдается для стоимостных годов 2040 и 2050, что подчеркивает существенную потребность в высоком FLh для наименее затратных решений. .Ожидалось, что DAC FLh будет более гибким в 2050 г., чем в 2040 г., по мере снижения капиталовложений. Однако существенного изменения FLh не наблюдается, так как себестоимость производства энергии снижается более резко. Таким образом, запуск системы с высоким FLh по-прежнему остается приоритетом. Эти результаты еще раз подтверждают решающую роль недорогих батарей для всей конструкции системы DAC, поскольку этот компонент обеспечивает генерацию энергии, близкую к базовой нагрузке, для всей системы DAC.

Рис. 6

Время полной нагрузки CO 2 Агрегаты DAC (слева) и тепловые насосы (справа), используемые для теплоснабжения в 2050 году затрат

Генерация электроэнергии, близкая к базовой нагрузке, для энергоснабжения агрегатов DAC подразумевает сочетание нескольких вариантов гибкости в конструкции системы DAC.Используемые варианты гибкости:

  • Устройства DAC не должны работать с базовой нагрузкой;

  • Блоки HP не обязательно должны работать с базовой нагрузкой;

  • Блоки TES аккумулируют тепло и помогают снизить мощность HP;

  • Аккумуляторные батареи накапливают солнечную электроэнергию и обеспечивают работу системы, близкую к базовой;

  • Сокращение электроэнергии позволяет увеличить мощность фотоэлектрической генерации для увеличения общего количества FLh.

На рис. 7 показано урезанное количество электроэнергии, которое нельзя использовать для улавливания CO 2 в случае оптимизации затрат.Меньшее сокращение, вызванное какой-либо мерой, привело бы к более высоким затратам. Разница в сокращении между 2040 и 2050 годами незначительна. Однако можно наблюдать некоторые изменения в зависимости от относительной доли энергии ветра в предложении. Кроме того, снижение относительной стоимости сокращения оказывает влияние вследствие дальнейшего снижения LCOE солнечной фотоэлектрической энергии. Рисунок 78. Почти стабильные условия выработки электроэнергии в конечном итоге приводят к работе блоков DAC, близких к базовой нагрузке, которые работают с меньшей загрузкой мощности только в ночное время в зимнее время. Аккумуляторы обеспечивают режим работы блоков DAC, близкий к круглосуточному, что частично достигается в течение нескольких месяцев подряд в летнее время. Это также время, когда некоторое сокращение выработки электроэнергии является частью оптимизации затрат. Устройства HP работают в том же режиме, что и устройства DAC.В течение всех часов отключения блоки ТН работают на полную мощность, поэтому в течение этого времени в ТЭС больше не может храниться тепловая энергия, а дополнительные мощности по преобразованию электроэнергии в тепло также увеличат стоимость.

Рис. 8

Режим работы компонентов системы DAC с почасовым разрешением для оптимизированной по затратам площадки для гибридной фотоэлектрической и ветровой электроэнергетики (вверху слева), отключенное электричество (вверху справа), состояние заряда батареи (внизу слева) и использование DAC (внизу справа) для условий 2050 года

Пространственное распределение стоимости электроснабжения систем DAC визуализировано на рис.9 для LCOE гибридной PV-ветровой системы, равно как и приведенная стоимость хранения (электроэнергии) и LCOE системы DAC для случая 2050 года. Показано, что стоимость системы производства электроэнергии так же важна, как и стоимость системы накопления электроэнергии, поскольку обе они вносят примерно одинаковый вклад в общую стоимость электроснабжения, что является следствием доминирующей доли в поставках фотоэлектрических систем. Можно видеть, что отличные места электроснабжения можно найти во всем Магрибе, но чаще всего на юге, например, на юге Ливии, юге Алжира или юге Марокко.Это может указывать на некоторое фундаментальное сезонное влияние условий генерации, близких к базовой нагрузке. Это наблюдение можно увидеть в стоимости производства электроэнергии, и более ярко выражено в стоимости поставленной электроэнергии.

Рис. 9

LCOE гибридных фотоэлектрических и ветряных систем (вверху слева), приведенная стоимость хранения (электричества) (вверху справа) и LCOE поставляемой электроэнергии для систем DAC (внизу) для случая 2050 г.

