أصبحت كابلات التدفئة ذاتية التنظيم شائعة الاستخدام بشكل متزايد في كل من الصناعة والمنازل، وهي ضرورية بشكل خاص لإزالة الجليد. فمع حلول الطقس البارد، يزداد خطر تجمد أنابيب المياه أو الصرف الصحي وانفجارها، وتكوّن الجليد على السلالم أو الممرات.
سنتناول في هذه المقالة خصائص وأنواع كابلات التسخين ذاتية التنظيم، وتطبيقاتها، وكيفية تركيبها على الأنابيب والأسقف.
ما هو كابل التسخين ذاتي التنظيم؟
الكابل ذاتي التنظيم هو نفس الموصل الكهربائي، ولكنه نسخة محسّنة. تصميمه أكثر تعقيداً من تصميم السلك العادي.
كابل التحكم في التسخين عبارة عن مصفوفة بوليمرية، وبمساعدتها، تحت تأثير درجات الحرارة الخارجية، يحدث تغيير في المقاومة، بما يتوافق مع كمية الحرارة التي ينبعث منها.
يتكون عنصر التسخين من سلكين نحاسيين مطليين بالقصدير ومغطين بمركب بلاستيكي أساسه الجرافيت مع إضافة بوليمر شبه موصل. وهذا يُنشئ مصفوفة ذاتية التنظيم تربط السلكين النحاسيين.
يُعزل عنصر التسخين بمادة لدائن حرارية من الفلوروبوليمر، مما يحميه أيضًا من الرطوبة. يلي ذلك جديلة نحاسية محمية، تحمي من الإجهاد الميكانيكي وتعمل كعنصر تأريض.
الغلاف الخارجي مصنوع من مواد متنوعة، كل نوع مصمم لظروف تشغيل محددة. في الظروف العادية، يُصنع من بلاستيك البولي أوليفين؛ أما في البيئات القاسية، فيُصنع من الفلوروبوليمر.
تتم معالجة المصفوفة وغلاف السلك عن طريق الربط الإشعاعي.
مبدأ التشغيل
يعتمد مبدأ تشغيل الموصل ذاتي التنظيم على حركة الطاقة الكهربائية عبر أسلاك التسخين. وينتج عن ذلك ارتفاع في درجة الحرارة، وبالتالي زيادة في المقاومة.
كلما زادت المقاومة، انخفض التيار والطاقة. وعلى العكس، كلما انخفضت درجة الحرارة، زادت الحرارة المتولدة.
لننظر في مبدأ تشغيل الكابل:
- تسخن مصفوفة ذاتية التنظيم - وهي عبارة عن عدد كبير من المقاومات الموصولة على التوازي بين أسلاك التسخين - عند تطبيق الجهد الكهربائي. يؤدي ذلك إلى تمدد المادة، مما يعطل التلامس بين الجزيئات الموصلة، وبالتالي يقلل من تدفق التيار وتبديد الحرارة.
- عندما يتغير مستوى درجة حرارة المنطقة المسخنة، تتغير مقاومة المادة وكمية الحرارة المنبعثة من السخان.
الأنواع – التصميم، الخصائص التقنية
تنقسم كابلات التسخين إلى الأنواع التالية: المقاومة، ذاتية التنظيم، الحثية.
تختلف هذه المنتجات في مبدأ التشغيل والخصائص التقنية والتصميم.
مقاوم
تتوفر الكابلات المقاومة بنوعين: خطي ومناطقي. ولضمان التشغيل الفعال، تتطلب هذه الكابلات معدات متخصصة تتحكم في الموصل بناءً على درجة الحرارة المحيطة.
تتمثل ميزة هذا النوع في انخفاض التكلفة والموثوقية وسهولة التركيب.
تجدر الإشارة إلى أن هذا الموصل ينبعث منه دائماً نفس الكمية من الحرارة، بغض النظر عن درجة حرارة الكتل الهوائية، وبالتالي فإن استهلاك الطاقة الكهربائية منخفض - وهو أمر غير مجدٍ اقتصادياً.
تنقسم المقاومة الكهربائية إلى:
- السلك الخطي - سلك تتصل أطرافه بمصدر الطاقة الكهربائية. وبناءً على عدد الموصلات التي تحمل التيار، يمكن أن يكون أحادي النواة أو ثنائي النواة.
أحادي النواة يتكون هذا الكابل من موصل تسخين واحد، عادةً ما يكون من الفولاذ، مغطى بطبقة عازلة من مادة مقاومة للحرارة لا تتشوه عند تسخينها. وقد يكون الكابل محميًا لمنع التداخل الناتج عن الكابل نفسه وأجهزة الحماية المختلفة.
