Б. А. КРЫЛОВ, д-р техн. наук, проф., В. П. МАСЛОВ, инж. (НИИЖБ), Дублирующие источники энергии при комбинированной гелиотермообработке сборного железобетона
При использовании на производстве комбинированной гелиотермообработки (КГТО) бетона в формах (особенно в термоформах) при выборЬ дублирующего источника энергии целесообразно ориентироваться на пар или электрическую энергию. Применение пара при комбинированной гелиошаротермообработке бетона (КГПТО) на практике обычно не вызывает особых затруднений, так как при этом используется принцип работы термоформ. При использовании электрической энергии необходимо оснастить формы электронагревательными элементами.
Следует подчеркнуть, что электрическая энергия является наиболее эффективным и универсальным дублирующим источником тепла. Эти ее качества в полной мере реализуются в комбинированной гелиоэлектротермообработке (КГЭТО) бетона, так как именно она допускает различные модификации электрических способов нагрева бетона, основанных на преобразовании электрической энергии в тепло в самой массе бетона, а также на основе различного рода электронагревателей, низкотемпературного и инфракрасного спектров теплового излучения.
Последнее обстоятельство заслуживает особого внимания, так как несмотря на многообразие электрических нагревателей различного типа и назначения, тепловая обработка сборного железобетона в заводских условиях применяется в ограниченных масштабах из-за отсутствия на предприятиях дополнительных электроэнергетических мощностей для технологических целей.
В связи с тем, что для осуществления КГТО железобетонных изделий требуется уменьшенный расход теплопотребления в виде электрической энергии, практическая реализация ее не вызовет особых осложнений не только в условиях открытых гелиоплощадок и гелиополигонов, но и в отдельных случаях в закрытых цехах.
На практике сказывается и малое число изготовляемых промышленностью электронагревателей для нужд строителей. По существу, кроме серийно выпускаемых ТЭНов, греющих шнуров, кабелей и гибких ленточных нагревателей типа ЭНГЛ-10, в основном предназначенных для других отраслей народного хозяйства, строители практически ничего не имеют в своем распоряжении. Они вынуждены приспосабливать эти нагреватели к конкретным технологическим способам производства железобетонных изделий или готовить на местах своими силами нагреватели с использованием подручных средств.
При конструировании нагревательных устройств следует стремиться к уменьшению тепловых потерь от самого нагревателя и от нагреваемых им частей бортоснастки форм и бетона в окружающую среду. КПД электронагревательных устройств на базе, например, плоских нагревательных элементов, передающих тепло бетону и не изолированных от наружного воздуха, как правило, не превышает 50%; КПД линейных (круглых) при тех же условиях составляет не более 35%. Однако эти потери могут быть существенно уменьшены за счет создания замкнутых воздушных прослоек, использования теплозащиты из материалов с невысокими коэффициентами теплопроводности, создания теплсцотражтющЦх экранов и т. д.
Одним из технических приемов, в немалой степени влияющих на КПД устройства, является правильный выбор электронагревателей. При таком выборе основным требованием является обеспечение равномерности прогрева изделий. Оно соблюдается тогда, когда площадь контактирующей с опалубкой формы поверхности нагревателя соответствует обогреваемой площади ее днища, т. е. для всех видов нагревателей коэффициент заполнения одинаков. Анализ показывает, что в данном случае некоторые преимущества есть у плоских электронагревателей, Имеющих меньшую поверхность по сравнению, например с круглыми (при одинаковых мощностях они имеют более высокую температуру нагрева и меньшие тепловые потери).
Уравнивание электротехнических параметров различных нагревателей позволяет производить их выбор для КГТО при учете технологических факторов. К ним относится, прежде всего, способ передачи тепла бетону. Электрическая энергия в качестве дублирующего источника тепла при КГЭТО бетона позволяет решать этот вопрос несколькими путями: методом электропрогрева, электрообогревом, предварительным электроразогревом бетонной смеси или комбинацией этих методов. Все по существу самостоятельные способы обработки бетона при КГТО имеют то очевидное преимущество перед традиционными источниками тепла, что они могут оптимально сочетаться со светопрозрачными и теплоизолирующими свойствами покрытия СВИТАП, дополняя их по мере необходимости в процессе выдерживания бетона.