Нормированная стоимость CO 2 DAC (LCOD), наконец, является ключевым показателем для оптимизированного по затратам улавливания CO 2 .На рис. 10 показана разбивка стоимости LCOD для одного из очень хороших районов в регионе Магриба для условий 2040 и 2050 годов.

Рис. и 2050 г. в виде гистограммы (слева) и круговой (справа) диаграммы

Пространственное распределение LCOD показано на рис. 11 для стоимостных годов 2040 и 2050. Пространственное распределение относительно стабильно между двумя годами допущений, в то время как абсолютная стоимость снижается почти одинаковыми темпами для большинства областей.Можно еще раз заметить, что наименее затратные участки находятся на юге Ливии и юге Алжира. Некоторые отличные ветровые площадки по-прежнему конкурентоспособны для условий 2040 года, но еще больше теряют позиции для условий 2050 года. Пространственное распределение в LCOD тесно связано с доступностью ресурсов и соответствующей LCOE; таким образом, большинство прибрежных районов страдают от нарушения солнечного излучения, вызванного морской водой, что менее актуально для внутренних участков суши. Это объясняет отличные условия использования солнечных ресурсов на юге Ливии и юге Алжира, и, как следствие, очень низкий LCOE также может быть обнаружен при низком LCOD.На отличных участках можно улавливать CO 2 примерно за 70 евро/т CO2 в 2040 году и примерно за 55 евро/т CO2 в 2050 году соответственно. Несмотря на то, что это другая технология, но согласно последнему выводу компаний DAC, Carbon Engineering рассчитывает снизить свои затраты на улавливание CO 2 до уровня ниже 100 €/т CO2 , просто регулируя свой бизнес посредством строительства ограниченных заводов (Keith et al. 2018). Таким образом, наша прогнозируемая стоимость улавливания углерода в размере 70–80 €/т CO2 для развитого рынка в 2040 г., по-видимому, находится в пределах ожидаемого диапазона, поскольку LCOD выиграет как от более низких затрат на энергию, так и от более низких капитальных затрат, достигаемых за счет совокупной установленной мощности и ожидаемые темпы обучения.

Рис. 11

Нормированная стоимость CO 2 DAC (LCOD) в регионе Магриба для предположений на 2040 (слева) и 2050 (справа)

На Рис. условия и дополнительное ограничение по площади, согласно которому не более 10% территории может быть использовано для солнечных фотоэлектрических или ветряных электростанций. Для условий данного исследования (сочетание фотоэлектрических и ветряных электростанций, DAC FLh и потребления и потерь энергии) все дополнительные компоненты системы DAC могут потребовать примерно на 10–15% относительно большего пространства в 2050 году с использованием отдельных площадей для компонентов и их состава в конкретная система DAC.Общий потенциал улавливания CO 90 383 2 90 384 для оптимизированных систем DAC в регионе Магриба при заданных ограничениях возрастает со 131 Гт 90 383 CO2 90 384 в год до 155 Гт 90 383 CO2 90 384 в год в период с 2040 по 2050 год, что обусловлено не только предполагаемым повышение эффективности блоков DAC, но также частично из-за более высокой доли солнечной фотоэлектрической энергии. Эта доля имеет значительно более высокий потенциал производства электроэнергии на единицу площади, чем энергия ветра (Богданов и Брейер, 2016). Разница в локальном потенциале улавливания CO 2 на единицу площади также в основном является следствием относительной доли солнечной фотоэлектрической и ветровой гибридной фотоэлектрической и ветровой электростанции, а также установленного ограничения площади в 10%.

Рис. 12

CO 2 зафиксировать потенциал систем DAC для условий 2040 (слева) и 2050 (справа) в регионе Магриба при ограничении площади 10% для подсистем электроснабжения. Детализация основана на разрешении 0,45° × 0,45° входных данных. участки выбираются первыми, и потенциал захвата CO 2 добавляется, участок за участком.Это позволяет лучше идентифицировать сайты с наименьшими затратами и обеспечивает профиль в соотношении затрат и объемов.

Рис. 13

Кривые промышленных затрат на улавливаемый CO 2 в странах Магриба, указанные для 2030, 2040 и 2050 годов.

