подбор количества и мощности, видео и фото

Как рассчитать радиатор по площади помещения – жилого или производственного? В этой статье мы познакомим читателя с несколькими алгоритмами различной сложности и приведем для удобства расчетов некоторые справочные данные. Итак, в путь.

Наша задача – научиться рассчитывать оптимальные размеры отопительного прибора.

Этапы расчетов

Собственно, их всего два.

1. Вначале оценивается потребность помещения в тепловой мощности.
2. Затем в зависимости от удельного значения теплового потока (на секцию, на отопительный прибор и т.д.) рассчитывается количество соответствующих элементов контура.

Уточним: в сети можно встретить большое количество таблиц и калькуляторов, непосредственно выводящих количество секций из площади.
Однако точность таких расчетов обычно невелика, поскольку они полностью игнорируют дополнительные факторы, увеличивающие или уменьшающие теплопотери.

Расчет мощности

Схема 1

Простейшая схема присутствует в советских СНиП полувековой давности: мощность радиатора отопления на помещение подбирается из расчета 100 ватт/1м2.

Подбор биметаллических радиаторов по площади помещения можно выполнить, руководствуясь этой таблицей.

Алгоритм понятен, предельно прост и… неточен.

Почему?

• Реальные теплопотери сильно различаются для крайних и средних этажей, для угловых квартир и помещений в центре здания.
• Они зависят и от общей площади окон и дверей, а также от структуры остекления. Понятно, что деревянные рамы со стеклами в две нитки обеспечат куда большие теплопотери, чем тройной стеклопакет.
• В разных климатических зонах потери тепла тоже будут различаться. В -50 С квартире явно потребуется больше тепла, чем в +5.
• Наконец, подбор радиатора по площади помещения заставляет пренебречь высотой потолков; между тем расход тепла при потолках высотой 2,5 и 4,5 метра будет сильно различаться.

Высокий потолок создает ощущение простора, но заметно увеличивает затраты на отопление.

Схема 2

Оценка тепловой мощности и расчет количества секций радиатора по объему помещения обеспечивает заметно большую точность.

Вот инструкция по подсчету мощности:

1. Базовое количество тепла оценивается как 40 ватт/м3.
2. Для угловых комнат оно увеличивается в 1,2 раза, для крайних этажей – в 1,3, для частных домов – в 1,5.
3. Окно добавляет к потребности комнаты в тепле 100 ватт, дверь на улицу – 200.
4. Вводится региональный коэффициент. Он берется равным:

Регион	Коэффициент
Чукотка, Якутия	2
Иркутская область, Хабаровский край	1,6
Подмосковье, Ленинградская область	1,2
Волгоград	1
Краснодарский край	0,8

Давайте в качестве примера своими руками найдем потребность в тепле угловой комнаты размером 4х5х3 метра с одним окном, расположенной в городе Анапа.

1. Объем комнаты равен 4*5*3=60 м3.
2. Базовая потребность в тепле оценивается в 60*40=2400 вт.
3. Поскольку комната угловая, используем коэффициент 1,2: 2400*1,2=2880 ватт.
4. Окно усугубляет ситуацию: 2880+100=2980.
5. Мягкий климат Анапы вносит свои коррективы: 2980*0,8=2384 ватта.

На фото – зима в окрестностях Анапы. Ее теплый климат не предполагает больших расходов на отопление.

Схема 3

Обе предыдущие схемы плохи тем, что игнорируют разницу между разными строениями в плане утепления стен. Между тем в современном энергоэффективном доме с наружным утеплением и в кирпичном цеху с остеклением в одну нитку теплопотери будут, мягко говоря, разными.

Радиаторы для производственных помещений и домов с нестандартным утеплением можно рассчитать по формуле Q=V*Dt*k/860, в которой:

• Q – мощность отопительного контура в киловаттах.
• V – отапливаемый объем.
• Dt – расчетная дельта температур с улицей.

Обратите внимание: температура в помещении берется из санитарных норм или технологических требований; уличная же оценивается по средней температуре за наиболее холодные 5 дней зимы.

• k – коэффициент утепления. Откуда брать его значения?

k	Описание помещения
0,6-0,9	Наружное утепление, тройные стеклопакеты
1-1,9	Кладка толщиной от 50 см, двойные стеклопакеты
2-2,9	Кладка в кирпич, одинарное остекление в деревянных рамах
3-3,9	Неутепленное помещение

Давайте и в этом случае сопроводим алгоритм расчета примером – вычислим тепловую мощность, которой должны обладать радиаторы отопления производственного помещения 400 кв м при высоте 5 метров, толщине кирпичных стен 25 см и одинарном остеклении. Такая картина довольно характерна для промзон.

Условимся, что температура наиболее холодной пятидневки равна -25 градусам по шкале Цельсия.

Для промышленных помещений характерны большие теплопотери.

1. Для производственных цехов нижней границей допустимой температуры считаются +15 С. Таким образом, Dt = 15 – (-25) = 40.
2. Коэффициент утепления возьмем равным 2,5.
3. Объем помещения равен 400*5=2000 м3.
4. Формула приобретет вид Q=2000*40*2,5/860=232 КВт (с округлением).

Расчет отопительных приборов

В жилых помещениях для отопления массово применяются чугунные, алюминиевые и биметаллические батареи, стальные трубчатые, панельные и пластинчатые радиаторы, а также конвекторы.

Как определить тепловую мощность каждого прибора?

Для панелей, конвекторов, неразборных трубчатых батарей и пластин можно ориентироваться только на предоставленные производителем характеристики. Они всегда присутствуют в сопроводительной документации или на сайте изготовителя.

Для секционных батарей при стандартном (500 мм) вертикальном размере можно ориентироваться на такие значение теплового потока:

• Чугунная секция – 140-160 ватт;
• Алюминиевая – 180-200;

Алюминиевые батареи лидируют по удельной теплоотдаче.

• Биметаллическая – 170-190.

Важный момент: номинальная мощность указывается для 70-градусной разницы между радиатором и воздухом в комнате.
Если разница будет вдвое меньше, во столько же раз уменьшится и удельная теплоотдача.

