Конструкция, монтаж и настройка насосной группы для отопления частного дома | C.O.K. archive | 2020

Сегодня на смену стандартным циркуляционным насосам пришел более усовершенствованный формат — насосные группы. Они представляют собой комплекс оборудования, которое не только обеспечивает движение теплоносителя по системе отопления, но и выполняет ряд полезных функций:

• поддерживает постоянную ровную температуру носителя на протяжении всего контура;
• замедляет износ оборудования за счет отсутствия температурных колебаний в системе;
• в случае аварийной ситуации, снижает давление и полностью отключает контур, что помогает предотвратить затопление помещений;
• дает возможность точной установки температуры теплоносителя;
• осуществляет резкую блокировку обратной линии во время аварии, позволяет сохранить тепло в радиаторах до момента устранения поломки.

 

Особенности конструкции насосной группы

Выполнить корректную обвязку отопительного котла невозможно без профессиональных знаний.

Необходимо правильно подобрать все компоненты, провести монтаж и настройку оборудования. От этого зависит эффективность функционирования и безаварийность отопительной системы. С целью упрощения задачи, компании-производители разработали специальное решение — насосные группы.

Насосные группы нередко называют группами быстрого монтажа, так как их установка происходит за короткий период времени. При этом не требуется балансировка между элементами конструкции, комплект оптимально подобран и приведен в равновесие. Специалист просто подключает насосную группу к готовой системе.

Кроме того, насосно-смесительные группы имеют компактный размер, не занимают много места в котельной. Конструкция состоит из ограниченного числа соединений арматура, что существенно снижает риск протечек и повышает надежность системы.

Модели групп быстрого монтажа различаются производительностью, с расчетом на различную мощность и расход отопительной системы. От этого во многом зависит размер модуля, функциональные характеристики насосов и других элементов.

Комплекс может содержать разное количество насосов, термостатических клапанов, термометров и других элементов. Комплектация зависит от протяженности контуров, количества радиаторов и этажности здания.

Обязательными элементами являются:

• циркуляционный насос;
• запорные клапаны;
• обратный клапан;
• термостатические смесительные клапаны;
• термометр;
• распределительная гребенка;
• патрубки и компоненты обвязки.

Часто система отопления реализуется не только за счет радиаторов. Она может включать водяные теплые полы и стены, подогрев открытых веранд. Для решения этой задачи производители предлагают разные конфигурации групп быстрого монтажа.

Отопительная система, в которой необходимо поддерживать определенный температурный режим, оборудуют насосной группой со смесительными узлами. Данный компонент выполняет смешение горячего носителя с остывшей средой из обратной линии до необходимого уровня температуры.

Регулирование может осуществляться механически посредством термостатического клапана или с помощью электрического привода. Ряд моделей оборудуют термореле, которое срабатывает при отклонении от заданного температурного режима, стабилизируя его уровень. Такие насосно-смесительные группы применяют при радиаторном и напольном отоплении, так как в этом случае стабильный показатель играет главную роль для комфортного нахождения в помещении.

Если стоит задача ограничения уровня температур носителя только на подающей или обратной линии, то используют насосные группы с трехходовыми клапанами. В зависимости от конструкции и участка монтажа, этот элемент регулирует температурный уровень теплоносителя перед поступлением в контур, либо охлаждает рабочую жидкость на обратной линии до поступления ее в отопительный котел. Существуют модели, оснащенные четырехходовыми клапанами. В отличие от вышеперечисленных вариантов, они одновременно решают две задачи: сдерживают уровень температуры носителя перед поступлением в контур и охлаждают на обратной линии до поступления в котел.

Такие насосно-смесительные группы актуальны при использовании твердотопливных котлов, так как остывшая рабочая жидкость может повредить устройство.

Насосные группы без смесительного узла не оказывают влияние на температуру. Их применяют в системах, где не требуется температурные ограничения, например, высокотемпературное радиаторное отопление в многоквартирных домах. Основная задача такого насосного комплекса — транспортировка рабочей жидкости в контуры отопления.

Группу с теплообменниками устанавливают в том случае, если нельзя допускать смешивание рабочих сред. Это могут быть системы, где в качестве теплоносителей используются вода и антифриз, а также в контуре теплых полов с кислородопроницаемыми трубами. Теплообменники незаменимы при обогреве открытых пространств, где высока вероятность охлаждения или повреждения системы, например бассейны.

Чтобы ограничить расход теплоносителя или уменьшить давление жидкости в системе, в некоторых моделях насосных групп предусмотрены байпасы — перепускные клапаны. При возрастании сопротивления в трубопроводе, открывается переливной клапан и рабочая жидкость поступает в обратный контур. Это помогает избавиться от шума в системе отопления, позволяет продлить срок эксплуатации оборудования.

Многие производители обеспечивают насосно-смесительные группы съемными кожухами с теплоизолирующим эффектом, что сократить теплопотери. Оболочка имеет отверстия для легкого доступа к термометрам, переключателям и приводу управления.

 

Принципы монтажа и балансировки

При выборе насосной группы необходимо иметь в виду особенности расположения подающей и обратной линии контуров отопления. В первую очередь это относится к многоконтурным системам. Некоторые насосно-смесительные группы имеют универсальную конструкцию, при которой можно перенести подключение линий на любую удобную сторону. Но также, в ассортименте производителей есть комплексы с возможностью подключения подачи только слева или справа.

