Стельки с подогревом: виды и принцип работы

Мерзнущие ноги — постоянная проблема зимнего сезона, даже для тех, кто проводит зимой на улице немного времени. Стельки с подогревом позволяют устранить подобные трудности.

Для чего нужны стельки с подогревом

Часто применяют в следующих случаях:

• Зимние виды спорта, в особенности горные лыжи и сноуборд. Для спортивных ботинок выпускаются специальные виды стелек и носков, поддерживающих комфортную температуру. Они могут значительно отличаться по качеству и долговечности, но ими пользуются в том числе профессиональные спортсмены.
• Зимняя рыбалка и охота предполагают длительное нахождение на морозе. Чтобы это не привело к переохлаждению и отморожениям конечностей, используются теплые стельки.
• Длительные поездки на автомобиле — в отпуск или по работе. Для водителей разработаны изделия, которые можно подзарядить от прикуривателя.
• Помощь пациентам, страдающим болезнями сосудов и нервов нижних конечностей. Одним из симптомов подобных заболеваний является зябкость ног. Стельки с подогревом не лечат основную причину, но облегчают состояние пациента.

Разновидности стелек с подогревом

Источником тепла в изделиях может быть химический или электрический аккумулятор. Выбор наиболее удобной технологии зависит от характеристики и цели использования.

На батарейках или аккумуляторе

В данных стельках используется наполнитель из теплопроводного материала, который нагревается с помощью электрических элементов. Нагревательный элемент поддерживает тепло, а в качестве источника питания служат заменяемые батареи или подзаряжаемые аккумуляторы. Изделия прекрасно справляются со своей функцией, ими легко управлять, но есть существенные недостатки — высокая цена и необходимость подбирать обувь.

С подогревом usb для домашнего использования

Эта разновидность не подразумевает наличия аккумулятора, что позволяет более удобно разместить нагревательный элемент. Источником служит Power Bank или прикуриватель автомобиля, к которому стельки подключаются через USB-кабель. Эффективность подогрева различная — некоторые отзывы указывают, что они уступают по качеству своим аналогам на батарейках. Тем не менее, у них есть одно значительное преимущество — такие стельки тонкие.

Одноразовые химические

Источником энергии служит химическая реакция. Емкость с реагентом (обычно это солевой раствор) располагается между двумя слоями наполнителя. Последний зависит от вида реакции и температуры, до которой нагревается ткань. Такие изделия ограничены длительностью службы и являются одноразовыми.

Преимущества:

• тонкие;
• не требуют специального подбора обуви;
• дешевые.

Недостатки:

• температура не регулируется;
• непригодны к повторному использованию;
• работают только в закрытой обуви.

Продлить срок службы некоторых стелек можно, окунув их в воду. Выбирать модель нужно строго по размеру, поскольку обрезать их по форме ноги невозможно.

Преимущества и недостатки стелек с подогревом

Главный вопрос, который волнует будущих покупателей — нужны ли стельки с подогревом, и не будет ли их покупка просто тратой денег. Чтобы ответить на него, нужно разобраться в том, насколько они полезны:

• дополнительный подогрев обуви в холодную погоду;
• предотвращение переохлаждения и отморожений;
• сохранение чувствительности ног (важно для спортсменов и водителей).

Но есть и существенные недостатки:

• зависимость от температуры окружающей среды, нагрев может оказаться избыточным или недостаточным;
• требуется следить за зарядом или временем использования;
• толще обычных;
• батарея разряжается быстрее при низких температурах.

Компенсировать недостатки можно, если выбирать подходящую модель.

Как выбрать и на что обратить внимание при покупке

Выбирать стельки с подогревом нужно в зависимости от того, как часто и в каких условиях их придется использовать:

• Для редких непродолжительных поездок на природу — одноразовые химические. Их хватает на 6 часов, желательно брать собой запасные, даже если не планируется длительное пребывание на природе.
• Для долгих и регулярных поездок (например, на все выходные) — электрические на аккумуляторах или батареях с запасными элементами питания.
• Для коротких, но регулярных прогулок — электрические или многоразовые химические.
• Для поездок на автомобиле — проводные с подключением к прикуривателю.