Так, при потребности в тепловой мощности в 2,3 КВт алюминиевый радиатор (200 Вт/секция) должен иметь 2300/200=12 (с округлением) секций.

Особый случай

Типичные радиаторы отопления для производственных помещений – это стальные цельносварные регистры. Невысокая цена материала вкупе с высокой прочностью делает их куда привлекательнее прочих решений.

Их мощность можно рассчитать по следующему алгоритму:

• Для одинарной горизонтальной трубы она равна Q=3,14хD*L*11,63*Dt, где D – диаметр трубы в метрах, L – ее длина в метрах, Dt – дельта температур между помещением и теплоносителем.
• В многосекционном горизонтальном регистре для расчета секций начиная со второй используется коэффициент 0,9.

Так, десятиметровый односекционный регистр диаметром 250 мм при обогреве перегретым паром (200С) и при температуре в цеху в 15С отдаст 3,14*0,25*10*11,63*(200-15)=16889 ватт тепла.

Промышленное отопление. В качестве отопительных приборов используются цельносварные регистры.

Заключение

Как видите, применяемые схемы расчетов сравнительно просты и вполне понятны даже для человека, далекого от конструирования отопительных систем. Дополнительную тематическую информацию можно, как обычно, найти в видео в этой статье. Успехов!

подбор по площади, КПД батарей, фото и видео подсказки

Содержание:

1. Разновидности приборов отопления
2. Как подобрать радиатор отопления – основные критерии выбора
3. Как рассчитать количество секций в батарее по площади

Особая важность в обустройстве любого жилого помещения, безусловно, отводится оборудованию качественной отопительной системы. Для того чтобы теплоснабжение дома работало стабильно и в меру экономно, требуется грамотно подобрать отопительные приборы, которые и будут выполнять обогрев жилища. О том, как подобрать радиатор отопления, а также о типах этого оборудования и их технических характеристиках далее и пойдет речь.

Разновидности приборов отопления

Подбор радиаторов отопления – процесс очень ответственный, поэтому прежде, чем определяться с тем, какому варианту отдать предпочтение, следует подробно изучить разновидности этих аппаратов, которые бывают следующими:

1. Чугунные батареи. Этот материал является традиционным в оборудовании системы отопления и используется уже не один десяток лет. При этом современные модели батарей, изготавливаемых из чугуна, внешне практически ничем не отличаются от привычных всем старых изделий. Однако при желании приобрести уникальный по своему оформлению аппарат всегда можно найти те образцы радиаторов, которые имеют особый с точки зрения дизайнерского решение внешний вид.
   
   Так или иначе, стандартное оборудование имеет не только неважное оформление, но и необходимость обеспечения большого внутреннего сечения секции, что неизбежно замедляет скорость циркуляции теплоносителя в ней. Как следствие, такая батарея требует промывки не реже двух раз в год.
   
   
   Среди недостатков таких моделей нельзя не отметить также низкую устойчивость чугунных радиаторов к гидроударам. Стандартное рабочее давление в таких устройствах варьируется от трех до десяти атмосфер.
   
   Еще одна отрицательная сторона таких моделей – частые течи, возникающие в пространстве между секциями, поскольку прокладки из паронита, которые установлены в этих местах, с течением времени начинает пропускать воду. Решить эту проблему можно, лишь перебрав систему батареи и заменив эти прокладки.
   
   Выполняя подбор радиаторов отопления, особенно это касается чугунных изделий, нужно помнить, что для оптимизации работы всей системы отопления и для исключения возможных неполадок в теплое время года радиатор рекомендуется сбрасывать. Никакого вреда оборудованию такое мероприятие не нанесет, напротив, это избавит прибор от любых течей и не позволит образоваться коррозионному налету.
2. Радиаторы из алюминия. Теплопроводность этого материала существенно превышает теплопроводность чугуна, что положительно влияет на кпд радиаторов отопления из алюминия. Кроме того, такие батареи являются гораздо более крепкими, поэтому и внутренне сечение секции является небольшим, а теплоноситель в ней циркулирует быстро, не забивая внутреннее пространство в процессе эксплуатации.
   
   Алюминиевые батареи обычно имеют весьма привлекательный внешний вид и могут гармонично вписаться в любой интерьер. Однако имеют такие агрегаты и некоторые недостатки: например, их устойчивость к гидроударам оставляет желать лучшего, так как их рабочее давление обычно не превышает параметр в 16 атмосфер. Также алюминий склонен к образованию гальванических пар с другими металлами. Это значит, что в том случае, если в контуре отопления находятся алюминиевые и медные элементы, то с течением времени алюминиевые части конструкции могут разрушиться.
3. Современным решением в обустройстве отопления является применение биметаллических радиаторов. Оболочка этих устройств состоит из алюминия, оснащенного оребрением, а сердечник включает в себя устойчивую к коррозии сталь. Рабочее давление этих аппаратов может достигать 200 атмосфер, вследствие чего и кпд батарей отопления из биметалла является очень высоким.
   
   Главный недостаток таких приборов – это их высокая стоимость.
4. Стальные отопительные радиаторы. К этой категории можно отнести несколько типов устройств – пластинчатые батареи, радиаторы трубчатого образца и конвекторы. Если говорить о прочности, то самыми надежными являются пластинчатые модели стальных батарей и конвекторы, их эксплуатация в отопительных системах не требует каких-либо особых условий.
   
   Приборы пластинчатого типа являются компактными по своим размерам, их толщина является очень малой, поэтому осуществляя подбор радиаторов отопления по площади помещения, в случае нехватки пространства вполне можно обратить внимание на такие агрегаты. Но, как становится понятно, ввиду малой толщины стенок сталь в таких изделиях плохо справляется с воздействием коррозии.
5. Говоря о конвекторах как приборах отопления, стоит упомянуть ту их разновидность, которая изготавливается с применением меди и алюминия. Подача теплоносителя в таких устройствах осуществляется по медной трубке, поскольку именно этот материал отличается высокими показателями теплопроводности.
   