Как правило, насосные группы могут подключаться к котлам любой конфигурации, с учетом места расположения патрубков (напольные, настенные, двухконтурные и т.  д.). Существуют модели, предназначенные только для настенных котлов, которые размещаются под теплогенератором. Здесь соединение с трубопроводом расположено в верхней части устройства.

На каждый отопительный контур монтируют отдельную насосную группу. Их присоединяют к котлу с помощью коллекторной гребенки, в которую попеременно подключены патрубки подающей и обратной линии каждого контура. Некоторые коллекторы в своей конструкции имеют гидравлическую стрелку, которая выполняет функцию балансировки потоков. При подключении автоматического регулирования, насосные группы работают в связке и управляются единой панелью.

Главным элементом группы является циркуляционный насос. Есть комплексы, в которых изначально установлено насосное устройство определенной мощности. Но также, существуют модели со свободным местом для монтажа насоса. В этом случае можно самостоятельно подобрать прибор необходимого уровня производительности. Монтажная длина насосов стандартная у большинства производителей и составляет 130 мм, 180 мм, 220 мм. Обычно в насосных группах используют гидравлическое устройство с мокрым ротором, где поступающая жидкость выполняет функцию смазочного материала.

Важным этапом для эффективного функционирования отопительной системы является ее балансировка. Это нужно для того, чтобы исключить перерасход электроэнергии, и продлить срок службы оборудования. Задачу выполняют путем настройки термостатических клапанов, тепловизоров и термометров на необходимый объем прохождения рабочей жидкости в разных участках системы. Если циркуляционный насос оснащен автоматикой, то балансировка происходит достаточно просто и быстро в автоматическом режиме.

Таким образом, выбирая насосную группу, необходимо ориентироваться на параметры системы отопления. От этого зависит производительность устройства, удобство управления и комфорт нахождения в жилых помещениях. В данном случае стоит обратиться к специалисту, обладающему профессиональными знаниями в данной сфере.

Балансировка системы отопления в частном доме

После окончания монтажа необходима настройка системы отопления или ее балансировка. Это позволяет выявить, исправить, устранить неувязки в работе котлоагрегата и других приборов, обеспечив высокую эффективность работы и теплоотдачи. Вопреки распространенному мнению, в балансировке нуждается отопительная система не только крупного многоэтажного здания, но и небольшого частного дома, вплоть до малогабаритной дачной постройки. Разбалансировка — причина неправильного распределения тепла, когда в одних комнатах очень жарко, а в других недостаточно тепло. В связи с этим рекомендуется проводить балансировку перед началом каждого отопительного сезона.

Балансировка системы отопления

В чем заключается балансировка системы отопления

В ситуации, когда последняя батарея прогревается недостаточно, метод повышения мощности насоса или системы в целом не является эффективным. Балансировка поможет правильно распределить энергию теплогенератора, учитывая потребность в тепле каждого помещения.

Балансировка отопительной системы, в первую очередь, нужна для настройки запорно-регулирующей арматуры, которая отвечает за интенсивность движения теплоносителя по трубопроводу. Наличие данных приборов облегчает эксплуатацию системы, потому что устройства автоматически поддерживают заданные параметры. Но они не способны самостоятельно выполнять балансировку и, более того, им самим нужна периодическая проверка.

Арматура состоит из регуляторов расхода и давления, перепускных и балансировочных клапанов. Они регулируют давление, исключая избыточные перепады (причина неисправности автоматики и термостатов). Также с их помощью определяются и устраняются дефекты системы на локальных участках.

Балансировка двухтрубной системы отопления в частном доме

Основной критерий выбора запорно-регулирующей арматуры — состав системы отопления частных домов:

• В однотрубных лучше устанавливать балансировочные клапаны ручного типа.
• В двухтрубных, оборудованных автоматическими терморегуляторами, — автоматического типа.

Гидравлическая балансировка

Гидравлическая регулировка (балансировка) системы отопления частных домов решает две основных задачи:

• Повышения комфорта за счет обеспечения оптимального температурного режима.
• Снижение энергозатрат в результате эффективного использования ресурсов.

В ходе работ:

• Оцениваются радиаторы, измеряются теплопотери через окна, двери, стены, перекрытия.
• Подбирается, устанавливается (меняется), настраивается балансировочный клапан.

Гидравлическая балансировка – метод оптимизации отопительной системы

Важно перед началом балансировки отладить систему. С этой целью открываются все краны и клапаны, установленные на трубопроводе и возле приборов отопления, проводится тестовый запуск отопительной системы. Так вы убедитесь, что отопительное оборудование (циркуляционный насос, батареи) в порядке или необходима прочистка фильтров. Затем выполняется промывка системы отопления — заливается деаэрированная вода и нагревается до рабочей температуры. При появлении воздушных карманов осуществляется удаление воздуха.

Методы и порядок осуществления балансировки

Существует два основных метода сбалансировать приборы обогрева:

• Простой. Он же является наиболее трудоемким. Во время корректировки положения балансировочных клапанов осуществляются многократные замеры их показаний.
• Сложный. Отличается надежностью, так как предполагает разбивку системы на модули (отдельные приборы обогрева или их группа). Каждый модуль оборудуется балансировочным клапаном, обеспечивающим его автономность. Общая мощность отопительной системы принимается за 100%, а показания отдельных частей превращают в доли (20%, 40% и так далее). Далее каждый модуль регулируется отдельно до того момента, пока показатель не будет соответствовать нужному значению.