Уровни плато затрат CO 2 DAC в шкале Гт CO2 составляют около 105 €/т CO2 , 70 €/т CO2 и 55 €/т CO2 на 2030, 2040 и 2050 годы соответственно.Полученные результаты прогнозируют очень существенное снижение затрат с 2030 по 2040 год наряду со значительным дальнейшим снижением затрат с 2040 по 2050 год. Этот прогноз затрат также предполагает некоторое снижение стоимости единиц DAC и соответствующую кривую обучения, как показано в Fasihi et al. (Фасихи М., Ефимова О., Брейер Ч. Технико-экономическая оценка установок прямого улавливания CO 2 , представлена). Потенциал улавливания CO 2 в регионе Магриба значительно возрастет с 2030 по 2050 год, что обусловлено предполагаемым увеличением энергетической эффективности блоков DAC, а также применяемым ограничением площади в 10% доступной площади.Это ограничение площади не меняется с течением времени, и происходит постепенный переход к более высоким долям поставок электроэнергии от солнечных фотоэлектрических систем, которые требуют значительно меньше земли на выработанную электроэнергию по сравнению с ветровой энергией. Стоит отметить, что годовой потенциал улавливания CO 2 в регионе Магриба, ограниченный примерно 10 % (включая все компоненты системы DAC, не более 15 %) площади, превышает ежегодную глобальную потребность в удалении CO 2 , составляющую 10– 20 Гт CO2 согласно Kriegler et al.(2017) примерно на порядок.

Энергетический переход в энергетическом секторе

В настоящее время энергетический сектор в регионе Магриба почти полностью зависит от ископаемого топлива. Наиболее важную роль играет ископаемый природный газ, за ​​которым следуют нефть и уголь. Однако потребность в возобновляемых источниках энергии становится все более и более острой из-за ограниченных ископаемых ресурсов, а также растущего населения и спроса на электроэнергию. В этом разделе рассматривается переход к 100% возобновляемой энергетической системе, основанной, в частности, на солнечной фотоэлектрической энергии и энергии ветра.Результаты показывают, что к 2050 году для полностью основанной на ВИЭ энергосистемы региона Магриба (Марокко, Алжир, Тунис, Ливия) необходима чистая установленная мощность 200 ГВт и чистая выработка электроэнергии 440 ТВтч. результаты энергетического перехода представлены ниже. Более подробные результаты для всех стран региона Магриба можно найти также в Ram et al. (2017а, б, в, г, д, е).

Производство первичной электроэнергии из различных источников энергии для Алжира и Марокко с 2015 по 2050 год показано на рис.14. Как показано, в энергетическом секторе Алжира (Ram et al. 2017c) преобладает ископаемый природный газ с очень небольшой долей ископаемого топлива и ВИЭ в 2015 году. % к общей выработке, тогда как остальное по-прежнему приходится на природный газ. Начиная с 2025 года, ВИЭ будут доминировать в общей выработке электроэнергии со значительным вкладом энергии ветра. Тем не менее, идеальные условия для солнечной фотоэлектрической энергии в 2030 году снова выдвигают этот источник выше ветра, на его долю приходится 48% от общего количества.Эта тенденция продолжается до конца переходного периода, когда основным источником энергии является фотоэлектрическая энергия с долей 77%, за которой следует береговой ветер с долей 21%. Почти аналогичную ситуацию можно наблюдать в случае Марокко (Ram et al. 2017b). В настоящее время в энергетическом секторе преобладают ископаемые виды топлива (уголь, газ и нефть). Доля ВИЭ в 2015 году выше по сравнению с Алжиром и составляет 10% от общего объема производства электроэнергии. Хотя гидроэнергетика является лидером по производству электроэнергии из ВИЭ в 2015 году, солнечная фотоэлектрическая энергия достигает самого высокого уровня выработки электроэнергии среди всех ВИЭ в 2020 году.Вклад фотоэлектрической энергии и ветра в 2025 году находится почти в том же диапазоне, за ними следуют биоэнергетика и гидроэнергетика. Однако, как и в Алжире, с 2030 по 2050 год резко возрастает выработка электроэнергии фотоэлектрическими солнечными панелями. тот же путь для перехода энергии.