   Оребрение же представлено алюминием, вследствие чего цена прибора существенно снижается. Несмотря на то, что общая стоимость таких моделей довольно высока, они прекрасно справляются с отоплением жилища, обеспечивая отличную теплоотдачу даже при своих небольших размерах.
6. Рассматривая то, как подобрать батарею отопления, также следует упомянуть и те изделия, которые могут быть изготовлены собственноручно. Такие агрегаты обычно именуются регистрами и представляют собой несколько крупных по диаметру труб из стали, соединенных в сплошной замкнутый контур. Соединение составляющих частей этих устройств выполняется посредством сварки (сверху монтируется воздушник, а снизу вваривается сбросник).
   
   Несмотря на некоторую внешнюю неказистость таких агрегатов, они способны качественно обогреть жилое помещение, не затратив при этом большого количества энергии.

Как подобрать радиатор отопления – основные критерии выбора

На выбор того или иного прибора отопления очень сильно влияют некоторые специфические особенности обустраиваемого помещения, но благодаря широкой разновидности батарей отопления можно всегда подобрать подходящий вариант. .

Так, прежде чем приобретать то или иное оборудование, следует ознакомиться со следующими рекомендациями по выбору устройств обогрева:

• центральное отопление правильнее всего будет оснастить биметаллическими отопительными приборами, способными стойко переносить любые температурные режимы и нестабильность давления в таких системах. Так, скачки давления в центральном отоплении весьма нередки, к этому может привести как быстрое открытие задвижки узла элеватора, так и отрыв клапана винтового вентиля или резкое перекрытие вентиля пробкового типа. Благодаря своей прочности биметаллические радиаторы смогут обезопасить всю систему от внезапных поломок и позволят предотвратить неожиданные затопления.
  
  Важно помнить, что монтаж батареи из биметалла крайне не стоит выполнять на подводку из пластика или металлопластика. Единственно верным решением будет устройство таких батарей вместе со стальными оцинкованными трубами;
• в постройках частного типа, где контур отопления контролируется автоматически, а основным нагревательным элементов выступает котел, лучше всего применять радиаторы из алюминия, так как по своей теплоотдаче они примерно равным биметаллическим моделям, а стоимость их является гораздо меньшей.
  
  В том случае, если площадь строения является большой, то еще один вариант устройства отопительного прибора – монтаж конвектора из меди и алюминия под полом. В такой конструкции видимыми останутся только расположенные горизонтально решетки, которые служат местом отвода горячего воздуха;
• в помещениях бытового характера наподобие гаражей, теплиц и пр. правильнее всего будет выбрать узкие радиаторы отопления, которые будут сочетать в себе хорошие показатели отдачи тепла вкупе с небольшой стоимостью. Таким прибором может выступить собственноручно изготовленный регистр, который изготавливается под размер помещения.

Как рассчитать количество секций в батарее по площади

Принцип расчета количества секций в бытовых отопительных приборах пластинчатого, трубчатого типа, а также в конвекторах совсем несложно, так как обычно информация о требуемой тепловой мощности указывается непосредственно производителем (прочитайте также: “Как рассчитать количество радиаторов отопления правильно, формула расчета”). Как правило, средним значением для одной секции является параметр в 180 Вт.

Для того чтобы вычислить нужное количество секций, требуемое для той или иной конструкции, следует разделить общий параметр потребляемого тепла на показатель теплоотдачи одной секции. К примеру, если потребность в тепле для конкретного помещения составляет 12000 Вт, то количество секций можно легко высчитать по следующей формуле: 12000 / 180 = 67 секций.

Таким образом, можно сказать, что в выборе максимально подходящего для того или иного сооружения прибора отопления нет особой сложности, важно лишь учитывать технические особенности как самой постройки, так и устройства обогрева. Для того чтобы изучить все варианты нагревательных аппаратов более детально, всегда можно обратиться к специалистам по монтажу такого оборудования или к поставщикам, которые способны предоставить подробные фото моделей и видео по их правильному подключению.

Видео о том, как подобрать радиатор отопления правильно:

Подбор батарей отопления по площади

Расчет радиаторов отопления

• Проводимые расчеты
• Способы расчета радиаторов
• Подбор биметаллических радиаторов

Частное строительство всегда сопровождается некоторыми проблемами, связанными с проведением расчетов. Это же касается и расчета системы отопления. Правильный подбор всех ее составляющих является залогом комфорта и тепла в доме. Однако при проектировании той или иной системы отопления возникает ряд вопросов, решение которых достаточно простое.

Схема радиаторов отопления.

Проводимые расчеты

Стоит заметить, что правильность работы системы отопления и эффективность ее работы во многом зависит от выбранного типа системы отопления. Однако существует и ряд других параметров, которые тем или иным образом оказывают влияние на данный показатель. К таким факторам можно отнести:

Расчет мощности радиаторов отопления.

• правильность выбора мощности котла;
• правильность выбора мощности циркуляционного насоса;
• правильность выбора количества радиаторов.

В зависимости от того, какой параметр подлежит детальному изучению, выполняется соответствующий расчет. Например, расчет мощности газового котла или циркуляционного насоса.

Помимо этого, часто приходится выполнять расчет радиаторов отопления. В процессе данной операции попутно следует сделать расчет тепловых потерь дома.

Стоит заметить, что все вышеприведенные операции тесно связаны между собой, поэтому выполнять их лучше сразу все.

Объясняется это тем, что, сделав расчет, например, необходимого количества батарей, можно легко ошибиться при выборе насоса. Такая ситуация возникает, когда насос просто не справляется с подачей того минимального необходимого количества теплоносителя на все радиаторы.

Вернуться к оглавлению

Способы расчета радиаторов

Итак, начинать стоит с расчета именно батарей. Минимальное необходимое их число может зависеть сразу от нескольких параметров:

Схема монтажа радиаторов отопления.

• площади помещения;
• высоты потолка;
• материала стен, наличия отверстий, количества окон, то есть от тепловых потерь дома.

