Aquarium Heater

Нагреватель
Нагревательные кабели

Рассмотрим стационарный процесс - т.е. определим потери тепла аквариумом. В этом случае, мощность нагревателя должна быть такой, чтобы он мог возместить теряемую аквариумом мощность. Для определения мощности реального нагревателя полученное значение необходимо увеличить на 10-20% - затраты на нагревание аквариума.

Предполагаем:

температура воды в аквариуме постоянна по всему обьему (вода перемешивается достаточно хорошо)
аквариум стоит посередине комнаты, т.е. нету сразу за ним холодной стеник, в направлении которой будет теряться больше тепла
комната много больше аквариума, т.е. обратного переизлучения нету от стенок комнаты.
потери тепла через дно аквариума и верх невелики (он стоит на деревянном основании, которое плохо проводит тепло и закрыт сверху стеклом, крышкой с лампами и т.д.)
температура воды 25°C, температура комнаты - 15°C. Для других значений температуры коэффициенты теплопередачи изменятся незначительно

Тепло из аквариума теряется за счет двух процессов - естественной конвекции и радиации.

Конвекция

Теряемое тепло определяется по формуле Ньютона:

Q_k=K_k A ( T_a-T_k)

Здесь:
K_k- коэффициент теплоотдачи для конвекции
A- площадь поверхности
T_a- температура аквариума (пренебрегаем разницей температуры стенок и воды)
T_k- температура воздуха в комнате

Расчета коэффициента теплоотдачи производится исходя из критерия Нуссельта. Однако проще использовать приближенную формулу

K_k=1.17 (^(Ta-Tk)/_H)^0.25

Здесь:
H- определяющий размер (высота для вертикальной стенки)

Для средней температуры воды T_a=25°C, температуры комнаты T_k=15°C и высоты аквариума H=0.6 m, точная формула дает коэффициент теплоотдачи 2.8, приближенная 2.4

Поскольку высота аквариума меняется в среднем от 0.2 до 0.6 метра, то коэффициент будет равен:

K_k=2.4 --- 3.1 = 2.8 ^W/_m2_°C (как среднее значение)

Излучение

Теряемое тепло определяется по формуле Больцмана:

Q_и=5.67 e A ( (^(Ta+273)/₁₀₀)⁴-(^(Tk+273)/₁₀₀)⁴)

Здесь:

e- коэффициент серого тела, для стекла равны 0.94 (стекло очень близко к черному телу, по своим излучательным свойствам)

Чтобы рассматривать оба процесса вместе можно написать коэффициент теплоотдачи излучением:

K_и=^Qи/_{A (Ta-Tk)} =5.4 ^W/_m2 _°C

Тогда суммарный коэффициент теплоотдачи:

K=K_k+K_и=5.4+2.8=8.2 ^W/_m2_°C

Теперь у нас есть все для расчета мощности нагревателя. Для аквариума с соотношением сторон L:H:W=3:2:1 (высокий аквариум), площадь боковой поверхности равна:

A=0.05 V^2/3

Здесь V - обьем в литрах

Для кубического аквариума (все измерения равны)

A=0.04 V^2/3

В среднем, можно считать, что A=0.045 V^2/3

Мощность нагревателя (примерно на 10-20% больше мощноости теряемая аквариумом) равна:

Q=1.2 * K A (T_a-T_k)=1.2 * 8.2 * 0.045 * V^2/3(T_a-T_k)=0.45 V^2/3(T_a-T_k)

В итоге, есть все, чтобы рассчитать мощность нагревателя.

Выбор нагревателя

Здесь приведена таблица, рассчитанная по вышенаписанной формуле (данные округлены). Данные достаточно хорошо совпадают с рекомендациями производителей нагревателей.

	Разность температур (°С)
Обьем аквариума (Литры)

100

140

125

170

100

150

200

150

125

200

250

200

150

230

300

250

180

270

360

300

100

200

300

400

Практическое использование нагревателя

Как всегда, вначале достаточно избитое и тривиально-занудно предупреждение. Не забывайте, что прежде всего, нагреватель - это электрический прибор, который, при неправильной эксплуатации, или неисправности может причинить проблемы не только, вашей любимой пиранье, но и вам. Поэтому не используйте нагреватель, если у него повреждена изоляция и т,д, Если розетка находится ниже уровня воды в аквариуме, то нагреватель, также как и другие электроустановки в аквариуме, включайте в розетку, чтобы нижняя часть висящего шнура была ниже розетки. В этом случае, если по проводу начнет капать вода, то она не попадет в розетку.

В настоящее время все большее распространение получили герметически закрытые нагреватели, которые можно опускать ниже уровня воды. Используйте их.