Рис. 14

Чистая выработка электроэнергии в Алжире (слева) и Марокко (справа) с 2015 по 2050 год.Диаграммы взяты из Ram et al. (2017b, c)

Что касается вновь добавленных установленных мощностей, то можно наблюдать значительный объем ветроэнергетических мощностей, установленных как в Алжире, так и в Марокко на 2025 год, как показано на рис. 15. Это можно объяснить хорошими условиями. энергии ветра в течение года и почти равномерное распределение по странам. В то же время береговой ветер вполне конкурентоспособен по стоимости в начале переходного периода. Однако, поскольку переходный период приближается к концу, дополнительные ветряные электростанции не устанавливаются из-за значительного снижения стоимости солнечных фотоэлектрических систем и аккумуляторов.Это само собой объясняется кривыми обучения фотоэлектрических солнечных батарей и аккумуляторов, представленными в различных исследованиях (Брейер и др., 2017a, 2018; Шмидт и др., 2017; Киттнер и др., 2017; ISE, 2015; ITRPV, 2018). Как упоминалось в разделе CO 2 DAC, накопление энергии, в частности литий-ионные батареи, может увеличить мощность солнечных фотоэлектрических систем из-за быстрого снижения их стоимости. Таким образом, установленная мощность солнечных фотоэлектрических систем доминирует в системе с 2030 по 2050 год для всех стран Магриба. Сосредоточившись на деталях, вклад различных солнечных фотоэлектрических технологий варьируется между Алжиром и Марокко.Солнечная одноосная фотоэлектрическая система слежения является основной фотоэлектрической технологией, установленной в Алжире, с долей 70% от общей фотоэлектрической мощности в 2050 году. Для сравнения, одноосная фотоэлектрическая система слежения имеет самую высокую долю (60%) с точки зрения новой мощности до 2035 года. Марокко, но с 2040 года преобладают фиксированные наклонные фотоэлектрические системы. Отличные условия стационарной фотоэлектрической установки с наклоном в весеннее и зимнее время привели к увеличению установленной мощности за последние несколько лет. Это связано с тем, что пик нагрузки в Марокко приходится на весенний, летний и зимний сезоны.Тем не менее, более высокий FLh одноосевого отслеживания PV в течение первых нескольких лет энергетического перехода был основным препятствием для фиксированного наклонного PV. Начиная с 2035 года, очень недорогие стационарные наклонные фотоэлектрические системы лидируют в отношении новой установленной фотоэлектрической мощности. Кроме того, производители солнечных фотоэлектрических систем, доля которых в общей мощности составляет почти 30%, дополняют две другие технологии фотоэлектрических систем. В случае Туниса модель дает очень похожие результаты на Марокко. Между тем, в случае Ливии результаты аналогичны результатам Алжира.

Рис. 15

Новые установленные мощности различных технологий производства электроэнергии для Алжира (слева) и Марокко (справа) с 2015 по 2050 год. Диаграммы взяты из Ram et al. (2017b, c)

Технологии хранения играют важную роль в высоком уровне проникновения системы ПВИЭ, особенно в условиях отсутствия крупных межсетевых соединений. Среди всех технологий хранения энергии литий-ионные аккумуляторы являются ведущей технологией во всех странах Магриба (рис. 16). Причина высокой доли батарей заключается в том, что батареи лучше всего сочетаются с PV, чтобы сбалансировать систему как в форме потребителей, так и в виде аккумуляторных батарей коммунального масштаба.В дневное время, особенно летом, фотоэлектрические панели производят больше электроэнергии, чем требуется. Затем избыточная электроэнергия накапливается в батареях и используется во время пиковой нагрузки. По сравнению с аккумуляторным хранилищем, газовое хранилище является сезонным хранилищем, которое может хранить электроэнергию в течение более длительного периода времени. Таким образом, объем производства хранения газа в пересчете на общий объем хранения намного ниже, чем у аккумуляторов. Стоимость емкости для хранения газа ниже, чем у аккумуляторов. Однако преобразование электроэнергии в газ в электроэнергию обходится намного дороже, чем зарядка и разрядка аккумуляторов.Оптимизированное сочетание краткосрочного хранения на батареях и долговременного хранения энергии на газе (PtG) позволяет получить системное решение с наименьшими затратами для 100% возобновляемой энергии. Другими технологиями хранения, которые вносят вклад в общую производительность хранения, являются следующие: гидроаккумулирование с насосом (PHS), TES и адиабатическое хранение энергии на сжатом воздухе (A-CAES).