Самым простым расчетом, который не учитывает многие из вышеуказанных факторов, можно считать тот, который выполняется по следующей формуле:

• К — необходимое число секций батареи;
• П — общая площадь отапливаемого помещения, для которого ведется подбор;
• М1 — мощность одной секции.

В формуле разность умножается на 100. Эта цифра взялась не случайно. Многолетней практикой показано, что минимальная мощность, которая необходима для одной единицы площади (1 кв. м) отапливаемого помещения, чтобы поддерживать в нем нормальный температурный режим, составляет порядка 100 Ватт.

Стоит отметить, что для нежилых зданий, но нуждающихся в отоплении этот показатель может принять значение 50 Ватт.

Для проведения подбора по формуле не хватает одной константы — отопительной мощности одной секции. Конечно, ее тоже можно рассчитать, однако это достаточно сложно и долго.

Поскольку все чугунные батареи отопления имеют примерно одинаковые размеры, то за многолетнюю практику было взято среднее значение мощности, около 150 Ватт.

Теперь, имея все данные, можно подобрать необходимое число секций радиатора.

Однако это только простейшая формула. Поскольку каждая комната в отдельности имеет свои показатели по тепловой потере, то обычно производится внесение в формулу дополнительных коэффициентов. Например, если комната имеет две внешние стены, то есть она угловая, то вносится коэффициент 1,2.

Тогда формула приобретет вид:

Пусть комната имеет площадь 9 кв.м и расположена она по центру дома, но с двумя внешними стенами. Необходимо осуществить подбор отопительных элементов для данного помещения.

Итак, К= (9/150)*100*1,2 = 7,2, то есть 8 секций.

Стоит заметить, что данный расчет верен только для потолков не выше 2,7 метров. Также следует сказать, что более правильно производить расчет исходя из объема помещения.

Примерно на таком же принципе основан и второй приблизительный расчет. Уже давно посчитано, что одна секция батареи способна отапливать примерно 1,8 кв. м площади помещения. При этом эта цифра верна только для потолков, которые не превышают в высоту 2,7 м.

Вернуться к оглавлению

Подбор биметаллических радиаторов

Схема монтажа отопительных приборов.

Если речь идет не о чугунных батареях, а о биметаллических элементах отопления, то формула немного другая, так как и сам радиатор другой:

1. К — необходимое минимальное число секций.
2. Т — количество тепла.
3. М1 — мощность одной секции.
4. О — объем помещения.
5. Э — удельная энергия, она характеризует тепло, которое необходимо затратить для обогрева единицы объема (1 куб.м).

В данной формуле остается выяснить несколько неизвестных величин. Если комната имеет несколько окон и двери, обычные стены, то достаточно всего 40 Ватт мощности батареи, чтобы обогреть 1 куб.м.

Если комната имеет две внешние стены, то этот показатель становится равным 50 Ватт.

Теперь остался неизвестным только один параметр — количество тепла, которое генерирует одна секция. Многочисленные усредненные расчеты показывают, что секция биметаллической батареи способна выделять порядка 204 Ватт тепловой энергии.

Это дает возможность подобрать нужное количество отопительных радиаторов для конкретной комнаты. Подбирают батареи и приближенным способом, то есть если известны только объем помещения и мощность одной секции.

Как подобрать радиатор отопления по площади, учитывая КПД батарей

Особая важность в обустройстве любого жилого помещения, безусловно, отводится оборудованию качественной отопительной системы. Для того чтобы теплоснабжение дома работало стабильно и в меру экономно, требуется грамотно подобрать отопительные приборы, которые и будут выполнять обогрев жилища. О том, как подобрать радиатор отопления, а также о типах этого оборудования и их технических характеристиках далее и пойдет речь.

Разновидности приборов отопления

Подбор радиаторов отопления – процесс очень ответственный, поэтому прежде, чем определяться с тем, какому варианту отдать предпочтение, следует подробно изучить разновидности этих аппаратов, которые бывают следующими:

1. Чугунные батареи. Этот материал является традиционным в оборудовании системы отопления и используется уже не один десяток лет. При этом современные модели батарей, изготавливаемых из чугуна, внешне практически ничем не отличаются от привычных всем старых изделий. Однако при желании приобрести уникальный по своему оформлению аппарат всегда можно найти те образцы радиаторов, которые имеют особый с точки зрения дизайнерского решение внешний вид.

Так или иначе, стандартное оборудование имеет не только неважное оформление, но и необходимость обеспечения большого внутреннего сечения секции, что неизбежно замедляет скорость циркуляции теплоносителя в ней. Как следствие, такая батарея требует промывки не реже двух раз в год.

Среди недостатков таких моделей нельзя не отметить также низкую устойчивость чугунных радиаторов к гидроударам. Стандартное рабочее давление в таких устройствах варьируется от трех до десяти атмосфер.

Еще одна отрицательная сторона таких моделей – частые течи, возникающие в пространстве между секциями, поскольку прокладки из паронита, которые установлены в этих местах, с течением времени начинает пропускать воду. Решить эту проблему можно, лишь перебрав систему батареи и заменив эти прокладки.

Выполняя подбор радиаторов отопления, особенно это касается чугунных изделий, нужно помнить, что для оптимизации работы всей системы отопления и для исключения возможных неполадок в теплое время года радиатор рекомендуется сбрасывать. Никакого вреда оборудованию такое мероприятие не нанесет, напротив, это избавит прибор от любых течей и не позволит образоваться коррозионному налету.

Радиаторы из алюминия. Теплопроводность этого материала существенно превышает теплопроводность чугуна, что положительно влияет на кпд радиаторов отопления из алюминия. Кроме того, такие батареи являются гораздо более крепкими, поэтому и внутренне сечение секции является небольшим, а теплоноситель в ней циркулирует быстро, не забивая внутреннее пространство в процессе эксплуатации.
Алюминиевые батареи обычно имеют весьма привлекательный внешний вид и могут гармонично вписаться в любой интерьер. Однако имеют такие агрегаты и некоторые недостатки: например, их устойчивость к гидроударам оставляет желать лучшего, так как их рабочее давление обычно не превышает параметр в 16 атмосфер. Также алюминий склонен к образованию гальванических пар с другими металлами. Это значит, что в том случае, если в контуре отопления находятся алюминиевые и медные элементы, то с течением времени алюминиевые части конструкции могут разрушиться.