Замер показаний балансировочного клапана

Это удобно и в плане эксплуатации, когда при необходимости легко меняется температурный ражим. Число клапанов балансировки может увеличиваться постепенно, начиная с одного устройства в области циркуляционного насоса.

Инструменты для балансировки

К ним относятся балансировочный клапан и специальный прибор для измерений.

Балансировочный клапан — разновидность запорной арматуры для регулировки гидравлического сопротивления в системах отопления. Прибор решает поставленную задачу путем изменения диаметра сечения трубы.

Современные модели Y-типа отличаются возможностью преднастройки, что ограничивает расход, отмеченный на ручке со шкалой. Конструкцией предусмотрено наличие двух ниппелей для измерения давления, температуры, перепада расхода теплоносителя. Название обусловлено формой корпуса, где конусы размещены под оптимальным углом друг к другу. Так минимизируется влияние потока теплоносителя на измерения, повышается точность настройки.

Когда необходимо устанавливать:

• Максимальная нагрузка на систему не обеспечивает комфортную температуру.
• При постоянной нагрузке в помещении наблюдаются значительные температурные перепады.
• Нельзя достигнуть нормальной мощности обогрева.

Преимущества от установки данного устройства следующие:

• Уменьшение расхода топлива и затрат на отопление.
• Увеличение эффективности использования системы отопления и повышения комфорта за счет возможности регулировать температуру воздуха в каждом отдельном помещении.
• Упрощает запуск.

Современный балансировочный кран

Установка балансировочного клапана предполагает использование специальных фитингов и адаптеров. Важно обратить внимание на наличие выштампованной на корпусе прибора стрелки и ее направление. Некоторые устройства монтируются строго в определенном направлении циркуляции воды. Нарушив данную рекомендацию производителя, вы спровоцируете поломку клапана и сбой в системе. По завершению установки следует выполнить замеры для определения уровня регулировки.

Измерить перепады давления и температуры, а также расход теплоносителя на балансировочном клапане можно при помощи специального прибора.

Многофункциональное компьютерное устройство укомплектовано точными датчиками, а кроме функции измерения, способно устранять обнаруженные ошибки и проводить балансировку. Данное устройство значительно упрощает и ускоряет процесс точной настройки системы отопления.

Производителями современных устройств предусмотрена возможность их подключения к компьютеру. Установка специальной программы позволяет передавать данные на ПК для дальнейшей работы с ними.

Важно не просто купить современное оборудование, но и знать, каким им пользоваться. В противном случае процесс настройки будет неэффективным, что приведет к неправильной работе обогрева, отсутствию комфортного микроклимата, перерасходу тепловой и электрической энергии.

Методика:

• При помощи клапанов-партнеров гидравлическая система делится на модули.
• Далее проводится балансировка всех частей, начиная от стояков и коллекторов, заканчивая тепловыми пунктами. Так удается достичь проектных расходов всех модулей и клапанов при минимальных потерях давления на самих устройствах.
• После балансировки насос переключается на ту мощность, которая обеспечивает расчетную скорость циркуляции воды в системе. Это позволит настроить расход на главном модуле, расположенном у насоса.

Результат настройки клапанов балансировки — полученные данные о том, какие значения необходимы и достигнуты. Данная информация позволяет проверить качество выполненных работ и является его гарантией.

Регулятор с датчиком регулирования температуры для балансровки отопления

В результате правильно выполненной балансировки нагнетательное оборудование начинает потреблять минимум электричества, а расход тепловой энергии осуществляется рационально.

Еще одной проблемой, с которой приходится сталкиваться при отсутствии специальных устройств, является невозможность определить качество работы теплоснабжения, когда она эксплуатируется. Балансировочные клапаны Y-типа с измерительными ниппелями обладают функцией самодиагностики системы, которая заключается в следующем:

• Определение неисправности при том, что система обогрева продолжает работать.
• Проверка технического состояния и рабочих параметров оборудования.
• Принятие решений при выявлении неисправностей.

Таким образом, выполняется поиск ошибок и их быстрая ликвидация.

Выводы

Технический прогресс и усовершенствование теплотехники дали возможность владельцам частных домов, проверить и настроить отопительную систему правильно, своевременно получать информацию о возникших ошибках.

Современные приборы для балансировки отопления

Регулярное проведение балансировки системы отопления — обязательное условие ее нормальной работы. Это позволяет обеспечить равномерный обогрев здания при том, что в каждом помещении будет поддерживаться заданная температура.

Правильное функционирование системы легко контролировать и регулировать при помощи балансировочного крана.

При сбалансированной работе отопления можно не беспокоиться о долговечности запорной арматуры и трубопровода, экономичности и эффективности котлоагрегата и прочих приборов.

Правильно подобранное балансировочное оборудование позволяет минимизировать риск полной замены отопления (в случае старой системы), сэкономив материальные средства.

Видео по теме:

Где установить солнечные батареи в вашем доме

Поскольку все больше и больше людей устанавливают солнечные батареи в своих домах, а цены на электроэнергию из сети продолжают расти, системы накопления энергии, также известные как солнечные батареи, становятся все более популярными среди домовладельцев. Солнечные батареи — это технология, дополняющая солнечные панели, которая помогает обеспечить энергетическую безопасность и снизить зависимость от сети, а также сэкономить деньги за счет снижения затрат на электроэнергию. В США существуют правила, положения и рекомендации, обеспечивающие безопасный и эффективный монтаж аккумуляторов. В этой статье мы обсудим, где вы должны и не должны устанавливать аккумулятор, чтобы максимально увеличить его емкость и вашу безопасность!