Покупайте нагреватель с терморегулятором. Не берите нагреватель с очень большим запасом по мощности. Если термореле случайно залипнет в рабочем положении, то мощный нагреватель сварит рыбный суп. По этой же причине, лучше иметь два нагревателя половинной мощности, чем один мощный - для большого аквариума. К тому же два нагревателя будут более равномерно прогревать воду. Но в любом случае необходимо либо аэрацией, либо помпой фильтрп перемешивать воду.

Когда вы меняетт воду, то не забывайте выключать нагреватель. Обидно покупать новый, из-за того, что старый треснул. Не беритесь за мощный нагреватель даже в воде - он достаточно горячий. Для мощного нагревателя лучше всего использовать защитный корпус. Это необходимо и в том случае, если вы содержите крупных, хищных рыб, которые обязательно попробуют нагреватель на зуб.

Не помещайте нагреватель, особенно мощный, в грунт, особенно в мелкий - глину или песок. Поскольку нагреватель рассчитан на то, что тепло все время отнимается водой, то закопанный в грунт нагреватель может вызвать спекание грунта и треснуть. По аналогичной причине не включайте нагреватель вне воды и не забывайте его выключать, когда меняете воду в аквариуме.

Всегда используйте отдельный термометр. Даже если в нагревателе есть указатель температуры. Обычные, спиртовые (с красной жидкостью) термометры вполне подойдут - вам не нужна точность более, чем один-два градуса. Рыбы в природе испытывают суточные колебания температуры. Если вы используете новейший электронный термометр, не забывайте менять в нем батарейки регулярно.

к началу страницы

Нагревательные кабели

Данный раздел посвяден использованию нагревательных кабелей для выращивания растений в аквариуме. Если вы не занимаетесь специальным выращиванием подводного сада, то такие кабеля вам абсолютно не нужны.

Нагревательные кабеля является одной из самых горячмх тем для обсуждений и споров. Приводится очень много аргументов за и против - скорость роста растений (одни утверждают, что все растет быстрее с нагревателями, другие - что не видят разницы). Данный раздел не является, точно также как и большинство остальных разделов, рекламой и призывом использовать или не использовать нагревательные кабели. Вы должны сами для себя решить - нужно вам это или нет. Можно с уверенностью сказать одно - кабеля не явдяются первой необходимостью для успешного выращивания растений. Если у вас недостаточно света или удобрений, то кабеля вам не помогут. Обычно они достаточно (и неоправданно) дорогие, поэтому о них можно думать. только тогда, когда все остальное уже сделано.

Что это такое?

Нагревательные кабели содержат внутри себя нихромовую проволку, которая является нагревательным эдементом - подобно спирали электрогрелки. Но, в отличие, от грелки, нагревание не сосредоточено в одном месте, а распределно по всей длине кабеля. Такие кабеля укаладываются в грунт для его нагревания. Не помещайте нагреватель, особенно мощный, в грунт, особенно в мелкий - глину или песок. Поскольку нагреватель рассчитан на то, что тепло все время отнимается водой, то закопанный в грунт нагреватель может вызвать спекание грунта и треснуть.

Для чего нужно нагревать грунт?

Если вы используете для подогрева воды в аквариуме обычный нагреватель, то даже при перемешивании воды помпой или аэратором, температура грунта на несколько градусов ниже температуры воды. В это можно убедиться воткнув термометр в грунт. А если вы не перемешиваете воду, то нижние слои возле грунта будут достаточно холодными. Практически грунт имеет комнатную температуру, особенно если в аквариуме нету теплоизоляции под дном.

Выровнять температуру грунта и воды можно с помощью донного фильтра, но он имеет много недостатков при использовании его в аквариуме с растениями.

George Booth привел список доводов в пользу подогревания грунта (порядок пунктов не имеет значения):

Некоторые растения (особенно Барклая - Barclaya longifolia предпочитают держать "ноги в тепле", когда грунт имеет более высокую температуру чем вода.
Биохимические процессы в грунте протекают быстрее
Из-за улучшенной циркуляции воды питательные вещества лучше проникают в грунт - аммиак (как продукт разложения органики), железо и т.д. Это возмещает вещества, поглощенные корнями растений из грунта.
Циркуляция воды удаляет токсичные вещества из грунта, образуемые при разложении органики в грунте. Данные вещества могут вредно действовать на корни растений. Это относится и к веществам6 которые выделяют корни растений, чтобы "выжить" остальные растения со своей территории (сорняки в огороде достигли совершенства в этом искусстве).
Обеспечение хелирующей среды, которая удерживает химические элементы, не давая имя окисляться. В таком состоянии они доступны корням растений. Аналогично, создается редуцирующая среда, нежели оксидирующая, что препятсвует окислению элементов. Это особенно важно для жеоеза, которое очень легко окисляется.

Как указывается (например, компания Dupla) - основным из преимуществ нагревательных кабелей является то, что они создают горизонтальные потоки воды, из-за неравномерного нагрева грунта. Это способствует переносу питательных веществ к корням растений. В приницпе, это не имеет экспериметального подтверждения и, в случае мелкого грунта, такими потоками можно пренебречь.