Современным решением в обустройстве отопления является применение биметаллических радиаторов. Оболочка этих устройств состоит из алюминия, оснащенного оребрением, а сердечник включает в себя устойчивую к коррозии сталь. Рабочее давление этих аппаратов может достигать 200 атмосфер, вследствие чего и кпд батарей отопления из биметалла является очень высоким.
Главный недостаток таких приборов – это их высокая стоимость.

Стальные отопительные радиаторы. К этой категории можно отнести несколько типов устройств – пластинчатые батареи, радиаторы трубчатого образца и конвекторы. Если говорить о прочности, то самыми надежными являются пластинчатые модели стальных батарей и конвекторы, их эксплуатация в отопительных системах не требует каких-либо особых условий.
Приборы пластинчатого типа являются компактными по своим размерам, их толщина является очень малой, поэтому осуществляя подбор радиаторов отопления по площади помещения, в случае нехватки пространства вполне можно обратить внимание на такие агрегаты. Но, как становится понятно, ввиду малой толщины стенок сталь в таких изделиях плохо справляется с воздействием коррозии.

Говоря о конвекторах как приборах отопления. стоит упомянуть ту их разновидность, которая изготавливается с применением меди и алюминия. Подача теплоносителя в таких устройствах осуществляется по медной трубке, поскольку именно этот материал отличается высокими показателями теплопроводности.
Оребрение же представлено алюминием, вследствие чего цена прибора существенно снижается. Несмотря на то, что общая стоимость таких моделей довольно высока, они прекрасно справляются с отоплением жилища, обеспечивая отличную теплоотдачу даже при своих небольших размерах.

Рассматривая то, как подобрать батарею отопления, также следует упомянуть и те изделия, которые могут быть изготовлены собственноручно. Такие агрегаты обычно именуются регистрами и представляют собой несколько крупных по диаметру труб из стали, соединенных в сплошной замкнутый контур. Соединение составляющих частей этих устройств выполняется посредством сварки (сверху монтируется воздушник, а снизу вваривается сбросник).

Несмотря на некоторую внешнюю неказистость таких агрегатов, они способны качественно обогреть жилое помещение, не затратив при этом большого количества энергии.

Как подобрать радиатор отопления — основные критерии выбора

На выбор того или иного прибора отопления очень сильно влияют некоторые специфические особенности обустраиваемого помещения, но благодаря широкой разновидности батарей отопления можно всегда подобрать подходящий вариант..

Так, прежде чем приобретать то или иное оборудование, следует ознакомиться со следующими рекомендациями по выбору устройств обогрева:

• центральное отопление правильнее всего будет оснастить биметаллическими отопительными приборами, способными стойко переносить любые температурные режимы и нестабильность давления в таких системах. Так, скачки давления в центральном отоплении весьма нередки, к этому может привести как быстрое открытие задвижки узла элеватора, так и отрыв клапана винтового вентиля или резкое перекрытие вентиля пробкового типа. Благодаря своей прочности биметаллические радиаторы смогут обезопасить всю систему от внезапных поломок и позволят предотвратить неожиданные затопления.

Важно помнить, что монтаж батареи из биметалла крайне не стоит выполнять на подводку из пластика или металлопластика. Единственно верным решением будет устройство таких батарей вместе со стальными оцинкованными трубами;

в постройках частного типа, где контур отопления контролируется автоматически, а основным нагревательным элементов выступает котел, лучше всего применять радиаторы из алюминия, так как по своей теплоотдаче они примерно равным биметаллическим моделям, а стоимость их является гораздо меньшей.
В том случае, если площадь строения является большой, то еще один вариант устройства отопительного прибора – монтаж конвектора из меди и алюминия под полом. В такой конструкции видимыми останутся только расположенные горизонтально решетки, которые служат местом отвода горячего воздуха;

в помещениях бытового характера наподобие гаражей, теплиц и пр. правильнее всего будет выбрать узкие радиаторы отопления. которые будут сочетать в себе хорошие показатели отдачи тепла вкупе с небольшой стоимостью. Таким прибором может выступить собственноручно изготовленный регистр, который изготавливается под размер помещения.

Как рассчитать количество секций в батарее по площади

Принцип расчета количества секций в бытовых отопительных приборах пластинчатого, трубчатого типа, а также в конвекторах совсем несложно, так как обычно информация о требуемой тепловой мощности указывается непосредственно производителем (прочитайте также: «Как рассчитать количество радиаторов отопления правильно, формула расчета «). Как правило, средним значением для одной секции является параметр в 180 Вт.

Для того чтобы вычислить нужное количество секций, требуемое для той или иной конструкции, следует разделить общий параметр потребляемого тепла на показатель теплоотдачи одной секции. К примеру, если потребность в тепле для конкретного помещения составляет 12000 Вт, то количество секций можно легко высчитать по следующей формуле: 12000 / 180 = 67 секций.

Таким образом, можно сказать, что в выборе максимально подходящего для того или иного сооружения прибора отопления нет особой сложности, важно лишь учитывать технические особенности как самой постройки, так и устройства обогрева. Для того чтобы изучить все варианты нагревательных аппаратов более детально, всегда можно обратиться к специалистам по монтажу такого оборудования или к поставщикам, которые способны предоставить подробные фото моделей и видео по их правильному подключению.

Видео о том, как подобрать радиатор отопления правильно:

Как рассчитать количество секций радиаторов

Для расчета количества радиаторов существует несколько методик, но суть их одна: узнать максимальные теплопотери помещения, а затем рассчитать количество отопительных приборов, необходимое для их компенсации.