Качественные стельки герметичны, имеют анатомическую форму, подробную инструкцию по применению и маркировку размера.

Основные фирмы и бренды стелек с подогревом для обуви

Чтобы не получить за свои деньги подделку, не следует покупать изделия на известных китайских платформах — продавец не дает совершенно никакой гарантии исправности и не несет ответственности за качество. Лучше выбрать продукцию проверенных фирм.

Toe Warmer

Это небольшие нагревательные пакеты, которые можно разместить в обуви. Большинство людей располагает нагревательные элементы под пальцами, поэтому форма пакетов ориентирована на носок. Но при желании их можно расположить и под пяткой.

ThermaCell с беспроводным управлением

Удобны для длительных поездок и походов, когда приходится находиться на улице или в плохо отапливаемом помещении длительное время. Аккумулятор встроенный или съемный в зависимости от модели. Для регулировки температуры используется пульт — он включает и выключает стельки, выбирает режим работы. Чтобы управлять, не нужно снимать обувь. Дополнительные элементы — запасные батареи и зарядное устройство для автомобиля нужно покупать отдельно.

Blazewear

Они могут работать на пальчиковых батарейках или литий-полимерных аккумуляторах. Время работы — 5 часов на одном элементе питания. Если их своевременно менять и подзаряжать, то срок работы увеличивается. Основное неудобство заключается в том, что элементы питания крепятся на щиколотку под штаниной, и это заметно мешает. Подходят для водителей и рыбаков, но не подходят для спортсменов и охотников.

DiClime со встроенным аккумулятором

Самая дешевая разновидность электрических теплых стелек. Батарея литий-полимерная, не снимается. Ее можно подзаряжать от розетки или автомобильного прикуривателя. Пульта управления нет, но есть устройство контроля окружающего воздуха, которое изменяет степень нагрева в зависимости от температуры окружающей среды.

RedLaika

Имеют две стартовые комплектации — с пальчиковыми батареями и литий-полимерными аккумуляторами. Элемент питания крепится на щиколотку. Длительность работы первой комплектации — 4ч, второй — до 21 часа. Комплектация с аккумуляторами подвержена быстрой разрядке на холоде.

Стельки со встроенным аккумулятором Insoler

Это популярная модель, которую можно найти в интернет-магазинах. Они относительно дешевые. Когда аккумулятор выходит из строя, его можно заменить самостоятельно, если купить запасной элемент питания. Поскольку он встроенный, то не нужно дополнительно закреплять его на ноге, но из-за этого увеличивается толщина. Управление режимами нагрева происходит автоматически.

Heatfabric

Стельки с корректируемым размером. Электрический нагревательный элемент расположен под пальцами и легко прощупывается руками. преимущество в том, что ее можно обрезать под нужный размер ноги. Поскольку нагревательный элемент небольшой, то возможности подгонки размера весьма широки. Но это же становится минусом — пятка прогревается плохо. Производятся в Китае, что обусловливает низкую цену.

Беспроводные Nordclime

Главное отличие — повышенная емкость аккумулятора, продлевающая срок работы без подзарядки. Зарядное устройство аналогично мобильному. Имеет три режима нагревания, пульт управления и микровыключатель под пяткой, так что управлять температурой можно, не снимая обуви. Рекомендованы пациентам с заболеваниями ног для симптоматического лечения.

Теплые стельки — отличное решение проблемы с замерзанием. Но нужно помнить, что их использование имеет ограничения. Выбирать подходящее изделие нужно, опираясь на характеристики — время работы, возможность подзарядки или замены на природе, удобство использования.

Стельки с подогревом: обзор с замахом на диссертацию

Содержание

Помнится, в прошлом обзоре (это были рукавицы с подогревом) я упоминал, что ко мне уже едут стельки с подогревом.

Так вот: они довольно быстро доехали (за 2 недели), и сейчас Вашему вниманию будет представлен обзор сих высокотехнологичных изделий. 🙂

Точнее, хотелось бы видеть здесь что-то высокотехнологичное с автоматикой, термостабилизацией и т.п., но не сбылось.