Нагревание грунта не ускоряет рост растений. Использование углекислого газа ускорит гораздно быстрее. Нагревательные кабеля обеспечят большую стабильность в вашем аквариуме. Если вы переделываете аквариум каждый год, то вам не имеет смысла использовать кабеля. Но, если ваш аквариум рассчитан на больший срок, то кабеля увеличат ваши шансы на успех.

Существует несколько подходов к использованию нагревательных кабелей. Фирма Dupla рекомендует использовать мощные кабеля (250W на квадратный метр), с кабелями разнесенными на 2 см друг от друга. В этом случае вам необходимо использовать терморегулятор. Другие компании (Dennerle и т.д.) рекомендуют используют кабеля малой мощности, которые можно держать постоянно включенными.

Использование кабелей вместе с грунтом, содержащим землю.

Если вы используете подобный грунт - землю, торф и т.д., то использование кабелей может привести к нежелательному эффекту. В таком грунте и так много органики, которая разлагается. Для био-химического процесса разложения требуется кислород, что приводит к его недостатку для рыб. В процессе разложения выделяется метан, аммиак и т.д. Кабеля резко ускорят процесс разложения. При недостатке кислорода может начаться бескислородное гниение грунта, что является нежелательным - поскольку приводит к выделению токсичных веществ - сероводорода и т.д. Поэтому, если вы используете кабеля, то либо следует отказаться от использования земли, либо ее тщательно приготовить, чтобы она не была питательной. Обычно кабеля обеспечивают достаточную скорость разложения органики и уцвеличивают доступность питательных веществ корням растений, без использования органических субстратов - земли или торфа.

Изготовление самодельных нагревательных кабелей

Купить специальные аквариумные нагревательные кабеля - затея достаточно дорогая. Легко может вылиться сотню долларов и больше. Умельцы могут изготовить их самостоятельно.

Я использовал нагревательные кабеля для подогрева водопроводных труб. Они уже обладают самым необходимым - имеют водонепроницаемую изоляцию. Стоят они - около $20 в магазине строительно барахла (например, HomeDepot). Другой вариант - купить кабеля для подогрева почвы на Интернете - стоять примерно столько же. Иногда эти кабели имеют терморегуляторы. В таком случае вы их можете прямо устанавливать в аквариуме, хотя я бы не советовал бы использовать сетевое напряжение в воде.

Далее дело техники. Запаситесь автотрансформатором (желательно с изолированной вторичной обмоткой, иначе, в случае утечки тока в воду, вас шарахнет то же сетевое напряжение, даже если вы используете двенадцать вольт для нагрева).

Расчет кабеля производится по закону Ома. Выделяемая кабелем мощность равна: W=U²/R, где U - напряжение, R - сопротивление кабеля. Выберите мощность нагревательного кабеля - 15-20% от мощности основного нагревателя (в таблице), чтобы их можно было все держать включенными (если вы поклонник метода фирмы Дупла и хотите использовать мощный кабель в несколько сотен ватт, то вам следует купить готовый, рассчитанный на большой ток). Например, если вы будете питать кабеля напряжением 24В и выбранная мощность кабеля равна 30 Вт, то необходимое сопротивление будет равно: R=24²/30=20 Ом (примерно). Если вам удалось найти нагревательный кабель, рассчитанный на напряжение 220В, мощностью W=220²/20=2500 Вт (примерно), то вы его можете взять целиком. Скорей всего, такой кабель вам не найти. Подсчитайте сопротивление исходного кабеля, например, для кабеля мощностью 600 Вт: R=220²/600=80 (примерно). От такого кабеля следует отрезать четвертинку. Проверьте, чтобы ток в получившемся кабеле (в нашем случае, около полутора ампер) не превышал ток в исходном (около трех ампер). Не забудьте, что длины кабеля вам должно хватить, чтобы уложить достаточно часто на дне аквариума. Я выдирал отдельные провода (а они уложены "туда-обратно") из общей изоляции. Каждый из проводов был в своей, водонепроницаемой изоляции. Убедитесь, что это действительно резиновая водонепроницаемая изоляция.

Нихромовая проволка из которой сделаны нагревательные провода не паяется, поэтому подключение к подводящим проводам придется сделать по другому. Я сделал подключение на "петельках" и залил все силиконом для водонепроницаемости (тем не менее, места подключения были вне воды - удобно проверять, греется ли кабель).

Укладывать кабеля нужно так, чтобы они не лежали на стекле. Я насыпал слой грунта около сантиметра-двух и на него укладывал кабеля так, чтобы расстояние между ними составляло около трех-четырех см.

Ссылки

George Booth - Aquatic Concepts Homesite
Dupla - компания, которая одной из первых начала использовать нагревательные кабеля - www.dupla.com
The Krib - www.thekrib.com