Методы расчета есть разные. Самые простые дают приблизительные результаты. Тем не менее, их можно использовать, если помещения стандартные или применить коэффициенты, которые позволяют учесть имеющиеся «нестандартные» условия каждого конкретного помещения (угловая комната, выход на балкон, окно во всю стену и т.п.). Есть более сложный расчет по формулам. Но по сути это те же коэффициенты, только собранные в одну формулу.

Есть еще один метод. Он определяет фактические потери. Специальное устройство — тепловизор — определяет реальные потери тепла. И на основании этих данных рассчитывают сколько нужно радиаторов для их компенсации. Чем еще хорош этот метод, так это тем, что на снимке тепловизора точно видно, где тепло уходит активнее всего. Это может быть брак в работе или в строительных материалах, трещина и т.д. Так что заодно можно выправить положение.

Расчет радиаторов зависит от потерь тепла помещением и номинальной тепловой мощности секций

Расчет радиаторов отопления по площади

Самый простой способ. Посчитать требуемое на обогрев количество тепла, исходя из площади помещения, в котором будут устанавливаться радиаторы. Площадь каждой комнаты вы знаете, а потребность тепла можно определить по строительным нормам СНиПа:

• для средней климатической полосы на отопление 1м 2 жилого помещения требуется 60-100Вт;
• для областей выше 60 о требуется 150-200Вт.

Исходя из этих норм, можно посчитать, сколько тепла потребует ваша комната. Если квартира/дом находятся в средней климатической полосе, для отопления площади 16м 2. потребуется 1600Вт тепла (16*100=1600). Так как нормы средние, а погода постоянством не балует, считаем, что требуется 100Вт. Хотя, если вы проживаете на юге средней климатической полосы и зимы у вас мягкие, считайте по 60Вт.

Расчет радиаторов отопления можно сделать по нормам СНиП

Запас по мощности в отоплении нужен, но не очень большой: с увеличением количества требуемой мощности возрастает количество радиаторов. А чем больше радиаторов, тем больше теплоносителя в системе. Если для тех, кто подключен к центральному отоплению это некритично, то для тех у кого стоит или планируется индивидуальное отопление, большой объем системы означает большие (лишние) затраты на обогрев теплоносителя и большую инерционность системы (менее точно поддерживается заданная температура). И возникает закономерный вопрос: «Зачем платить больше?»

Рассчитав потребность помещения в тепле, можем узнать, сколько потребуется секций. Каждый из отопительных приборов выделять может определенное количество тепла, которое указывается в паспорте. Берут найденную потребность в тепле и делят на мощность радиатора. Результат — необходимое количество секций, для восполнения потерь.

Посчитаем количество радиаторов для того же помещения. Мы определили, что требуется выделить 1600Вт. Пусть мощность одной секции 170Вт. Получается 1600/170=9,411шт. Округлять можно в большую или меньшую сторону на ваше усмотрение. В меньшую можно округлить, например, в кухне — там хватает дополнительных источников тепла, а в большую — лучше в комнате с балконом, большим окном или в угловой комнате.

Система проста, но недостатки очевидны: высота потолков может быть разной, материал стен, окна, утепление и еще целый ряд факторов не учитывается. Так что расчет количества секций радиаторов отопления по СНиП — ориентировочный. Для точного результата нужно внести корректировки.

Как посчитать секции радиатора по объему помещения

При таком расчете учитывается не только площадь, но и высота потолков, ведь нагревать нужно весь воздух в помещении. Так что такой подход оправдан. И в этом случае методика аналогична. Определяем объем помещения, а затем по нормам узнаем, сколько нужно тепла на его обогрев:

• в панельном доме на обогрев кубометра воздуха требуется 41Вт;
• в кирпичном доме на м 3 — 34Вт.

Обогревать нужно весь объем воздуха в помещении потому правильнее считать количество радиаторов по объему

Рассчитаем все для того же помещения площадью 16м 2 и сравним результаты. Пусть высота потолков 2,7м. Объем: 16*2,7=43,2м 3 .

Дальше посчитаем для вариантов в панельном и кирпичном доме:

• В панельном доме. Требуемое на отопление тепло 43,2м 3 *41В=1771,2Вт. Если брать все те же секции мощностью 170Вт, получаем: 1771Вт/170Вт=10,418шт (11шт).
• В кирпичном доме. Тепла нужно 43,2м 3 *34Вт=1468,8Вт. Считаем радиаторы: 1468,8Вт/170Вт=8,64шт (9шт).

Как видно, разница получается довольно большая: 11шт и 9шт. Причем при расчете по площади получили среднее значение (если округлять в ту же сторону) — 10шт.

Корректировка результатов

Для того чтобы получить более точный расчет нужно учесть как можно больше факторов, которые уменьшают или увеличивают потери тепла. Это то, из чего с деланы стены и как хорошо они утеплены, насколько большие окна, и какое на них остекление, сколько стен в комнате выходит на улицу и т.п. Для этого существуют коэффициенты, на которые нужно умножить найденные значения теплопотерь помещения.

Количество радиаторов зависит от величины потерь тепла

На окна приходится от 15% до 35% потерь тепла. Конкретная цифра зависит от размеров окна и от того, насколько хорошо оно утеплено. Потому имеются два соответствующих коэффициента:

• соотношение площади окна к площади пола:
  • 10% — 0,8
  • 20% — 0,9
  • 30% — 1,0
  • 40% — 1,1
  • 50% — 1,2
• остекление:
  • трехкамерный стеклопакет или аргон в двухкамерном стеклопакете — 0,85
  • обычный двухкамерный стеклопакет — 1,0
  • обычные двойные рамы — 1,27.

Стены и кровля

Для учета потерь важен материал стен, степень теплоизоляции, количество стен, выходящих на улицу. Вот коэффициенты для этих факторов.