Узнайте, сколько стоит солнечная энергия + хранение в вашем районе в 2023 году

Ключевые выводы

---

• Солнечные батареи являются наиболее распространенной формой хранения солнечной энергии и помогают уменьшить зависимость от сети, позволяя домовладельцам обеспечить собственную энергетическую безопасность.
• NFPA 855: Стандарт по установке стационарных систем накопления энергии содержит требования по установке систем накопления энергии.
• Существует несколько факторов, таких как погода, климат и вес аккумулятора, которые определяют, как и где можно установить аккумулятор.
• Посетите рынок EnergySage Marketplace, чтобы сравнить цены на солнечные установки и аккумуляторы.

Что в этой статье?

• Что такое солнечные батареи?
• Где можно установить солнечную батарею?
• Рекомендации по размещению батареи

Что такое солнечные батареи?

Солнечные батареи являются наиболее распространенной формой хранения солнечной энергии, что важно, потому что солнце не всегда светит! Возможно, вы рассматриваете солнечную батарею, если ищете отказоустойчивость, энергобезопасность или экономию средств (особенно если вы живете в районе, где действуют тарифы на время использования (TOU) или нет чистых счетчиков). Хотя в большинстве доступных сегодня домашних аккумуляторов используется литий-ионный химический состав, они бывают разных форм, размеров и емкости. Ознакомьтесь с Руководством покупателя EnergySage, чтобы изучить и сравнить различные варианты солнечных батарей, доступные сегодня.

Где можно установить солнечную батарею?

Чтобы определить, где вам следует установить солнечную батарею, в первую очередь важно ознакомиться с требованиями Национальной ассоциации противопожарной защиты (NFPA), некоммерческой организации, занимающейся установлением норм и стандартов для обеспечения пожарной безопасности. Они создали NFPA 855: Стандарт для установки стационарных систем хранения энергии, чтобы установить минимальные требования для снижения любых опасностей, связанных с хранением энергии.

NFPA 855 включает различные требования к местоположению для установок системы накопления энергии в зависимости от емкости. Они считают системы мощностью от 1 киловатт-часа (кВтч) до 20 кВтч жилыми — любая система мощностью более 20 кВтч должна соответствовать требованиям к коммерческой установке. Если ваша система имеет мощность 20 кВтч или меньше, вы можете безопасно установить солнечную батарею в следующих местах в соответствии с NFPA 855:

• В пристроенном или отдельно стоящем гараже
• На внешней стене или на открытом воздухе, если она находится на расстоянии трех футов от двери или окна
• В подсобном помещении или в кладовой или подсобном помещении

Независимо от местоположения, если вы устанавливаете систему хранения в помещении, в незавершенном помещении, вам необходимо убедиться, что стены и потолок защищены как минимум ⅝ дюймовый гипсокартон (обычно называемый гипсокартоном) для огнестойкости. Кроме того, если вы устанавливаете аккумулятор в месте, на которое может повлиять транспортное средство, вы также должны убедиться, что есть барьер для защиты от случайного повреждения, которое может привести к пожару или взрыву.

На что обратить внимание при выборе места для размещения батареи

Стоимость солнечных батарей варьируется от 8 500 до 10 000 долларов США (без учета установки), поэтому при покупке и установке батареи важно тщательно определить, где будет располагаться ваша система. Мы обрисовали в общих чертах некоторые ключевые моменты, которые вам необходимо учитывать, но в конечном итоге вы захотите проконсультироваться со своим установщиком, который будет следовать рекомендуемым советам по установке, предоставленным производителем.

Погода и климат 

Многие аккумуляторы можно устанавливать внутри и снаружи помещений в зависимости от степени защиты IP, которая является международным стандартом, указывающим степень защиты механического или электрического корпуса от пыли и воды. Однако в районах с экстремальной изменчивостью климата, например, с проливными дождями, экстремальным солнечным светом и влажностью, лучше всего устанавливать аккумулятор в помещении, чтобы продлить срок его службы и свести к минимуму вероятность повреждения.

Вес батареи

Некоторые батареи могут быть очень тяжелыми и плотными, поэтому, возможно, вам потребуется проконсультироваться с лицензированным инженером-строителем, прежде чем выбрать место для вашей системы хранения. Инженер должен быть в состоянии осмотреть ваш дом и порекомендовать области и фитинги, которые смогут выдержать вес батареи, а также соответствовать строительным нормам.

Вентиляция и безопасность 

Некоторые аккумуляторы могут выделять легковоспламеняющиеся газы, а многие из них могут сильно нагреваться, поэтому вам необходимо убедиться, что ваша система хранения установлена ​​в хорошо проветриваемом помещении, вдали от основных жилых помещений или легковоспламеняющихся материалы.

Марка дома 

Кирпичные дома негорючие, что может дать вам немного больше гибкости с точки зрения места установки. Если ваш дом обшит деревянным сайдингом, вам, вероятно, придется поставить барьер из негорючего материала между батареей и самим домом.

