Luft mit Nichromdraht erhitzen

Nehmen wir an, Sie können Ihr 4-Hektar-Feld oben, unten und an den Seiten mit R-1 (SI-Einheiten: 1 km ² /W) Isolierung (z. B. ungefähr 1 Zoll Schaumplattenisolierung) umgeben. Das sind insgesamt 81600 m ² Wärmeübertragungsfläche. Sie möchten die Temperatur um 6 °F erhöhen, was 3,33 K entspricht, sodass der Wärmefluss über 270 kW liegt.

Sie benötigen fast 1200 A bei 230 V oder etwa 11 A pro Reihe. Das wäre ein Widerstand von 230/11 = ca. 21Ω pro Reihe. Sie können dies als einzelne Litze aus 3,6 mm Nichrome (ungefähr AWG 7) oder als beispielsweise 8 Litzen aus 1,27 mm Kupfer (AWG 16) erhalten.

Was Sie fordern, macht nur aus Machtgesichtspunkten keinen Sinn. Rechne nach.

Um etwas auszuwählen, beginnen wir mit einem sehr konservativen Wind von 1 Meile/Stunde = 450 mm/s. Wenn der Draht ein Luftvolumen innerhalb von 18 Zoll (460 mm) erwärmen soll, dann muss er jede Sekunde für jeden Meter Draht ein Volumen von 450 mm x 460 mm x 2 x 1 m = 0,41 m 3 auf Temperatur bringen ⁽ die Faktor zwei liegt daran, dass sich der 18-Zoll-Bereich auf beiden Seiten des Kabels erstreckt).

Die Dichte von Luft bei 0°C beträgt etwa 29 g/mol = 29 g / 22,4 l = 1,30 g/l = 1,3 kg/m ³ . Das multipliziert mit den 0,41 m ³ von oben bedeutet, dass 531 Gramm Luft pro Sekunde erwärmt werden müssen.

Die Wärmekapazität von Luft bei 0°C beträgt 1 kJ/kg°C. (1 kJ/kg°C) x (0,531 kg) x 3,3°C = 1,75 kJ. So viel Energie muss 1 Meter Draht pro Sekunde abgeben, oder 3,19 kW, nur um mit einem Wind von 1 Meile/Stunde Schritt zu halten. Sie haben über 21,4 km Kabel, die so viel Leistung abgeben müssen, das würde also etwa 37,5 MW erfordern.

37,5 MW sind eindeutig absurd, und das gilt nur für eine Luftbewegung von 1 Meile/Stunde.

Beachten Sie, dass dies nichts damit zu tun hat, wie genau die Luft erwärmt wird, sei es durch einen Draht oder etwas anderes. Das ist die Leistung, die die Heizung unabhängig vom Mechanismus abgeben muss.

Wie Dave Tweed in einem Kommentar betonte, geht diese Berechnung davon aus, dass der Wind die warme Luft dahin fortträgt, wo sie keinen Nutzen mehr hat. Ein Teil der warmen Luft wird zu den benachbarten Weinstöcken gedrückt, sodass die Leistung nicht vollständig verloren geht. Aufgrund der Tatsache, dass warme Luft weniger dicht ist, wird diese warme Luft jedoch im Allgemeinen aufsteigen. Dies führt an unvorhersehbaren Stellen zu Turbulenzen und Auf- und Abzügen, wenn die warme Luft aufsteigt und kalte Luft von oben fällt, um sie zu ersetzen.

Das genaue Verhalten ist unmöglich vorherzusagen, aber das spielt hier kaum eine Rolle. Denken Sie daran, dass diese Berechnung auf einem sehr leichten Wind basiert. Selbst wenn irgendwie 3/4 der erwärmten Luft pro Sekunde innerhalb der Traubenhöhe bleiben, erfordert das immer noch 9,4 MW Heizleistung, was wiederum nur für einen Wind von 1 Meile/Stunde war.

Lassen Sie uns einen Nichrome-Draht auswählen und diesen durcharbeiten. Das Problem wird sein, dass die meisten Drähte Daten in Bezug auf Hitze haben, die bei etwa 400 °C beginnt. Daher sind Daten in den niedrigeren Temperaturregionen schwer vorherzusagen.

26 AWG Nichrom

2.67$\Omega/ft$

400 °C bei 1,58 A

650 Fuß x 2,67$\Omega/ft$= 1735,5$\Omega$ $^1$

Der maximale Strom beträgt 220 V / 1735,5$\Omega$= 0,127 A.

108 Reihen sind 13,7 A Strom. Nicht ganz aus dem Bereich des Möglichen. Es könnte warm werden. Es würde Ihren Leistungsmesser zum Drehen bringen, aber vielleicht.

Ich würde es hassen, 650 Fuß x 108 Reihen = 13,3 MEILEN Nichromdraht kaufen zu müssen. Wahrscheinlich nicht die billigste Sache, die man kaufen kann.

Nun zu den praktischen Fragen. Wenn Sie über all Ihre Trauben zelten, besteht die Möglichkeit, dass die Hitze innerhalb von 18 Zoll des Drahtes bleibt. Andernfalls erwärmt sich die Luft und steigt in den Himmel, wenn kalte Luft sie ersetzt. Dies ist allgemeine Konvektion.

Ich würde vermuten, dass das Zelten mit einer anderen Art von erwärmter Luftblaslösung viel sinnvoller ist, als nur einen Draht zu spannen. Es mag möglich sein, aber es scheint einfach keine gute Lösung zu sein.

$^1$Ich habe den Widerstand des Rückleiters ausgeschlossen. Es wäre am sinnvollsten, Nichrom für die Rückkehr zu verwenden und tatsächlich einen 1300-Fuß-Lauf zu verwenden, sodass der Widerstand im Rückleiter zumindest nützlich ist.

Überdachungslösungen für über 12 Meilen Reben sind nicht trivial, aber mit gasbefeuerten Heißluftgebläsen effektiv.

Elektrische Heizungen benötigen viel Strom, können aber zum Erhitzen von Wasserleitungen mit Steuerungen von Vorteil sein.

Maschinelles Beschneiden verringert das Risiko von Frostschäden, wenn noch keine Knospen vorhanden sind.

Micromist-Sprayer Sprinklerlösungen bieten die besten wirtschaftlichen Lösungen, müssen jedoch sicherstellen, dass die Wärmeabsorption durch gefrierendes Wasser den Wärmeverlust durch Verdunstung übersteigt. Windgebläse können Hubschrauber umfassen.

Ein niedriger Taupunkt kann dieses Problem weiter verschlimmern. Um Schäden unter diesen Bedingungen zu vermeiden, sollten Sprinkler bei 1,1 °C (34 °F) gestartet werden, wenn der Taupunkt -4,4 °C (24 °F) oder höher ist; 1,7 °C (35 °F), wenn der Taupunkt -6,7 bis -5,0 °C (20-23 °F) beträgt; und 2,2 °C (36 °F), wenn der Taupunkt -9,4 bis -7,2 °C (15-19 °F) beträgt. Diese Empfehlung sollte nur befolgt werden, wenn Frost vorhergesagt wird. Sprinkler können abgeschaltet werden, wenn die Lufttemperatur auf 1,1 °C (34 °F) angestiegen ist.