• кирпичные стены толщиной в два кирпича считаются нормой — 1,0
• недостаточная (отсутствует) — 1,27
• хорошая — 0,8

Наличие наружных стен:

• внутреннее помещение — без потерь, коэффициент 1,0
• одна — 1,1
• две — 1,2
• три — 1,3

На величину теплопотерь оказывает влияние отапливаемое или нет помещение находится сверху. Если сверху обитаемое отапливаемое помещение (второй этаж дома, другая квартира и т.п.), коэффициент уменьшающий — 0,7, если отапливаемый чердак — 0,9. Принято считать, что неотапливаемый чердак никак не влияет на температуру в и (коэффициент 1,0).

Нужно учесть особенности помещений и климата чтобы правильно рассчитать количество секций радиатора

Если расчет проводили по площади, а высота потолков нестандартная (за стандарт принимают высоту 2,7м), то используют пропорциональное увеличение/уменьшение при помощи коэффициента. Считается он легко. Для этого реальную высоту потолков в помещении делите на стандарт 2,7м. Получаете искомый коэффициент.

Посчитаем для примера: пусть высота потолков 3,0м. Получаем: 3,0м/2,7м=1,1. Значит количество секций радиатора, которое рассчитали по площади для данного помещения нужно умножить на 1,1.

Все эти нормы и коэффициенты определялись для квартир. Чтобы учесть теплопотери дома через кровлю и подвал/фундамент, нужно увеличить результат на 50%, то есть коэффициент для частного дома 1,5.

Климатические факторы

Можно внести корректировки в зависимости от средних температур зимой:

Внеся все требуемые корректировки, получите более точное количество требуемых на обогрев комнаты радиаторов с учетом параметров помещений. Но это еще не все критерии, которые оказывают влияние на мощность теплового излучения. Есть еще технические тонкости, о которых расскажем ниже.

Расчет разных типов радиаторов

Если вы собрались ставить секционные радиаторы стандартного размера (с осевым расстоянием 50см высоты) и уже выбрали материал, модель и нужный размер, никаких сложностей с расчетом их количества быть не должно. У большинства солидных фирм, поставляющих хорошее отопительное оборудование, на сайте указаны технические данные всех модификаций, среди которых есть и тепловая мощность. Если указана не мощность, а расход теплоносителя, то перевести в мощность просто: расход теплоносителя в 1л/мин примерно равен мощности в 1кВт (1000Вт).

Осевое расстояние радиатора определяется по высоте между центрами отверстий для подачи/отведения теплоносителя

Чтобы облегчить жизнь покупателям на многих сайтах устанавливают специально разработанную программу-калькулятор. Тогда расчет секций радиаторов отопления сводится к внесению данных по вашему помещению в соответствующие поля. А на выходе вы имеете готовый результат: количество секций данной модели в штуках.

Осевое расстояние определяют между центрами отверстий для теплоносителя

Но если просто пока прикидываете возможные варианты, то стоит учесть, что радиаторы одного размера из разных материалов имеют разную тепловую мощность. Методика расчета количества секций биметаллических радиаторов от расчета алюминиевых, стальных или чугунных ничем не отличается. Разной может быть только тепловая мощность одной секции.

Чтобы считать было проще, есть усредненные данные, по которым можно ориентироваться. Для одной секции радиатора с осевым расстоянием 50см приняты такие значения мощностей:

• алюминиевые — 190Вт
• биметаллические — 185Вт
• чугунные — 145Вт.

Если вы пока только прикидываете, какой из материалов выбрать, можете воспользоваться этими данными. Для наглядности приведем самый простой расчет секций биметаллических радиаторов отопления, в котором учитывается только площадь помещения.

При определении количества отопительных приборов из биметалла стандартного размера (межосевое расстояние 50см) принимается, что одна секция может обогреть 1,8м 2 площади. Тогда на помещение 16м 2 нужно: 16м 2 /1,8м 2 =8,88шт. Округляем — нужны 9 секций.

Аналогично считаем для чугунные или стальные баратери. Нужны только нормы:

• биметаллический радиатор — 1,8м 2
• алюминиевый — 1,9-2,0м 2
• чугунный — 1,4-1,5м 2 .

Это данные для секций с межосевым расстоянием 50см. Сегодня же в продаже есть модели с самой разной высоты: от 60см до 20см и даже еще ниже. Модели 20см и ниже называют бордюрными. Естественно, их мощность отличается от указанного стандарта, и, если вы планируете использовать «нестандарт», придется вносить коррективы. Или ищите паспортные данные, или считайте сами. Исходим из того, что теплоотдача теплового прибора напрямую зависит от его площади. С уменьшением высоты уменьшается площадь прибора, а, значит, и мощность уменьшается пропорционально. То есть, нужно найти соотношение высот выбранного радиатора со стандартом, а потом при помощи этого коэффициента откорректировать результат.

Расчет чугунных радиаторов отопления. Считать может по площади или объему помещения

Для наглядности сделаем расчет алюминиевых радиаторов по площади. Помещение то же: 16м 2. Считаем количество секций стандартного размера: 16м 2 /2м 2 =8шт. Но использовать хотим маломерные секции высотой 40см. Находим отношение радиаторов выбранного размера к стандартным: 50см/40см=1,25. И теперь корректируем количество: 8шт*1,25=10шт.

Корректировка в зависимости от режима отопительной системы

Производители в паспортных данных указывают максимальную мощность радиаторов: при высокотемпературном режиме использования — температура теплоносителя в подаче 90 о С, в обратке — 70 о С (обозначается 90/70) в помещении при этом должно быть 20 о С. Но в таком режиме современные системы отопления работают очень редко. Обычно используется режим средних мощностей 75/65/20 или даже низкотемпературный с параметрами 55/45/20. Понятно, что требуется расчет откорректировать.

Для учета режима работы системы нужно определить температурный напор системы. Температурный напор — это разница между температурой воздуха и отопительных приборов. При этом температура отопительных приборов считается как среднее арифметическое между значениями подачи и обратки.