Удобство обслуживания

Большую часть времени ваша батарея будет работать без сбоев, и вам не придется много для этого делать, но всегда есть вероятность, что что-то пойдет не так, и вам придется отремонтировать или заменить батарею. Таким образом, выбирая место для установки аккумулятора, лучше выбрать легкодоступное место в случае необходимости его обслуживания.

Размер системы

Если вы устанавливаете систему хранения с несколькими батареями, убедитесь, что вы устанавливаете ее в таком месте, где вы можете поддерживать безопасное расстояние между каждой из батарей. Как правило, вам понадобится не менее трех футов между каждой батареей, чтобы обеспечить безопасную настройку.

Требования производителя

Многие производители прилагают специальные инструкции по установке батарей, и если вы не будете следовать этим требованиям, вы можете лишиться гарантии. Если вы рассматриваете конкретный аккумулятор, проконсультируйтесь с установщиком перед выбором места для вашей системы хранения, чтобы убедиться, что оно соответствует рекомендациям производителя.

Безопасны ли солнечные батареи?

---

Возможно, вы читали здесь и там несколько новостей о возгорании солнечных батарей, и хотя это возможно, важно помнить, что это происходит крайне редко и солнечные батареи безопасны . Как правило, когда вы слышите об этих сценариях, это происходит из-за неправильной установки системы хранения, поэтому так важно найти авторитетного и опытного установщика, который знает, как установить выбранную вами батарею. Чтобы узнать больше о безопасности солнечных батарей, ознакомьтесь с этой статьей.

Найдите подходящую батарею для вашего дома

Лучший способ убедиться, что вы устанавливаете нужное оборудование по нужной цене (и в нужном месте!), — это сравнить предложения от нескольких установщиков солнечных батарей и аккумуляторов. Зарегистрируйтесь бесплатно на EnergySage Marketplace сегодня, чтобы получить до семи индивидуальных предложений от предварительно проверенных местных установщиков. Уже имеете в виду конкретную батарею? Просто отметьте это в своей учетной записи, чтобы установщики могли включить батарею в свои котировки.

BU-304a: Вопросы безопасности при использовании литий-ионных аккумуляторов

Безопасность литиевых аккумуляторов привлекла большое внимание средств массовой информации и юристов. Любое устройство для хранения энергии сопряжено с риском, как это было продемонстрировано в 1800-х годах, когда взорвались паровые двигатели и пострадали люди. Перевозка легковоспламеняющегося бензина в автомобилях была горячей темой в начале 1900-х годов. Все аккумуляторы несут риск для безопасности, и производители аккумуляторов обязаны соблюдать требования безопасности; Известно, что менее уважаемые фирмы делают ярлыки, и это «покупатель, берегись!»

Литий-ионный аккумулятор безопасен, но с миллионами потребителей, использующих аккумуляторы, неизбежны сбои. В 2006 году одна из 200 000 поломок привела к отзыву почти шести миллионов литий-ионных аккумуляторов. Sony, производитель рассматриваемых литий-ионных элементов, отмечает, что в редких случаях микроскопические частицы металла могут вступать в контакт с другими частями элемента батареи, что приводит к короткому замыканию внутри элемента.

Производители аккумуляторов стремятся свести к минимуму присутствие металлических частиц. Полупроводниковая промышленность потратила миллиарды долларов, чтобы найти способы уменьшить количество частиц, которые снижают производительность пластин. Усовершенствованные чистые помещения относятся к классу 10, в котором присутствует 10 000 частиц размером более 0,1 мкм на кубический метр (ISO 4 согласно ISO 14644 и ISO 1469).8). Несмотря на такую ​​высокую чистоту, в полупроводниковых пластинах все еще встречаются дефекты частиц. Класс 10 уменьшает количество частиц, но не устраняет их полностью.

Производители аккумуляторов могут использовать менее строго контролируемые чистые помещения, чем производители полупроводников. В то время как неработающий полупроводник просто оказывается в мусорном ведре, скомпрометированный литий-ионный аккумулятор может попасть в рабочую силу незамеченным и выйти из строя, не подозревая об этом. Возникающие в результате отказы особенно критичны при утончении сепараторов для увеличения удельной энергии.

Элементы с ультратонкими сепараторами толщиной 24 мкм или менее (24 тысячных миллиметра) более восприимчивы к загрязнениям, чем более старые модели с более низкими характеристиками в ампер-часах. В то время как батарея емкостью 1350 мАч в корпусе 18650 может выдержать испытание на проникновение гвоздя, батарея высокой плотности емкостью 3400 мАч может воспламениться при выполнении того же теста. (См. BU-306: Какова функция сепаратора?) Новые стандарты безопасности определяют, как используются батареи, а тест UL1642 Underwriters Laboratories (UL) больше не требует проникновения гвоздя для обеспечения безопасности литиевых батарей.

Чтобы проверить безопасность новой ячейки, производитель может предоставить 1 миллион образцов рабочей силе для наблюдения. Ячейка одобрена для использования в критических миссиях, таких как медицинские, если в течение одного года не произойдет сбоев, которые могут поставить под угрозу безопасность. Подобные полевые испытания также распространены для фармацевтических продуктов.