تتميز الكابلات أحادية النواة بسهولة استخدامها، لكن يعيبها عدم إمكانية قصها إلى الطول المطلوب، إذ يجب توصيل طرفيها في نقطة واحدة.
ثنائي النواة يتكون من سلكين متوازيين ينقلان التيار الكهربائي. ويكمن الفرق والميزة بينهما وبين النوع أحادي السلك في أن الطرف الآخر لا يحتاج إلى العودة إلى نقطة التوصيل، وهو أمر مريح للغاية عند تسخين الأنابيب الطويلة.
- تتميز الكابلات القطاعية بتصميم أكثر تعقيداً من الكابلات الخطية. فهي تتكون من موصلين نحاسيين موصلين، لكل منهما عازل خاص به. كما أنها أكثر سمكاً من الكابلات الخطية.
تتميز هذه الطريقة بوجود نوافذ في العازل الداخلي كل متر أو مترين. ومن خلال هذه النوافذ، يتم توصيل الموصل بسلك التسخين الذي يحمل جهد التيار الكهربائي.
بفضل هذه الميزة التصميمية، لا تتوزع المقاومة الثابتة على كامل الموصل، بل في جزء أو منطقة محددة فقط. وتكمن الميزة في إمكانية تخصيص طول الجزء ليناسب احتياجاتك. أما العيب فهو ارتفاع السعر.
يتمتع موصل التسخين المقاوم بفترة ضمان تصل إلى 15 عامًا، وتصل إلى 50 عامًا عند صبه في طبقة خرسانية.
التنظيم الذاتي
يُعد كابل التسخين ذاتي التنظيم نموذجًا حديثًا يختلف عن كابل التسخين المقاوم ليس فقط في ميزات تصميمه، ولكن أيضًا في مبدأ تشغيله.
الكابلات ذاتية التنظيم عبارة عن موصلات مغلفة بمادة بوليمرية. لا تحتاج هذه الكابلات إلى منظم حرارة، فهي تحافظ على درجة الحرارة المضبوطة عليها، مما يمنع ارتفاع درجة حرارتها. هذا النوع أغلى ثمناً، لكن كفاءته العالية تجعله أكثر اقتصادية.
علاوة على ذلك، يمكن تقطيعه إلى قطع بأي حجم. تتراوح فترة الضمان لهذا النوع بين 10 و15 عامًا، لكن الشركات المصنعة تضيف هامش أمان يصل إلى 40%، مما يطيل عمره الافتراضي بشكل ملحوظ.
يمكن أن يكون الموصل ذاتي التنظيم محميًا أو غير محمي:
- كابل محمي - الغلاف الخارجي مغطى بضفيرة من سلك نحاسي مطلي بالقصدير، مما يحمي من التلف الميكانيكي ويعمل كأرضي. هذا الكابل مصمم ليس فقط لتسخين أنابيب المياه، بل أيضاً للتركيبات الخارجية، مثل أسطح المنازل والمزاريب.
يمكن أن يكون الغلاف من النوع الغذائي - المستخدم لتسخين المياه وأنظمة الصرف الصحي في الداخل، أو مع الحماية من الأشعة فوق البنفسجية - يتم تركيبه على السطح، حيث يوجد الكثير من ضوء الشمس.
- غير محمي - لا يحتوي المنتج على غلاف واقٍ. يُستخدم لتسخين أنابيب المياه المنزلية، ولا يُنصح باستخدامه في التركيبات الخارجية حيث يُحتمل تعرضه لظروف بيئية قاسية.
- غلاف خارجي من البولي أوليفين.
- جديلة من أسلاك النحاس المطلية بالقصدير.
- عازل حراري مطاطي.
- غلاف من البوليستر.
- مصفوفة شبه موصلة ذاتية التنظيم.
- عروق النحاس.
- غلاف خارجي من البولي أوليفين.
- غلاف داخلي من البوليستر.
- مصفوفة شبه موصلة ذاتية التنظيم.
- أسلاك نحاسية
تعتبر النماذج المحمية أغلى ثمناً من تلك التي لا تحتوي على غلاف.
المجالات الرئيسية لتطبيق كابل التسخين ذاتي التنظيم:
- أنابيب منزلية؛
- أنظمة منع التجلد (الأسقف، الممرات)؛
- صناعة.