Тем не менее, научный подход к анализу этих изделий будет присутствовать во всей красе, включая расчёты и методические рекомендации.

Впрочем, обо всём по порядку.

Так выглядит рекламная картинка этих стелек:

Стельки продаются в двух градациях размеров: с 35 по 40 и с 41 по 46 (EU).

Купить можно на Алиэкспресс, например, у этого продавца. Цена на дату обзора — $6.7 за размер 35-40 и $7 за размер 41-46; на странице продавца могут быть купоны или промокоды на доллар (а могут и не быть, но внимательно посмотреть надо). Цена может меняться; если у других продавцов будут дешевле, то тоже можно брать — товар одинаковый.

Комплект поставки состоит из собственно стелек и USB-кабеля.

Материал стелек — синтетический, предположительно, пористая резина (на ощупь стельки мягкие).

С одной из сторон на эту резину наклеена грубая материя (на которую нанесена разметка для выреза под размер, это — нижняя сторона), а с другой стороны – материя мягкая и бархатистая (это — верхняя сторона стелек).

Так выглядят стельки с нижней стороны (где разметка):

С обратной (верхней) стороны стелек ничего нет:

Кабель для подачи питания выходит из средней части стельки:

В месте выхода кабеля видно, что стельки состоят из двух половинок, склеенных между собой.

Клей — липкий, «невысыхающего» типа, как на изоленте.

Из этого проистекает, что половинки стелек потенциально могут расслаиваться и смещаться друг относительно друга; особенно при нагреве, совмещённом с физической нагрузкой.

А посему целесообразно дополнительно скрепить половинки нитками по краям в нескольких местах, особенно — вблизи выхода кабеля (что и было сделано).

Через щель рядом с выходом кабеля между частями стельки был виден нагревательный элемент в обрамлении из светлой ткани. Подходящие по форме и размеру нагревательные элементы можно найти и отдельно на Алиэкспресс, например, здесь.

Выглядят подобного рода нагревательные элементы так (картинка с Алиэкспресс):

Так что желающие заняться рукоделием могут себе соорудить и другие устройства для подогрева разных частей тела (не забываем об электробезопасности. ).

Кабели, выходящие из стелек, имеют длину 13.5 см и оканчиваются цилиндрическими разъёмами:

На следующем фото — кабель для подключения стелек к power bank (пауэрбанку):

Этот кабель и стал главным техническим разочарованием (не в смысле плохого качества, а в смысле технической примитивности).

Если, например, на кабеле для рукавиц был сенсорный (!) выключатель, то здесь нет вообще никакого: ни сенсорного, ни механического! Включить или выключить стельки можно, только подключив USB-разъём к пауэрбанку или вытащив его.

Кабель для подключения стелек — довольно длинный (145 см).

Он состоит из сдвоенных проводников с тонкой продольной перемычкой между ними; так что проводники кабеля, идущие к разным стелькам, можно разделить друг от друга на любую желаемую длину.

Чтобы после определения оптимальной точки разделения проводников они не продолжили расползаться дальше, желательно точку раздела как-то зафиксировать (например, плотно обмотать несколькими витками жесткого провода).

Оканчивается кабель ответными частями к цилиндрическим разъёмам на стельках:

Наиболее удобным при эксплуатации оказалось пропустить кабель к стелькам не снаружи, а внутри штанов.

Если же пустить кабель снаружи, то это будет не удобно; да и вообще его тогда можно будет легко порвать, зацепившись за какое-либо препятствие.

Практические испытания стелек с подогревом

Начнём со скучных технических измерений и расчётов.

Первым делом было замерено потребление тока от пауэрбанка с напряжением выхода 5 В.

Оно составило почти точно 1.6 Ампера, что очень мило. Это означает, что эти стельки с подогревом можно запитать от любого стандартного пауэрбанка с током выхода в 2 Ампера, коих в продаже — хоть пруд пруди.

