В 1930 году американским ученым Самуэлем Рубеном были изобретены терморезисторы – элементы с положительным (PTC — Positive temperature coefficient) или отрицательным (NTC — Negative temperature coefficient) температурным коэффициентом. PTC-элементы получили название позисторы.
Динамическая характеристика сопротивления делает PTC-элементы великолепным выбором для обеспечения контролируемого электрического нагрева. Благодаря качествам саморегулирования, нагревательные элементы, базирующиеся на позисторах, могут обходиться без элементов системы управления и стабилизирующих компонентов, так же, как и без защиты от перегрева.
Простота дизайна и низкое энергопотребление обеспечивают экономичность данных устройств. Изготовление камней из керамики дает возможность выбора любой формы элемента: плоской, объемной; квадратной, круглой, треугольной и т.д. С помощью правильного подбора внутренних характеристик позистора обеспечивается точная стабилизация температуры нагреваемого рабочего тела.
Немаловажное свойство PTC-элементов – их пожаро- и взрывобезопасность, поскольку, как было сказано выше, температура камня не превысит максимальное значение, вне зависимости от силы тока на данном участке сети.
При сохранении физической целостности камней, PTC-элементы не теряют своих свойств на протяжении всего срока службы.
Основные потребительские свойства, обеспечивающие преимущества позисторов перед другими нагревательными элементами:
Компания «Роскер» производит РТС- нагреватели для вентиляционных установок, тепловых завес, отопителей и систем кондиционирования, в том числе для транспорта.
PTC-нагреватели – это позисторы с положительным температурным коэффициентом (Positive temperature coefficient). Они представляют собой полупроводниковые керамические элементы, изготовленные из поликристаллической керамики на основе титаната бария (BaTiO3).
При подаче напряжения PTC-элемент начинает разогреваться до температуры, близкой к температуре переключения. При достижении температуры переключения, сопротивление многократно увеличивается, электрический ток, протекающий через PTC-элемент, снижается, что ведёт за собой снижение потребляемой мощности. При съеме тепла с нагревательного элемента (воздушным потоком, жидкостью и т.д.) температура элемента начинает снижаться, сопротивление уменьшается, что ведёт за собой увеличение тока и рост мощности, тем самым достигается эффект саморегулирования.
Благодаря данному свойству PTC-нагреватели можно использовать без элементов системы управления, стабилизирующих устройств и защитных механизмов от перегрева, поскольку максимальная температура ограничена самим элементом.
В результате максимальная температура поверхности нагревательного элемента, даже в аварийном режиме (при остановке вентилятора), не превышает максимального показателя по температуре, что еще раз доказывает его характерную чувствительность.
К достоинствам PTC-нагревателей относятся:
Керамические элементы сохраняют физическую целостность долгое время, более 20 тыс. часов в беспрерывном режиме эксплуатации.
PTC-термисторы преобразую электрическую энергию в тепловую. PTC-термисторы создают тепло при помощи электричества. Что же из себя представляют PTC-термисторы? Как работают и какими качествами обладают? – часто возникающие вопросы, на которые мы попытаемся ответить. Терморезистор – слово, объединяющее слова «тепловой» и «резистор», относится к устройству, электрическим сопротивлением которого или способностью провести электричество, управляет температура. Точнее, это – полупроводниковый резистор, электрическое сопротивление которого существенно изменяется с ростом температуры. Основными параметрами терморезистора являются: номинальное сопротивление, температурный коэффициент сопротивления, интервал рабочих температур, максимально допустимая мощность рассеяния. Различают терморезисторы: NTC (Negative Temperature Coefficient) – с отрицательным и PTC (Positive Temperatire Coefficient) – с положительным температурным коэффициентом сопротивления (ТКС), часто называемые позисторами.
Терморезистор был изобретен Самюэлем Рубеном (Samuel Ruben) в 1930 году и имеет патент США. В данной статье мы рассмотрим более интересующие нас, PTC-термисторы (позисторы). Как уже было сказано, сопротивление терморезисторов вообще и позисторов, в частности, зависит от температуры. Эта зависимость – нелинейная. Она характеризуется значительным увеличением сопротивления при достижении определенной температуры. Такой эффект достигается за счет свойств полупроводниковой PTC-керамики, из которой изготавливаются позисторы. PTC-термисторы изготавливаются добавлением небольших количеств полупроводника в многопрозрачную керамику. Из терморезисторов с положительным ТКС наибольший интерес представляют терморезисторы, изготовленные из твердых растворов на основе BaTiO3.