لتسخين مختلف أنواع الاتصالات، يلزم عنصر تسخين بالقدرة التالية. لـ:
- الأنابيب الداخلية - 10 واط/متر طولي؛
- خط أنابيب خارجي - 15 واط/متر؛
- الأسطح والممرات - 24-30 واط/متر مربع؛
- أنظمة منع التجمد - حتى 40.
أي نوع تختار؟
عند اختيار كابل ذاتي التنظيم، من الضروري مراعاة خصائص المنتج ومعاييره، ومبدأ تشغيله، وظروف تشغيله - طول الجزء المطلوب للتسخين، وأقصى درجات الحرارة المنخفضة.
نقاط يجب مراعاتها عند شراء سلك تسخين:
- وجود جديلة واقية - فهي توفر الموثوقية والتأريض؛
- نوع العزل الخارجي؛
- قوة المنتج.
يعتمد اختيار موصل التسخين أيضاً على التطبيق. فإذا كان موصل التسخين مطلوباً لتسخين المجاري، فإن منتج البولي أوليفين مناسب، بينما يُنصح باستخدام غلاف من الفلوروبلاستيك لأنظمة إمداد المياه.
بالنسبة للتركيب الخارجي، من الأفضل اختيار نموذج مزود بعزل من الفلوروبوليمر، والذي يحمي من الرطوبة والأشعة فوق البنفسجية.
إذا كنت بحاجة إلى تسخين أنابيب ذات أقطار صغيرة، فإن موصلًا حراريًا منخفض الحرارة بجهد 15 واط/متر مناسب. أما الموصلات الحرارية متوسطة الحرارة (حتى 30 واط) فهي مخصصة للأنابيب ذات الأقطار الكبيرة. ونادرًا ما تُستخدم الموصلات ذات الجهد العالي في الحياة اليومية.
يُنصح باستخدام الكابلات غير المحمية في الأنابيب المدفونة تحت الأرض، لافتقارها إلى جديلة التأريض. أما الكابلات المحمية فهي أكثر أمانًا، ولكنها أغلى ثمنًا. تحتوي جميعها على نفس مادة التسخين، لذا لا داعي لدفن نموذج أغلى ثمنًا.
عند شراء عنصر تسخين ذاتي التنظيم، اضغط عليه بأصابعك ثم مررها على طوله بالكامل. في المنتجات رديئة الجودة، ستشعر بوجود جيوب هوائية بداخله.
مجالات التطبيق
يُستخدم السخان ذاتي التنظيم في التطبيقات المنزلية والصناعية على حد سواء. وهو مصمم لتسخين أنابيب المياه المنزلية والصناعية الموجودة فوق الأرض وتحتها.
في صناعة النفط والغاز، يُستخدم هذا المنتج للحفاظ على درجة حرارة العملية التكنولوجية.
دعونا نلقي نظرة فاحصة على أكثر مجالات تطبيق موصل التسخين ذاتي التنظيم شيوعًا في الحياة اليومية.
أرضيات دافئة
سامريج تُستخدم لتركيب التدفئة الأرضية الكهربائيةعند تركيب هذا النوع من الأرضيات في شقة كاملة، كالحمام أو المرحاض مثلاً، فإن سطحها سيسخن بدرجة أقل. ويعود ذلك إلى وجود مصادر حرارة أخرى في الغرف الأخرى، بينما أرضية الحمام مُبلّطة، وهي مادة باردة.
إذا كنت تستخدم كابل تسخين مقاوم، فلن تتمكن من تحقيق التوازن المطلوب دون تركيب معدات إضافية - منظم حرارة ومستشعر.
يتميز هذا الحل بالتنظيم الذاتي، مما يلغي الحاجة إلى معدات إضافية. وتقوم المصفوفة نفسها بتنظيم تجانس التدفئة الأرضية.
إمدادات المياه
لمنع تجمد الماء في الأنابيب خلال فصل الشتاء، يُلف موصل ذاتي التنظيم حول صمام إمداد المياه. يتميز الصمام بتصميم معقد، لذا لا يلامس الموصل كل جزء معدني.
عند تركيب كابل تسخين مقاوم، فإنه يسخن الهواء أيضاً. أما عند تركيب سلك ذاتي التنظيم، فإن الموصل يسخن فقط عند نقطة تلامسه مع المعدن، إذ يعتمد مبدأ عمله على نقل الحرارة بكفاءة.
الصرف الصحي
نادراً ما تتجمد أنظمة الصرف الصحي لأن الأنابيب مائلة، مما يسمح بتدفق السوائل بدلاً من ركودها. مع ذلك، إذا كان نظام الصرف معيباً، فإن الماء يتحرك ببطء وقد يتجمد أثناء مروره. تتراكم طبقات من الجليد، لتملأ في النهاية كامل المساحة.