Во время этого же эксперимента было определено, что подогреваются стельки в районе пальцев (кроме кончиков) и посередине стельки; пятка остаётся без подогрева.

Полевые испытания показали, что недостатком это не является.

Затем было замерено сопротивление нагревательного элемента стельки со стороны собственного цилиндрического разъёма (а не со стороны USB-разъёма «длинного» кабеля).

Оно составило 5.3 Ом.

Сопротивление соединительного кабеля (до одной стельки) составило 0.95 Ом.

Не могу сказать, чтобы эти цифры порадовали. Из них можно подсчитать КПД системы «стельки + кабель».

Кпд составляет 5.3/(5.3 + 0.95) = 0.848 (

А мощность, получаемая одной стелькой, составит при питании от источника 5 Вольт (пауэрбанка) I*U = I^2*R = (5 V / 6.25 Ohm)^2 * 5.3 Ohm = 3.382 Вт.

Мощность в стельке получается, прямо скажем, не очень большой.

А ведь ещё надо учесть, что эта мощность распределяется в двух направлениях: в сторону ноги и в сторону подошвы ботинка (сапога).

Если допустить, что мощность распределяется пополам (в одну и другую сторону), то ноге от стельки достанутся только 1.7 Ватта. Улучшить эту величину можно, если под стельку с подогревом положить ещё обычную стельку (чтобы не греть зазря подошву ботинка (сапога). Что и было сделано для увеличения эффективности нагрева.

Теперь — в путь!

Лично мне эти стельки потребовались для согрева ступней во время катания на велосипеде; именно в этом качестве они и проверялись при полевых испытаниях .

Первое испытание — сравнительное: сравниваем ощущения ноги с подогревом и ноги без подогрева.

Температура — минус 5 градусов, время в пути на велосипеде — 1.5 часа, стельки вложены в типовые зимние сапоги.

В принципе, если при такой температуре крутить педали достаточно интенсивно, то ноги и без подогрева не замерзают.

Но здесь испытания показали, что ноге с подогревом всё-таки немного теплее и комфортнее, чем ноге без подогрева.

Следующие испытания, проведённые при более холодной погоде (около минус 9 градусов) показали, что нагрев стелек для более жесткой погоды является недостаточным.

Надо повышать мощность, подаваемую на стельки.

К сожалению, пауэрбанков с возможностью подачи на нагрузку напряжений в диапазоне 6-8 Вольт под рукой не нашлось (да и существуют ли они?!).

Посему было принято решение использовать понижающий DC-DC преобразователь, запитав его от пауэрбанка с высоким напряжением на выходе (16-24 В).

Подготовка техники для подачи на стельки с подогревом повышенного напряжения питания и испытания с повышенным напряжением

Итак, чтобы повысить нагрев сколь-нибудь существенно, надо довести мощность на каждой стельке хотя бы до 5 Вт (при том, что в предыдущем эксперименте с питанием от 5 Вольт мощность составила только 3.4 Вт).

Имеющийся у меня в хозяйстве пауэрбанк мог отдавать напряжения в диапазоне 16-24 В, а это слишком много.

Так выглядит этот пауэрбанк (модель IconBIT FTB 16000S):

Сейчас этот пауэрбанк уже не выпускается, но эта проблема — решаемая (подробнее — в завершающей главе).

Подавать от такого пауэрбанка питание напрямую на стельки нельзя.

Даже при нижнем напряжении из этого диапазона (16 В) можно сжечь нагревательный элемент; либо, если он не сгорит, можно превратить стельки в орудие пытки инквизиции (поджаривание пяток).

Можно для гашения лишнего напряжения использовать банальный резистор, но это приведёт к катастрофическому падению КПД всей системы.

Так что выход — только один: использовать понижающий DC-DC преобразователь.

Готового DC-DC преобразователя на нужное напряжение не было; в связи с чем я решил для этой цели переделать давно валяющийся у меня без дела автомобильный преобразователь 12 В -> 5 В, вставляющийся в прикуриватель.

Внутри преобразователя оказалась треугольная плата, основанная на ШИМ-модуляторе TL494.