Li-ion, использующий обычные оксиды металлов, приближается к своему теоретическому пределу по удельной энергии. Вместо того, чтобы оптимизировать емкость, производители аккумуляторов совершенствуют методы производства, чтобы повысить безопасность и увеличить календарный срок службы. Настоящая проблема заключается в том, что в редких случаях внутри элемента возникает короткое замыкание. Периферийные устройства внешней защиты неэффективны для предотвращения теплового разгона. Аккумуляторы, отозванные в 2006 году, соответствовали требованиям безопасности UL, но при нормальном использовании с соответствующими схемами защиты они вышли из строя.

Существует два основных типа отказа батареи. Один происходит с предсказуемым интервалом на миллион и связан с дефектом конструкции электрода, сепаратора, электролита или технологических процессов. Эти дефекты часто связаны с отзывом для исправления обнаруженного недостатка. Более сложные отказы — это случайные события, не указывающие на недостаток конструкции. Это может быть стрессовое событие, такое как зарядка при минусовой температуре, вибрация или случайность, сравнимая со столкновением с метеоритом.

Давайте более внимательно изучим внутреннюю работу клетки. Небольшое короткое замыкание вызовет только повышенный саморазряд, а накопление тепла будет минимальным, поскольку мощность разряда очень низкая. Если в одном месте сойдется достаточное количество микроскопических металлических частиц, то между электродами ячейки начнет протекать значительный ток, пятно нагревается и ослабевает. Как небольшая утечка воды в неисправной гидроплотине может перерасти в поток и разрушить конструкцию, так и накопление тепла может повредить изоляционный слой в ячейке и вызвать короткое замыкание. Температура может быстро достигать 500°C (932°F), после чего ячейка загорается или взрывается. Возникающий тепловой выброс известен как «выброс пламени». «Быстрая разборка» — предпочтительный термин в аккумуляторной промышленности.

Неравномерные разделители также могут вызвать отказ ячейки. Плохая проводимость из-за сухих участков увеличивает сопротивление, что может привести к возникновению локальных пятен перегрева, которые ослабляют целостность сепаратора. Тепло всегда враг батареи.

Крупнейший производитель литий-ионных аккумуляторов делает рентген каждого отдельного аккумулятора в рамках автоматизированного контроля качества. Программное обеспечение исследует аномалии, такие как погнутые выступы или раздавленные булочки с желе. Вот почему сегодня литий-ионные аккумуляторы настолько безопасны, но такие тщательные методы производства могут предлагаться только известными брендами.

Почему батареи выходят из строя

Качественные литий-ионные батареи безопасны, если их использовать по назначению. Тем не менее, было зарегистрировано большое количество отказов от перегрева и возгорания в потребительских товарах, в которых используются несертифицированные батареи, и ховерборд является примером. Это могло быть решено с использованием сертифицированного литий-ионного аккумулятора в большинстве современных моделей. Представитель UL на встрече в Вашингтоне, округ Колумбия, заявил, что с момента сертификации литий-ионных аккумуляторов в ховербордах не было зарегистрировано ни одного нового случая перегрева или возгорания. Пожар, возникший в Samsung Galaxy Note 7, произошел из-за производственного брака, который был устранен. Основная корабельная батарея в Boeing 787 Dreamliner также имела дефекты, которые были устранены.

Неправильное использование всех аккумуляторов: чрезмерная вибрация, повышенный нагрев и зарядка литий-ионных аккумуляторов при температуре ниже нуля. (См. BU-410: Зарядка при высокой и низкой температуре.) Литий-ионные и свинцово-кислотные аккумуляторы нельзя полностью разряжать, их необходимо хранить с оставшимся зарядом. В то время как батареи на основе никеля могут храниться в полностью разряженном состоянии без видимых побочных эффектов, литий-ионные батареи не должны падать ниже 2 В на элемент в течение любого периода времени. Внутри элементов образуются медные шунты, которые могут привести к повышенному саморазряду или частичному короткому замыканию. При перезарядке элементы могут стать нестабильными, вызывая чрезмерный нагрев или проявляя другие аномалии.

Тепло в сочетании с полной зарядкой, как говорят, вызывает большую нагрузку на литий-ионный аккумулятор, чем обычная езда на велосипеде. Держите аккумулятор и устройство вдали от солнечных лучей и храните в прохладном месте при частичном заряде. Превышение рекомендуемого зарядного тока сверхбыстрой заменой также вредит Li-ion. Никель-кадмий — единственная химия, допускающая сверхбыструю зарядку с минимальным напряжением. (См. BU-401a: Быстрое и сверхбыстрое зарядное устройство)

Литий-ионные аккумуляторы, подвергшиеся нагрузкам, могут функционировать нормально, но они становятся более чувствительными к механическим повреждениям. Ответственность за неисправную батарею несет производитель, даже если неисправность могла быть вызвана неправильным использованием и обращением. Это беспокоит производителей аккумуляторов, и они делают все возможное, чтобы сделать свою продукцию безопасной. Обращайтесь с батареей, как с живым организмом, предотвращая чрезмерное напряжение.

Ежедневно в мире используется более миллиарда мобильных телефонов и компьютеров, поэтому количество несчастных случаев невелико. Для сравнения, Национальное управление океанических и атмосферных исследований утверждает, что ваш шанс быть пораженным молнией в течение жизни составляет примерно 1 к 13 000. Литий-ионные аккумуляторы имеют частоту отказов менее одного случая на миллион. Частота отказов качественного литий-ионного элемента лучше, чем 1 случай на 10 миллионов.