Терморезисторы производят в виде стержней, трубок, дисков, шайб, бусинок и тонких пластинок, преимущественно методами порошковой металлургии. Их размеры могут варьироваться. Затем эти заготовки плавят, присоединяют контакты и, наконец, облицовывают или помещают в оболочку. При подаче напряжения на терморезистор он начинает нагреваться и, при превышении точки температуры Кюри (температура минимального сопротивления) – полупроводник формирует барьер к потоку электричества, сопротивление позистора резко увеличивается, ограничивая протекающей через него ток, и стабилизируется в так называемой «точке переключения», которая определяется составом керамики и может быть выбрана в достаточно широком диапазоне. То есть, чем выше температура PTC-термистора, тем меньше его потребляемая мощность. Данная обратная связь не допускает нагрева элементов свыше точки их переключения (как правило, 240 о С). Достигнутая температура поддерживается в теле позистора даже при самом интенсивном съеме тепла с его поверхности. Благодаря этим качествам саморегулирования, нагревательные элементы, базирующиеся на PTC-термисторах, могут обходиться без элементов системы управления и стабилизирующих компонентов, так же, как и без защиты от перегрева. Указанные свойства позисторов определяют преимущества построенных на его основе отопительных устройств для обогрева воздуха:
— Пожаробезопасность: максимальная температура на поверхности нагревателя, даже в аварийном режиме (при остановке вентилятора), не превышает 240 о С; на корпусе реального нагревательного устройства за счет потерь при теплопередаче – не более 95 о С;
— Свойства саморегулирования: отдаваемая темловая мощность зависит от температуры окружающей среды (чем ниже температура, тем выше мощность), а также в нагревателях со встроенным вентилятором – от скорости воздушного потока через нагреватель, что определяет возможность достаточно простого управления тепловой мощностью изменением производительности воздушного потока (при отключении вентилятора мощность уменьшается на порядок);
— Экологическая чистота: препятствует возникновению каких-либо окислительных процессов (сжигание кислорода, образование углекислого газа и других вредных веществ, выделение специфических запахов горения частиц пыли);
— Стабильность мощности;
— Высокая электропрочность;
— Высокая удельная мощность;
— Отсутствие инфракрасного излучения;
— Длительный срок службы нагревателей, который составляет не менее 20000 часов непрерывной работы без изменений таких электронных характеристик, как точка переключения и сопротивление. Они теряют работоспособность только при полном механическом разрушении. Если незначительный уход от точки переключения от расчетного значения не играет большой роли в конкретной климатической системе, то ресурс работы может быть увеличен до 30000 – 40000 часов. При этом количество включений и выключений никак не влияет на срок службы PTC-терморезистора.
Преобразуя электрическую энергию в тепловую, позисторы нашли широкое применение во всех областях автоматики, где требуется измерять, поддерживать и регулировать температуру. Они могут быть широко использованы в различных устройствах для нагрева воздуха, используемых как основные или дополнительные источники тепла.
Все вышеперечисленные свойства и характеристики PTC-термисторов делает их идеальными для различного применения в современном мире электронного и электротехнического оборудования.
Нагреватели в системах приточной вентиляции на базе P.T.C. термисторов
Если мы захотим приобрести бытовой тепловентилятор для обогрева дома или дачи, то продавец магазина прежде всего предложит нам изделие с керамическим нагревателем, как недорогое, компактное и надежное. В настоящее время ассортимент продукции (см. статью в «МИР КЛИМАТА» N32, стр. 5657) бытовых тепловентиляторов на 80–90% представлен товарами на основе P.T.C. (Positive Temperature Coefficient) керамики.
В последнее время на отечественном рынке стало появляться все больше канальных приточных вентиляционных установок (как правило, производства Германии или СНГ), оснащенных нагревателями на P.T.C. термисторах. При этом нередко заявляется, что температура выходящего воздуха в них саморегулируется и поддерживается постоянной благодаря свойствам самого нагревательного элемента. Давайте попробуем разобраться, так ли это на самом деле, и одновременно попытаемся сравнить характеристики таких нагревателей с характеристиками и принципами регулирования традиционных ТЭНовых калориферов.
Нагревательными элементами в P.T.C. керамических обогревателях служат P.T.C. термисторы — полупроводниковые резисторы с положительным температурным коэффициентом, электрическое сопротивление которых, а следовательно и мощность зависит от температуры их поверхности. То есть, чем выше температура P.T.C. термистора, тем меньше потребляемая мощность. Данная обратная связь не допускает нагрева элементов свыше точки их переключения (как правило 250°С) (см. График.1), обеспечивая этим полную пожарную безопасность, а также препятствует возникновению каких–либо окислительных процессов (сжигание кислорода, образование СО, выделение специфических запахов горения частиц пыли), которые нередко присутствуют на поверхности высокотемпературных ТЭНов.