Например, электропрогрев в достаточной степени надежно может быть Осуществлен по периферийным слоям, изделий, находящихся в непосредственном контакте с плоскими нагревателями. При таком решении КПД устройства увеличивается не только при прямой передаче тепловой энергии бетону, но и при возможности сочетания в одном элементе функций электрода и нагревателя с последующим перераспределением от одного к другому электрической мощности по мере твердения бетона и ухудшения вследствие этого его токопроводящих свойств.
Электрообогрев может быть осуществлен и при передаче тепла бетону через разделительную перегородку — металлическое днище формы или стенку. Преимущество такого варианта в том, что с помощью электронагревателей, размещаемых на днище форм, можно равномерно прогревать изделия независимо от электрофизических свойств бетона, характера и степени его армирования.
Бетонная смесь перед укладкой в форму или в форме подвергается предварительному электроразогреву с последующим виброуплотнением и укрытием СВИТАП. Такой способ разогрева бетона, в отличие от предыдущих, в полной мере не выполняет всех энергосберегающих функций режима тепловой обработки, поскольку не позволяет оперативно управлять теплосодержанием бетона в зависимости от интенсивности солнечной радиации. Поэтому он может быть рекомендован для бетонирования изделий во вторую смену и при дальнейшем выдерживании их по методу термоса за счет теплозащитных свойств СВИТАП. Предварительный разогрев бетонной смеси может быть применен также и при бетонировании изделий в первую смену, если максимальный температурный уровень нагрева смеси будет соответствовать такому количеству солнечной энергии, поступающей в течение суток, которое будет не нагревать бетон, а лишь компенсировать teплoпO тери в окружающую среду.
Вторым важным технологически фактором является способ изготовления изделий. Взаимодействие солнечной и электрической энергии при КГЭТО бетона осуществляется наиболее просто при стендовой технологии. В этом случае форма может быть оснащена практически любыми индивидуальными электронагревателями, которые являются недефицитными, просты в изготовлении, надежно крепятся и продолжительно работают без изменений электротехнических параметров. В таком исполнении каждая форма представляет собой отдельный тепловой агрегат, закрепленный на определенном месте гелиополигона, независимо от номенклатуры изделий обеспечивающий КГЭТО бетона по индивидуальным тепловым режимам.
Для однотипных изделий наиболее интересен способ КГЭТО, при котором форму не оборудуют нагревательными устройствами, а сосредотачивают их в одном месте на территории полигона, образуя греющую площадку или стенд, включающийся в работу по мере приготовления железобетонных изделий.
Несколько сложнее обстоит дело при агрегатно-лоточной технологии изготовления изделий. Имеющиеся электронагреватели пока не отвечают требованиям повышенной вибростойкости из-за несовершенства крепления к форме, что вызывает большие трудности.
Анализ технических р(ршений, оптимальных для такой технологии, дает основание несколько ограничить научнотехнический поиск и конструирование новых видов электронагревателей для КГЭТО бетона. Следует сконцентрировать усилия на работах в двух практических направлениях: временное, до окончания виброуплотнения бетона, отделение форм от электронагревателей с последующим соединением с ними в отдельный автономный тепловой агрегат; постоянное отделение форм от индивидуальных электронагревателей с размещением последних на отдельных постах проведения КГЭТО бетона.
Технико-экономические расчеты применения обособленных дублирующих устройств при КГЭТО бетона показывают, что среднегодовая экономия источников тепла может составить 60%, в том числе при использовании их в осенне-зимне-весенние периоды года до 25...40% при полном отказе от них в летнее время года.
Бетон и железобетон, 1988 №05