Рис. 16

Чистый объем хранения при использовании различных технологий хранения для Алжира (слева) и Марокко (справа) с 2015 по 2050 год. Диаграммы взяты из Ram et al. (2017b, c)

Общая мощность аккумулирования обеспечивает около 35 % и 39 % общего спроса на электроэнергию в Алжире и Марокко, соответственно, к 2050 г., из которых более 90 % обеспечивается батареями в обеих странах.Следует отметить, что газохранилище содержит только синтетический природный газ (СПГ). Хотя биометан также хранится в газохранилищах, он рассматривается как производство биоэнергии, как показано ранее на рис. 14. одной страны в другую. Наибольшее снижение наблюдается в случае Ливии, где стоимость падает со 125 евро/МВтч в 2015 году до 49 евро/МВтч в 2050 году. В Алжире и Марокко наблюдаются почти аналогичные тенденции, как показано на рис.17. После быстрого снижения в 2020 г. высокие капитальные затраты на новые мощности ВИЭ, как показано на рис. 15, снова приводят к увеличению LCOE в 2025 г. (рис. 17). Начиная с 2030 г. НСЭ постепенно снижается до конца переходного периода. LCOE снижается с 71 до 49 евро/МВтч в Алжире и с 67 до 51 евро/МВтч в Марокко в течение всего переходного периода с 2015 по 2050 год. LCOE включает все затраты на производство электроэнергии, ее хранение и сокращение расходов. LCOE в 2050 году будет состоять из солнечной фотоэлектрической энергии, аккумуляторных батарей и энергии ветра, дополненных некоторыми технологиями хранения энергии, биоэнергетикой и гидроэнергетикой, как показано на рис.17. Кроме того, компонент затрат на топливо в LCOE значительно снижается с 2015 по 2035 год из-за поэтапного отказа от существующих ископаемых видов топлива во всем регионе.

Рис. 17

Состав LCOE по различным технологиям производства электроэнергии для Алжира (слева) и Марокко (справа) с 2015 по 2050 год. Диаграммы взяты из Ram et al. (2017b, c)

Объединение секторов обеспечивает дополнительную гибкость энергосистемы и, таким образом, влияет на конечную стоимость. Например, PtG можно использовать одновременно для производства электроэнергии с помощью газовых турбин с комбинированным или открытым циклом для удовлетворения спроса на электроэнергию в энергетическом секторе и для производства газа для покрытия неэнергетического промышленного спроса на газ.В результате система работает более эффективно и исключаются дополнительные затраты на отдельные процессы. Аналогичную роль в энергетической системе может играть опреснение морской воды. Однако было замечено, что установки по опреснению морской воды с обратным осмосом (SWRO) оптимальны по стоимости при условиях базовой нагрузки около 8000 FL·ч на протяжении всего перехода на энергию (Caldera and Breyer 2018). Преимущества отраслевой интеграции хорошо видны в Алжире и Марокко (Breyer et al. 2017a). LCOE падает в Алжире с 49.0 евро/МВтч для энергетического сектора до 37,7 евро/МВтч для интегрированных секторов, что показывает относительное снижение на 23%. В случае Марокко снижение затрат несколько ниже, чем в Алжире, показывая снижение на 7% от энергетического сектора только к интегрированным секторам. Для обеих стран снижение затрат на сокращение составляет самое высокое снижение затрат: 60% в Алжире и 56% в Марокко. Это объясняет эффект связывания секторов, который позволяет системе работать более эффективно. Кроме того, потребность в хранении в Алжире снижается из-за дополнительного спроса на электроэнергию для неэнергетических промышленных газовых и водных секторов.Однако спрос дополнительных секторов в Марокко намного ниже, чем в Алжире, что приводит к меньшему снижению приведенной стоимости хранения.

Климатические амбиции ЕС чреваты проблемами с электроэнергией от сжигания отходов

Остатки после сжигания создают дополнительные проблемы. При сжигании остается от 200 до 300 граммов остаточной золы на килограмм сжигаемых отходов. «Это не значит, что мусор просто растворяется в воздухе», — говорит Трекрочи. «До трети его еще предстоит утилизировать.«Некоторое количество золы можно переработать, а затем использовать для производства асфальта и цемента. Но там, где нет местных рынков, остатки обычно попадают на специальную свалку.

Гораздо хуже, по мнению экспертов, сжигание отходов, оставшихся от подобных радиоактивных и высокотоксичных материалов, которые смешиваются с мусорными баками. Это называется летучей золой, и ее необходимо утилизировать на специальных полигонах для опасных отходов. Хотя компоненты летучей золы различаются, она может содержать мышьяк, хром, свинец и ртуть.