Процесс регулирования температуры происходит лишь на поверхности P.T.C. термистора и стремится к точке переключения термистора (в данном случае 250°С). Температура же воздуха в канале после нагревателя не отслеживается самим нагревателем и зависит от многих факторов (входная температура воздуха, скорость воздушного потока, мощность термистора). Тем не менее, процесса саморегулирования температуры P.T.C. термистора вполне достаточно для создания систем воздушного отопления, где степень нагрева регулируется термостатом воздуха помещения.
В вентиляционных приточных установках, где важна именно температура воздуха в канале после нагревателя, необходимо устанавливать систему автоматического дорегулирования, обеспечивающую обратную связь между температурой воздуха в канале и температурой термистора.
Мы уже выяснили, что электрическое сопротивление P.T.C. термистора зависит от температуры его поверхности, а максимальный ток достигается только при низких входных температурах и высоких скоростях воздушного потока (см. График 2).
Это свойство P.T.C. термисторов в некоторой степени облегчает работу силовых узлов систем регулирования и разгружает электрическую сеть по пиковой потребляемой мощности, если в данный момент вентиляционное устройство не работает в предельных эксплуатационных режимах. Этот процесс наглядно иллюстрирует сравнительный график потребляемой электрической мощности (см. График 3) при различных температурах проходящего через нагреватели воздуха. Для проведения измерений использовались:
Как видно из графика, потребляемый ток электрокалорифера на ТЭНах одинаков при любой температуре нагреваемого воздуха и равен своему максимальному значению, либо нулю. Для того чтобы снизить пиковую потребляемую мощность и сократить интервалы между включением — выключением используют многоступенчатые системы регулирования, которые постепенно подключают все большее число ТЭНов в калорифере (до 8 ступеней) по мере снижения температуры проходящего через них воздуха.
Стоимость подобных устройств высока и не может конкурировать со стоимостью систем автоматики для P.T.C. термисторов, в которых используется не более трех ступеней.
Другим и, возможно, самым главным преимуществом P.T.C. нагревателей перед ТЭНами является срок непрерывной работы этих нагревателей, который составляет не менее 20000 часов без изменений электронных характеристик (точка переключения, сопротивление).
Если незначительный уход точки переключения от расчетного не играет большой роли в конкретной климатической системе, то ресурс работы может быть увеличен до 30000 — 40000 часов. При этом количество включений и выключений никак не влияет на срок службы P.T.C. термистора.
В ТЭНах же необратимые изменения (образование нагара на поверхности нихромовой спирали, а вследствие этого — неравномерный нагрев поверхности) могут возникнуть уже после 2000–3000 часов непрерывной работы, а регулирование выходной температуры воздуха посредством постоянного включения–отключения (термостаты, пропорциональноинтегральные (PI) регуляторы) намного сокращает это время.
Проводя аналогию работы ТЭНа с лампами накаливания, в которых перегорание спирали происходит как правило в момент включения, для повышения срока службы ТЭНов в калориферах иногда используют фазовые (плавные) регуляторы мощности. Однако возникает проблема подавления радиочастотных помех, создаваемых этими регуляторами.
Способы регулирования мощности P.T.C. нагревателей в принципе не отличаются от способов регулирования мощности ТЭНов: те же PI регуляторы и термостаты. Учитывается лишь низкая инерционность термисторов в моменты нагрева и охлаждения.
В случае применения PI регуляторов, желательно ввести в характеристики регулирования дифференциальную составляющую, компенсирующую разницу в скорости нагрева–охлаждения при понижении входной температуры воздуха и увеличении воздушного потока. Использование же фазовых контроллеров температуры полностью исключает саморегулирование Р.Т.С. термисторов, т.к. весь процесс регулирования мощности происходит ниже точки переключения (см. график №1). В этом случае целесообразнее применять как нагреватель более дешевую резистивную керамику или ТЭНы. Для получения наибольшего КПД, Р.Т.С. подключают преимущественно параллельно, как по напряжению, так и по воздушному потоку.
Использование регуляторов мощности, принцип работы которых основан на включении–выключении нагрузки накладывает жесткие ограничения на конструкцию применяемых P.T.C., и те нагреватели, которые используются в тепловентиляторах могут оказаться малопригодными или совсем непригодными в системах приточной вентиляции. Дело в том, что разница температурного коэффициента линейного расширения алюминиевой площадки радиатора и самого керамического элемента создает в конструкции «паразитную» движущую силу и может со временем «выдавить» полупроводник из радиаторной решетки.
Для борьбы с этим негативным явлением существует несколько эффективных взаимодополняющих способов:
Нежелательно прямое попадание воды на поверхность P.T.C. термистора (капли воды, изредка попадающие на поверхность нагревателя, в принципе неопасны, они мгновенно испаряются. Опасна растворенная в них соль, которая со временем, накапливаясь на решетке нагревателя, приводит к короткому замыканию). Поэтому путем установки предварительного фильтра класса не ниже ЕU–3 следует исключить попадание на нагреватель капель воды и частиц пыли.