أبسط خيار لتسخين نظام الصرف الصحي لمنزل خاص هو تركيب كابل تسخين ذاتي التنظيم؛ وهذا سيمنع السائل الموجود في الأنابيب من التجمد.
تدفئة السقف
في فصل الشتاء، تكون الأسطح عرضة لتكوّن الجليد، ويصعب تحديد المناطق الأكثر عرضة لتكوّن النوازل الجليدية. استخدام سخان مصفوفة أشباه الموصلات يسمح لك بتسخين تلك المناطق من السطح الأكثر عرضة لتكوّن الجليد والماء.
يجب عليك اختيار نوع غير حساس للأشعة فوق البنفسجية ويمكنه تحمل درجات الحرارة العالية، لأن السقف يصبح ساخنًا جدًا في الصيف.
تدفئة البيوت الزجاجية
مخطط تدفئة البيوت الزجاجية باستخدام كابلات التدفئة يشبه نظام التدفئة الأرضية نظام التدفئة الأرضية. فهو في الأساس نفس نظام التدفئة الأرضية، ولكنه يُركّب تحت غطاء مختلف.
يُثبّت الكابل ذاتي التنظيم على شبكة واقية موضوعة على طبقة من الرمل. يُغطى الكابل بطبقة أخرى من الرمل، ثم تُركّب شبكة ثانية، وتُوضع فوقها التربة السطحية.
إذا تعذر تركيب نظام التدفئة تحت الأرض، فسيتم وضع السخان ذاتي التنظيم على جدران الدفيئة.
تركيب كابل ذاتي التنظيم
قبل تركيب كابل التسخين ذاتي التنظيم لتسخين أنابيب المياه (الخارجية أو الداخلية) أو السقف أو الممر، يجب تجهيزه.
تجهيز الكابل
يتم تجهيز طرفي السلك، أحدهما مغلق بغطاء محكم الإغلاق، والآخر متصل بمصدر للتيار الكهربائي:
- تجهيز طرف السلك:
- تمت إزالة العازل بمقدار 4 سم؛
- ينفك الجديل ويتم قطع السلك؛
- تم قضم الزاوية؛
- يتم وضع غلاف داخلي لاصق قابل للانكماش الحراري لإحكام الإغلاق؛
- تم تجهيز وصلة الجر بمجفف شعر؛
- يتم تثبيت نهاية الوصلة؛
- يتم وضع الغطاء بعد أن يبرد الموصل؛
- يتم تركيب غطاء لضمان الإحكام.
- إذا كان من المخطط وضع الموصل داخل خط الأنابيب، ففي هذه المرحلة يتم وضع حشوة على الطرف المقابل للسلك.
- تحضير الطرف الثاني:
- تمت إزالة العازل بمقدار 6 سم؛
- يتم فك الضفيرة ثم لفها لتصبح خيطًا واحدًا؛
- تتم إزالة العازل الداخلي؛
- يتم فصل الأسلاك الموصلة عن المصفوفة؛
- يتم وضع الأكمام الموصلة وتثبيتها بالضغط؛
- يتم وضع الأنابيب ويتم وضع مجفف الشعر حولها؛
- يتم تركيب وصلة التوصيل وتثبيتها؛
- يتم فصل الأوردة، ويتم ضغط اللب باستخدام كماشة.
- توصيل جهاز سامريج بسلك الطاقة:
- يتم وضع وصلة خارجية على السلك الكهربائي؛
- يتم وضع وصلات صغيرة على الأسلاك؛
- يتم إدخال الأسلاك الداخلية للسلك الكهربائي في الوصلات المثبتة على السخان ذاتي التنظيم للاتصال بأسلاكه الداخلية ويتم ضغطها لإحداث اتصال؛
- يتم دفع الوصلات إلى الداخل وتثبيتها بإحكام؛
- يتم توصيل جديلة الكابل الكهربائي بالأرض باستخدام نفس المبدأ (نضع الغلاف، ثم نوصله، ثم نضع الغلاف الخارجي)؛
- يتم تحريك الغلاف الخارجي على الوصلة وإحكام إغلاقه.
تركيب الكابل خارج الأنبوب
هناك طريقتان لوضع كابل التسخين على الأنبوب:
- يُعد تركيب كابل ذاتي التنظيم بشكل خطي على طول الأنبوب طريقةً أبسط. يجب أن يكون طول الكابل مساوياً لطول الأنبوب المراد تسخينه.