Может ли CCS стать спасательным кругом?

Что касается выбросов CO2, отрасль рассматривает улавливание и хранение углерода (CCS) как спасательный круг, где это уместно и возможно.«Если бы мы могли каким-то образом нейтрализовать CO2, например уловить его и использовать конструктивно, то ПОЭ стало бы поглотителем углерода, технологией с негативным воздействием», — говорит представитель отрасли Стенглер, имея в виду выбросы, которые в противном случае были бы остановлены. из биоразлагаемой части отходов. Однако это, по ее словам, зависит от создания рынка углерода и возможности хранения углерода.

В Нидерландах предприятие WtE в Дуйвене снабжает местную садоводческую теплицу CO2 для стимулирования роста растений.Завод в Хельмштедте работает с городом над производством водорода, который может питать общественные автобусы Хельмштедта.

Оппоненты, тем не менее, говорят, что электростанции WtE должны — и в конечном итоге будут, как это происходит в Дании и Швеции — платить за углерод, чего в настоящее время они не платят, в отличие от электростанций, работающих на ископаемом топливе, сжигающих уголь или газ. Если бы это изменилось, WtE было бы еще труднее выйти на безубыточность. По данным экологической группы ZWE, высокая стоимость очистки и фильтров уже делает энергию WtE дорогостоящим предложением, независимо от того, рассматривается ли это с точки зрения удаления отходов или производства энергии.Промышленная группа CEWEP, с другой стороны, утверждает, что ПОЭ является недорогим вариантом для обеих целей.

Отправка избыточного тепла в небо

Выглядит как обычная крыша, но вершина здания Packard Electrical Engineering Building в Стэнфордском университете стала точкой отсчета многих вех в разработке инновационной технологии охлаждения, которая когда-нибудь может стать частью нашей повседневной жизни. С 2013 года Шанхуэй Фань, профессор электротехники, его студенты и научные сотрудники использовали эту крышу в качестве испытательного стенда для высокотехнологичной зеркальной оптической поверхности, которая может стать будущим для кондиционирования воздуха и охлаждения с низким энергопотреблением.

Панель охлаждения жидкости, разработанная фанатом Shanhui, профессором электротехники в Стэнфорде, а также бывших исследовательских ассоциатов Aaswath Raman и Eli Goldstein, протестированные на крыше Packard Electric Electellying Consting. Это обновленная версия панелей использованных в исследовании опубликованном в Nature Energy. (Изображение предоставлено Аасват Раман)

Исследование, опубликованное в 2014 году, впервые показало возможности охлаждения оптической поверхности самой по себе. Теперь Фан и бывшие научные сотрудники Аасват Раман и Эли Гольдштейн показали, что система, включающая эти поверхности, может охлаждать текущую воду до температуры ниже температуры окружающего воздуха.Весь процесс охлаждения осуществляется без электричества.

«Это исследование основано на нашей предыдущей работе с радиационным охлаждением неба, но выводит его на новый уровень. Он впервые представляет собой высокоточную демонстрацию технологии того, как вы можете использовать радиационное охлаждение неба для пассивного охлаждения жидкости и, при этом, подключать его к системам охлаждения для экономии электроэнергии», — сказал Раман, который является со-ведущим автором. статьи с подробным описанием этого исследования, опубликованной в Nature Energy Sept.4.

Вместе Фан, Гольдштейн и Раман основали компанию SkyCool Systems, которая работает над дальнейшим тестированием и коммерциализацией этой технологии.

Отправка нашего тепла в космос

Радиационное охлаждение неба — это естественный процесс, которым занимаются все и вся, возникающий в результате движения молекул, выделяющих тепло. Вы можете убедиться в этом сами по теплу, которое исходит от дороги, когда она остывает после захода солнца. Это явление особенно заметно в безоблачную ночь, потому что без облаков тепло, которое излучаем мы и все, что нас окружает, может легче пройти через атмосферу Земли и добраться до обширных холодных уголков космоса.

«Если у вас есть что-то очень холодное — например, космос — и вы можете рассеивать в него тепло, то вы можете охлаждать его без электричества и труда. Тепло просто течет», — объяснил Фан, старший автор статьи. «По этой причине количество тепла, поступающего с Земли во Вселенную, огромно».