Статья подготовлена производственной компанией «Лаборатория Климата»
Озон (O3), иногда называемый «активированным кислородом», содержит три атома кислорода, а не два атома, которыми мы обычно дышим. Озон является вторым по мощности стерилизующим средством в мире и может использоваться для уничтожения бактерий, вирусов и запахов. Интересно, что озон встретить в природе довольно легко, чаще всего в момент молнии, возникающей во время грозы. Несмотря на то, что озон очень мощный, он имеет очень короткий жизненный цикл. Когда загрязняющие вещества, такие как запахи, бактерии или вирусы, вступают в контакт с озоном, они полностью разрушаются в результате окисления. При этом расходуется дополнительный атом кислорода и остается только обычный кислород для дыхания. В среднем, п ериод полураспада озона составляет около 20 минут.
Озон производится с помощью ультрафиолетового света или коронного разряда. Коронный разряд создает озон путем приложения высокого напряжения к металлической сетке, зажатой между двумя диэлектриками. Высокое напряжение скачет через диэлектрик к заземленному экрану и в процессе, создается озон из кислорода, присутствующего вокруг. Ультрафиолетовый (УФ) свет создает озон, когда длина волны составляет 185-254 нм (нанометров) и достигает атомов кислорода. Молекула O2 расщепляется на два атома кислорода, которые соединяются с другой молекулой O2 с образованием озона (O3).
Фотокаталитическое окисление (PCO)
Технология PhotoCatalytic Oxidation (PCO) генерирует две ключевые технологии очистки:
Это повторяет природный процесс очистки с использованием ультрафиолетовой энергии для активации мультиметаллического катализатора и превращения водяного пара в пероксид и гидроксилы. Эти мощные окислители проникают через клеточную стенку и инактивируют микроб в процессе лизиса клеток, тем самым изменяя молекулярную структуру и обезвреживая загрязняющее вещество. Результатом является уничтожение запахов, летучих органических соединений (ЛОС), плесени, бактерий и вирусов.
Фотокаталитическая плазма с положительными и отрицательными зарядами, также известна как кластерные ионы. Когда эти электрические заряды вступают в контакт с водяным паром (H2O), вода диссоциирует и образуются гидроксильные радикалы (HO-). Гидроксильные радикалы воздействуют на разрыв поверхностной мембраны загрязнителя, что приводит к нарушениям в работе и вероятностной смерти патогена. Аналогичный процесс происходит с диссоциацией ЛОС, при этом остаются только двуокись углерода и водяной пар.
Что делает фотокаталитическую технологию GreenTech уникальной?
Ионизация
Технология GreenTech Air включает в себя 2 формы ионизации:
Положительный температурный коэффициент (PTC)
Зональные обогреватели pureHeat имеют уникальный токопроводный нагревный элемент, удельное сопротивление которого увеличивается экспоненциально с ростом температуры. Он производит высокую мощность, когда холодно, и быстро нагревается до постоянной температуры. Выше этой температуры элемент PTC действует как электрический изолятор, не допуская перегрева. Максимальная температура составляет 122 ° C или 250 ° F. Это делает наши зональные обогреватели, использующие нагревательные элементы PTC, сверхбезопасными, поскольку они не способны перегреваться. Поскольку максимальная температура ограничена, эти нагревательные элементы не могут инициировать возгорание.
Технология PTC обладает уникальными свойствами нагрева, которые позволяют регулировать тепловую мощность PTC в зависимости от применяемого воздушного потока. Чем выше поток воздуха, тем выше тепловая мощность и мощность. Если температура окружающей среды высокая, выходная мощность PTC уменьшится; если при низкой температуре окружающей среды поток воздуха высокий, выходная мощность датчика PTC возрастет.
Технология PTC предлагает значительные преимущества в двух ключевых областях, которые делают их наиболее подходящими и безопасными для использования в вашем доме. В первую очередь это безопасность. Нагреватели PTC имеют «самоограничение», что означает, что при приближении к их проектной рабочей температуре потребление электроэнергии автоматически уменьшается. Нагреватели PTC просто не способны к перегреву.
Элемент pureHeat PTC настроен на максимальный выходной уровень, который может полноценно обеспечить зональное отопление помещений. Разница между нагревателем pureHeat и традиционными нагревателями заключается в том, что этот уровень мощности изменяется автоматически в зависимости от условий окружающей среды или окружающего помещения.
Вторым ключевым преимуществом технологии PTC является эффективность. Нагревательный элемент PTC pureHeat потребляет полную номинальную мощность при запуске, чтобы быстро нагревать PTC элемент и снижает энергопотребление при достижении заданной температуры. Обогреватель работает c той производительностью, которая необходима для поддержания температуры, экономии энергии и достижения равномерного прогрева от пола до потолка.