Промышленные аккумуляторы, используемые, например, в электроинструментах, как правило, более прочные, чем в потребительских товарах. Помимо прочной конструкции, аккумуляторы для электроинструментов обеспечивают максимальную мощность и меньшее энергопотребление для длительного времени работы. Силовые элементы имеют более низкий рейтинг Ah, чем энергетические элементы, и в целом более терпимы и безопасны при неправильном использовании.

Аккумуляторная безопасность в общественных местах решает проблемы, связанные с потребительскими аккумуляторами. Один из самых аварийно-опасных аккумуляторов — литий-ионный в ячейке 18650 с незнакомой торговой маркой. Эти батареи, доступные для вейпинга, не обладают таким же качеством и безопасностью, как известные торговые марки. Литий-ионный аккумулятор безопасен, если он изготовлен известным производителем, но было несколько пожаров и травм, когда аккумуляторы разрабатывали дефекты и загорались при ношении в одежде и во время путешествий. Пожар на борту вынудил самолет WestJet вернуться в аэропорт в 2018 году вскоре после взлета. Горящая батарея электронной сигареты была незаконно помещена в багаж как запасная и зарегистрирована. Грузовой отсек самолета недоступен во время полета, а горящая батарея требует незапланированной посадки. Федеральное авиационное управление США (FAA) зафиксировало 206 инцидентов с литий-ионными аккумуляторами в период с 19 по 2019 год.91 и 2018.

Электромобиль также связан с проблемами безопасности. Однако статистика показывает, что электромобили вызывают меньше возгораний по сравнению с автомобилями с двигателем внутреннего сгорания (ДВС) на миллиард пройденных километров. По данным Национальной ассоциации противопожарной защиты (NFPA), в 1980-х годах сгорело более 400 000 автомобилей с двигателями внутреннего сгорания. Сегодня нормой считается 90 пожаров на миллиард автомобилей с ДВС; в отчетах говорится, что у Tesla было всего два возгорания на один миллиард пройденных километров.

Что делать, если аккумулятор перегрелся или загорелся

Если литий-ионный аккумулятор перегрелся, зашипел или вздулся, немедленно отодвиньте устройство от легковоспламеняющихся материалов и положите его на негорючую поверхность. Если есть возможность, вытащите батарею и вынесите на улицу, чтобы она сгорела. Простое отключение аккумулятора от зарядки может не остановить его разрушительный путь.

С небольшим литий-ионным огнем можно обращаться так же, как с любым другим горючим огнем. Для достижения наилучших результатов используйте пенный огнетушитель CO 9.0154 2 , сухие химические вещества ABC, порошкообразный графит, медный порошок или сода (карбонат натрия). Если пожар происходит в салоне самолета, FAA предписывает бортпроводникам использовать воду или газировку. Продукты на водной основе наиболее доступны и подходят, поскольку литий-ион содержит очень мало металлического лития, который вступает в реакцию с водой. Вода также охлаждает прилегающую территорию и препятствует распространению огня. Исследовательские лаборатории и фабрики также используют воду для тушения возгораний литий-ионных аккумуляторов.

Экипаж не может получить доступ к грузовым отсекам пассажирского самолета во время полета. Чтобы обеспечить безопасность в случае пожара, самолеты полагаются на системы пожаротушения. Галон — обычное средство пожаротушения, но этого вещества может оказаться недостаточно для тушения возгорания литий-ионных аккумуляторов в грузовом отсеке. Тесты FAA показали, что противопожарный газ галон, установленный в грузовых отсеках авиакомпаний, не может потушить возгорание батареи, которое сочетается с другими легковоспламеняющимися материалами, такими как газ в аэрозольном баллончике или косметика, которую обычно носят путешественники. Однако система предотвращает распространение пламени на соседние легковоспламеняющиеся материалы, такие как картон или одежда.

В связи с увеличением использования литий-ионных аккумуляторов были разработаны улучшенные методы тушения литиевых пожаров. Водная вермикулитовая дисперсия (АВД) диспергирует химически вспученный вермикулит в виде тумана, что дает преимущества по сравнению с существующими продуктами. Огнетушители AVD выпускаются в аэрозольных баллончиках объемом 400 мл для тушения небольшого пожара; Канистра АВД для складов и заводов; система тележки AVD на 50 литров для больших пожаров и модульная система, которую можно перевозить на пикапе.

Extover® — это еще одно средство пожаротушения, которое эффективно тушит горящие литий-ионные аккумуляторы, сводя к минимуму ущерб окружающей среде за счет изоляции источника возгорания. Легкий и сыпучий стеклянный заполнитель можно наносить на горящую батарею вручную, ведром или лопатой. Размер зерен варьируется от 0,04 мм до 2 мм для различных применений. Extover® обеспечивает безопасное выгорание батареи благодаря однородному покрытию, поскольку горящую литий-ионную батарею нелегко потушить. Extover® не содержит химических реагентов, изготовлен из 100% переработанных материалов и подходит для малых и больших батарей. Материал можно использовать повторно, если он чистый.

Доступным и эффективным антипиреном является песок, хранящийся в огнеупорной бочке. В случае пожара горящую батарею перемещают в поддон и засыпают песком, чтобы обеспечить контролируемое выгорание. Песок также можно насыпать на горячую батарею, чтобы предотвратить распространение огня. Песок примерно в три раза тяжелее, чем Extover®, изготовленный из бытового стекла.