يُثبّت السخان على المنتج باستخدام مشابك بلاستيكية، أو شريط لاصق من الألياف الزجاجية، أو شريط من الألومنيوم. يُمنع استخدام أدوات التثبيت المعدنية. تُركّب أدوات التثبيت كل 30 سم. يجب وضع الكابل أسفل الأنبوب لحمايته من التلف الميكانيكي.
إذا كان الأنبوب المُسخّن مدفونًا تحت الأرض، يُركّب عنصر التسخين على جانبه. في المناطق التي ينحني فيها الأنبوب، ولتجنب الانحناءات الحادة، يُنصح بوضع عنصر التسخين على طول نصف القطر الخارجي.
- اللف الحلزوني: يُلف السلك حول الأنبوب بشكل حلزوني بخطوات منتظمة (قياسية 5 سم). تتميز هذه الطريقة بأقصى قدر من التلامس بين عنصر التسخين والأنبوب. أما عيبها فهو استهلاكها العالي للمواد؛ إذ يجب أن يكون طول السلك أكبر بـ 1.7 مرة من طول الأنبوب. هذه الطريقة مناسبة للأنابيب متوسطة وكبيرة القطر المستخدمة في أنظمة الصرف الصحي.
بغض النظر عن التصميم المختار، فإنّ من أهمّ خصائص تركيب كابل التسخين على الأنبوب هو ضرورة عزل الأنبوب. يُوضع العازل الحراري (رغوة البوليسترين أو رغوة البولي إيثيلين) في الأعلى ويجب أن يُغطّي الأنبوب والسخان بالكامل، وإلا سينتهي الأمر بتسخين الهواء.
تركيب داخلي
لا يمكن تركيب كابلات التسخين ذاتية التنظيم داخل جميع الأنابيب؛ يجب ألا يقل قطرها عن 40 مم. أي قطر أصغر من ذلك سيعيق التدفق الحر للسائل.
إذا كان الخط الرئيسي طويلاً جداً، يصعب توفير التدفئة بهذه الطريقة. يُستخدم هذا الخيار للخطوط التي يبلغ طولها عدة أمتار. من الأسهل تركيب السخان على الأنابيب الرأسية، بدءاً من الأعلى والتحرك نزولاً.
لتثبيت موصل التسخين، ستحتاج إلى وصلة على شكل حرف T ووصلة مانعة للتسرب.
تبدو عملية وضع الكابل داخل الأنبوب على النحو التالي:
- يتم إدخال عنصر التسخين المُجهز، مع تركيب الحشوة، بسلاسة في خط الأنابيب من خلال وصلة حرف T.
- بعد إدخال السلك بالكامل، يجب إحكام إغلاق نقطة الدخول. وللقيام بذلك، قم بربط جميع مثبتات الغدة بعناية، ثم استخدم كمّ التثبيت، أولاً باليد ثم بمفتاح ربط. سيؤدي ذلك إلى تسطيح الحشية المطاطية، مما يضمن إحكام الإغلاق.
عند هذه المرحلة يكون التثبيت قد اكتمل؛ ولكي يبدأ عنصر التسخين في تسخين الأنابيب، يجب تشغيل الطاقة.
تركيب الكابلات على الأسطح
لتسخين السطح، يجب تركيب كابل تسخين ذاتي التنظيم على طول محيط تدفق مياه ذوبان الثلوج. يُمدد الكابل عادةً بشكل متعرج، بعمق 30-35 سم، وبمسافة فاصلة 15-20 سم بين كل كابل وآخر. يجب وضع الكابل أفقيًا على طول حافة السطح، بمحاذاة السقف. كما يجب تسخين المزاريب: إذا كان قطر المزراب 80 مم، يلزم خط تسخين واحد؛ وإذا كان أكبر، يلزم خطان.
تختلف طريقة تثبيت السلك على السطح باختلاف نوع السقف. وتُستخدم المشابك المثبتة بالبراغي في أغلب الأحيان. ويُستخدم مانع التسرب أو المعجون لسدّ الثقوب الناتجة. وعندما لا يكون هناك ما يتعارض مع سلامة السقف، يُستخدم شريط التثبيت.
قد يتكون نظام التدفئة من عدة أقسام، يجب أن تتصل جميعها بنقطة واحدة، حيث يتم توصيلها بكابل كهربائي مع تأريض ولوحة تحكم.
تُعدّ كابلات التسخين ذاتية التنظيم عنصر تسخين عملي بفضل خصائصها، ويمكن تركيبها بطرق متنوعة. يكمن السر في اختيار النوع المناسب بعد دراسة جميع التفاصيل وظروف التشغيل بدقة.