Эта микросхема известна с древнейших времён, и работа с ней затруднений не вызывает.

Для повышения напряжения на выходе оказалось достаточным соединить контакт 1 микрухи через резистор с землёй. Номинал резистора указывать не буду, т.к. в разных реализациях преобразователя он будет разным.

И вот что получилось в результате этого «колхозстроя» (вид с двух сторон):

На последней фотографии над микросхемой виден резистор, припаянный для подъёма напряжения выхода.

В итоге напряжение на выходе составило на холостом ходу 6.32 В:

Но интересно, что под нагрузкой (один ботинок со стелькой) напряжение не только не падает, но и даже немного повышается (почти до 6.5 В):

К сожалению, два ботинка одновременно запитать эта схема не смогла: срабатывала защита, и напряжение падало до 4 В.

Так что «боевые испытания» пришлось проводить с подогревом только одной стельки; что даже лучше позволило оценить эффективность подогрева.

Мощность, рассеиваемая в стельке, составила I^2*R = 1.05^2*5.3 = 5.84 Вт; что немного превосходит планируемые 5 Вт.

Испытания проводились при температуре минус 12 градусов, продолжительность — 1.5 часов.

Результат оказался позитивным: ступня с подогреваемой стелькой чувствовала себя очень хорошо.

Для создания комфорта обеим ногам пришлось по ходу испытания переключать нагрев с одной стельки на другую.

Окончание симпозиума

Испытания показали, что примитивность стелек (отсутствие регулировки мощности) не позволяет их использовать для создания комфорта при любых погодных условиях (существенных холодах в частности).

При эксплуатации «как есть» они подходят только для небольших морозов; да и то при условии, что под стелькой с подогревом будет ещё и обычная стелька (для предотвращения утечки тепла в сторону подошвы ботинка).

Для эксплуатации при сколь-нибудь серьёзных морозах потребуется повышение напряжения питания сверх стандартных 5 В, которые отдают большинство обычных пауэрбанков.

Наиболее оптимальным будет, видимо, использование пауэрбанка на высокое напряжение (от 12 В), но с последовательным соединением с управляемым понижающим DC-DC преобразователем, который мог бы обеспечить напряжение на выходе в пределах 5 — 8 Вольт. В этом случае пользователь сможет подстраивать мощность нагрева в соответствии с текущими погодными условиями.

При этом описанный в обзоре «колхоз» ни в коем случае не рекомендуется к применению: это было решение для быстрой реализации идеи, а не для долговременного использования.

В качестве более-менее подходящего регулируемого DC-DC преобразователя с индикацией можно привести в пример вот этот недорогой ($2) преобразователь с Алиэкспресс (максимальный ток выхода 3 А, рекомендуемый — 2 А).

Отдельной проблемой будет «добыча» от пауэрбанка повышенного напряжения. Пауэрбанки, дающие на выходе сразу напряжение выше 5 В, сейчас — редкость. Проще приобрести пауэрбанк с поддержкой «быстрой зарядки» со стороны выхода, а дополнительно к нему докупить триггер (иногда называемый «приманкой»), который принудительно переводит пауэрбанк в режим выдачи повышенного напряжения (9-12 Вольт или более). Пример такого триггера на Алиэкспресс — здесь.

Подводя окончательные итоги всех изысканий, придётся волей-неволей прийти к печальному выводу: «доведение до ума» этих стелек приведёт к существенному росту затрат (пауэрбанк с поддержкой «быстрой зарядки» + триггер + DC-DC преобразователь). Да и набивать карманы этим добром не всегда будет удобно.

Стоит ли оно всей этой возни — не знаю. Мне-то уже отступать некуда. 🙂

Последняя и самая элементарная рекомендация — при обрезке стелек с подогревом под размер обуви постараться не отрезать лишнего. Лучше провести несколько итераций подгонки.

Стельки с подогревом были приобретены на Алиэкспресс у этого продавца. Некоторые виды стелек с подогревом можно найти и на сервисе Яндекс.Маркет (даже с пультом дистанционного управления!), но они не испытаны; а точно таких же, как в обзоре, там не найдено.