Большой литий-ионный аккумулятор, например, в электромобиле, может потребоваться потушить. Можно использовать воду с добавлением меди, но она может быть недоступна и стоит дорого для пожарных цехов. Все чаще специалисты советуют использовать воду даже при больших возгораниях Li-ion. Вода снижает температуру горения, но ее не рекомендуется использовать при возгорании аккумуляторов, содержащих литий-металл.

Исследование, проведенное IdTechEx , показывает, что 17% возгораний электромобилей происходят во время обычного вождения; 25% при зарядке; 20% при аварии; и 4%, когда батарея чрезмерно подвергается воздействию воздуха или воды. В отчете говорится, что возгорание электромобилей более серьезное, чем у обычных автомобилей с ДВС. При пожаре Tesla Model S потребовалось около 30 000 галлонов (более 100 000 литров) воды для тушения пожара из-за повторного возгорания и непрерывного горения в течение четырех часов. Для сравнения, типичный пожар в автомобиле с двигателем ДВС можно потушить примерно 300 галлонами (> 1000 литров) воды. Средства защиты от пожаров электромобилей часто представляют собой изменения программного обеспечения, чтобы снизить емкость батареи до 90%. В элементах также были редкие производственные дефекты. IDTechEx ожидает ужесточения правил проектирования с использованием более огнестойких материалов.

При возгорании литий-металлической батареи используйте только огнетушитель класса D. Металлический литий содержит много лития, который вступает в реакцию с водой и усугубляет пожар. По мере роста количества электромобилей должны расти и методы тушения таких пожаров.

ВНИМАНИЕ

Не используйте огнетушитель класса D для тушения других типов пожаров; убедитесь, что обычные огнетушители также доступны. При возгорании батареи обеспечьте достаточную вентиляцию, пока батарея не сгорит.

Во время теплового разгона высокая температура неисправного элемента внутри аккумуляторной батареи может распространяться на следующие элементы, что также приводит к их термической нестабильности. Может произойти цепная реакция, при которой каждая клетка распадается по своему собственному графику. Таким образом, упаковка может быть уничтожена за несколько секунд или в течение нескольких часов, поскольку каждая ячейка потребляется. Для повышения безопасности пакеты должны включать разделители, чтобы защитить неисправную ячейку от распространения на соседнюю. Рисунок 1 показывает ноутбук, поврежденный неисправной литий-ионной батареей.

Рисунок 1: Предполагается, что литий-ионный аккумулятор уничтожил ноутбук ^[1]
Владелец говорит, что ноутбук лопнул, зашипел, зашипел и начал наполнять комнату дымом.

Газ, выделяемый литий-ионным аккумулятором с вентиляцией, в основном представляет собой двуокись углерода (CO ₂ ). Другие газы, образующиеся при нагревании, представляют собой испаряющийся электролит, состоящий из фтористого водорода (HF) в количестве от 20 до 200 мг/Втч и фосфорилфторида (POF 9).0154 3 ) от 15–22 мг/Втч. Горючие газы также включают продукты сгорания и органические растворители.

Информация о токсичности горючего электролита ограничена, и токсичность может быть выше, чем у обычных горючих материалов. Проветрите помещение и покиньте помещение при наличии дыма и газов. Газ и дым в ограниченном пространстве, таком как самолет, подводная лодка или шахта, представляют потенциальную опасность для здоровья.

В то время как безопасность литиевых аккумуляторов тщательно изучается, никелевые и свинцовые аккумуляторы также вызывают возгорание и подлежат отзыву. Причинами являются неисправные сепараторы в результате старения, грубого обращения, чрезмерной вибрации и высокой температуры. Литий-ионные батареи стали очень безопасными, и при правильном использовании отказы, связанные с перегревом, случаются редко.

• Фтористый водород (HF) : бесцветный газ или жидкое вещество. Это основной источник фтора, сырья для фармацевтических препаратов, полимеров (тефлона) и вспомогательного оборудования для нефтехимической промышленности. Фтористый водород — очень опасный газ, образующий с влагой коррозионно-активную и проникающую плавиковую кислоту. В больших количествах газ может вызвать слепоту из-за разрушения роговицы.

• Фосфорилфторид (POF ₃ ): — бесцветный газ, быстро гидролизующийся.

• Гексафторфосфат лития (LiPF ₆ ) : неорганическое соединение в виде белого кристаллического порошка, служащее электролитом в литий-ионных батареях.

Простые рекомендации по использованию литий-ионных аккумуляторов

• Неисправный литий-ионный аккумулятор начинает шипеть, вздуваться и вытекать электролит.
• Электролит состоит из соли лития в органическом растворителе (гексафторфосфат лития) и легко воспламеняется. Горящий электролит может воспламенить горючий материал в непосредственной близости.
• Потушить литий-ионный аккумулятор Dow водой или использовать обычный огнетушитель. Используйте только огнетушители класса D для тушения возгорания литий-металла из-за реакции воды с литием. (Литий-ион содержит небольшое количество металлического лития, реагирующего с водой.)
• Если огнетушитель класса D недоступен, залейте литий-металлический огонь водой, чтобы предотвратить распространение огня.
• Для достижения наилучших результатов при тушении возгорания литий-ионных аккумуляторов используйте пенный огнетушитель, CO
  2 , сухой химикат ABC, порошкообразный графит, медный порошок или соду (карбонат натрия), как при тушении других возгораний.