Несмотря на то, что наши собственные тела выделяют тепло за счет радиационного охлаждения как неба, так и окружающей среды, мы все знаем, что в жаркий солнечный день радиационное охлаждение неба не оправдывает своего названия.Это потому, что солнечный свет согреет вас больше, чем радиационное охлаждение неба охладит вас. Чтобы решить эту проблему, команда использует многослойную оптическую пленку, которая отражает около 97 процентов солнечного света и одновременно способна излучать тепловую энергию поверхности через атмосферу. Без тепла от солнечного света эффект радиационного охлаждения неба может обеспечить охлаждение ниже температуры воздуха даже в солнечный день.

«Благодаря этой технологии мы больше не ограничены температурой воздуха, мы ограничены чем-то гораздо более холодным: небом и космосом», — сказал Гольдштейн, соавтор статьи.

Эксперименты, опубликованные в 2014 году, проводились с использованием небольших пластин многослойной оптической поверхности диаметром около 8 дюймов и показали лишь то, как охлаждалась сама поверхность. Естественно, следующим шагом было масштабирование технологии и проверка ее работы в составе более крупной системы охлаждения.

Внедрение радиационного охлаждения неба в работу

Для своей последней работы исследователи создали систему, в которой панели, покрытые специальными оптическими поверхностями, располагались поверх труб с проточной водой, и протестировали ее на крыше здания Паккард в сентябре 2015 года.Эти панели были чуть более 2 футов в длину с каждой стороны, и исследователи запускали до четырех одновременно. Они обнаружили, что при относительно быстром движении воды панели способны постоянно снижать температуру воды на 3-5 градусов по Цельсию ниже температуры окружающего воздуха в течение трех дней.

Это фотография от 2014 показывает отражательную способность зеркальной оптической поверхности Веер, Раман и Гольдштейн были исследования что позволяет дневное радиативное небоЛюди на этой фотографии (слева направо) Линсяно Чжу, доктор философии 16 лет, соавтор статьи 2014 , Фан и Раман. (Изображение предоставлено Норбертом фон дер Гроебеном)

Исследователи также применили данные этого эксперимента к моделированию, в котором их панели покрывали крышу двухэтажного коммерческого офисного здания в Лас-Вегасе — жарком и сухом месте, где их панели будут работать лучше всего — и вносили свой вклад в его систему охлаждения. Они подсчитали, сколько электроэнергии они могли бы сэкономить, если бы вместо обычного чиллера с воздушным охлаждением использовали парокомпрессионную систему с конденсатором, охлаждаемым их панелями.Они обнаружили, что в летние месяцы система с панельным охлаждением сэкономит 14,3 мегаватт-часа электроэнергии, что на 21 процент меньше электроэнергии, используемой для охлаждения здания. За весь период ежедневная экономия электроэнергии колебалась от 18 до 50 процентов.

Будущее уже наступило

Прямо сейчас SkyCool Systems измеряет экономию энергии, когда панели интегрируются с традиционными системами кондиционирования воздуха и охлаждения на испытательном стенде, и Фэн, Гольдштейн и Раман надеются, что эта технология найдет широкое применение в ближайшие годы.Исследователи сосредоточены на том, чтобы их панели легко интегрировались со стандартными системами кондиционирования и охлаждения, и они особенно воодушевлены перспективой применения своей технологии для решения серьезной задачи охлаждения центров обработки данных.

Компания

Fan также провела исследование различных других аспектов технологии радиационного охлаждения. Он и Раман применили концепцию радиационного охлаждения неба для создания покрытия, повышающего эффективность солнечных элементов. Вместе с И Цуй, профессором материаловедения и инженерии в Стэнфорде и фотонной науки в Национальной ускорительной лаборатории SLAC, Фан разработал охлаждающую ткань.

«Очень интересно думать о Вселенной как о таком огромном ресурсе для охлаждения и о множестве интересных творческих идей, которые можно было бы придумать, чтобы воспользоваться этим», — сказал он.

Фан также является директором Лаборатории Эдварда Л. Гинзтона , профессором прикладной физики и филиалом Stanford Precourt Institute for Energy .

Эта работа финансировалась Агентством перспективных исследовательских проектов – Энергия (ARPA-E) Министерства энергетики.

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.