Нужно учесть особенности помещений и климата чтобы правильно рассчитать количество секций радиатора

Чтобы было понятнее произведем расчет чугунных радиаторов отопления для двух режимов: высокотемпературного и низкотемпературного, секции стандартного размера (50см). Помещение то же: 16м 2. Одна чугунная секция в высокотемпературном режиме 90/70/20 обогревает 1,5м 2. Потому нам потребуется 16м 2 /1,5м 2 =10,6шт. Округляем — 11шт. В системе планируется использовать низкотемпературный режим 55/45/20. Теперь найдем температурный напор для каждой из систем:

• высокотемпературная 90/70/20- (90+70)/2-20=60 о С;
• низкотемпературный 55/45/20 — (55+45)/2-20=30 о С.

То есть если будет использоваться низкотемпературный режим работы, понадобится в два раза больше секций для обеспечения помещения теплом. Для нашего примера на комнату 16м 2 требуется 22 секции чугунных радиаторов. Большая получается батарея. Это, кстати, одна из причин, почему этот вид отопительных приборов не рекомендуют использовать в сетях с низкими температурами.

При таком расчете можно принять во внимание и желаемую температуру воздуха. Если вы хотите, чтобы в помещении было не 20 о С а, например, 25 о С просто рассчитайте тепловой напор для этого случая и найдите нужный коэффициент. Сделаем расчет все для тех же чугунных радиаторов: параметры получатся 90/70/25. Считаем температурный напор для этого случая (90+70)/2-25=55 о С. Теперь находим соотношение 60 о С/55 о С=1,1. Чтобы обеспечить температуру в 25 о С нужно 11шт*1,1=12,1шт.

Зависимость мощности радиаторов от подключения и места расположения

Кроме всех описанных выше параметров теплоотдача радиатора изменяется в зависимости от типа подключения. Оптимальным считается диагональное подключение с подачей сверху, в таком случае потерь тепловой мощности нет. Самые большие потери наблюдаются при боковом подключении — 22%. Все остальные — средние по эффективности. Приблизительно величины потерь в процентах указаны на рисунке.

Потери тепла на радиаторах в зависимости от подключения

Уменьшается фактическая мощность радиатора и при наличии заграждающих элементов. Например, если сверху нависает подоконник, теплоотдача падает на 7-8%, если он не полностью перекрывает радиатор, то потери 3-5%. При установке сетчатого экрана, который не доходит до пола, потери примерно такие же, как и в случае с нависающим подоконником: 7-8%. А вот если экран закрывает полностью весь отопительный прибор, его теплоотдача уменьшается на 20-25%.

Количество тепла зависит и от установки

Количество тепла зависит и от места установки

Определение количества радиаторов для однотрубных систем

Есть еще один очень важный момент: все вышеизложенное справедливо для двухтрубной системы отопления. когда на вход каждого из радиаторов поступает теплоноситель с одинаковой температурой. Однотрубная система считается намного сложнее: там на каждый последующий отопительный прибор вода поступает все более холодная. И если хотите рассчитать количество радиаторов для однотрубной системы, нужно каждый раз пересчитывать температуру, а это сложно и долго. Какой выход? Одна из возможностей — определить мощность радиаторов как для двухтрубной системы, а потом пропорционально падению тепловой мощности добавлять секции для увеличения теплоотдачи батареи в целом.

В однотрубной системе вода на каждый радиатор поступает все более холодная

Поясним на примере. На схеме изображена однотрубная система отопления с шестью радиаторами. Количество батарей определили для двухтрубной разводки. Теперь нужно внести корректировку. Для первого отопительного прибора все остается по-прежнему. На второй поступает уже теплоноситель с меньшей температурой. Определяем % падения мощности и на соответствующее значение увеличиваем количество секций. На картинке получается так: 15кВт-3кВт=12кВт. Находим процентное соотношение: падение температуры составляет 20%. Соответственно для компенсации увеличиваем количество радиаторов: если нужно было 8шт, будет на 20% больше — 9 или 10шт. Вот тут и пригодится вам знание помещения: если это спальня или детская, округлите в большую сторону, если гостиная или другое подобное помещение, округляете в меньшую. Принимаете во внимание и расположение относительно сторон света: в северных округляете в большую, в южных — в меньшую.

В однотрубных системах нужно в расположенных дальше по ветке радиаторах добавлять секции

Этот метод явно не идеален: ведь получится, что последняя в ветке батарея должна будет иметь просто огромные размеры: судя по схеме на ее вход подается теплоноситель с удельной теплоемкостью равной ее мощности, а снять все 100% на практике нереально. Потому обычно при определении мощности котла для однотрубных систем берут некоторый запас, ставят запорную арматуру и подключают радиаторы через байпас, чтобы можно было отрегулировать теплоотдачу, и таким образом компенсировать падение температуры теплоносителя. Из всего этого следует одно: количество или/и размеры радиаторов в однотрубной системе нужно увеличивать, и по мере удаления от начала ветки ставить все больше секций.

Приблизительный расчет количества секций радиаторов отопления дело несложное и быстрое. А вот уточнение в зависимости от всех особенностей помещений, размеров, типа подключения и расположения требует внимания и времени. Зато вы точно сможете определиться с количеством отопительных приборов для создания комфортной атмосферы зимой.

Источники: http://1poteply.ru/radiatory/podbor-radiatorov-otopleniya-po-ploshhadi.html, http://teplospec.com/radiatory-batarei/kak-podobrat-radiator-otopleniya-po-ploshchadi-uchityvaya-kpd-batarey.html, http://teplowood.ru/raschet-radiatorov-otopleniya.html

Расчет радиаторов отопления по площади | Самоделки на все случаи жизни

От того, насколько правильно и грамотно был произведен расчет мощности стального радиатора, настолько же можно ожидать от него тепла.

В данном случае нужно учесть, чтобы совпали технические параметры отопительной системы и обогревателя.

Расчет по площади помещения

Чтобы теплоотдача стальных радиаторов была максимальной, можно воспользоваться расчетом их мощностей, исходя из размера комнаты.

Если взять в качестве примера помещение с площадью 15 м2 и потолками высотой 3 м, то, высчитав его объем (15х3=45) и умножив на количество требуемых Вт (по СНиП – 41 Вт/м3 для панельных домов и 34 Вт/ м3 для кирпичных), то получится, что потребляемая мощность равна 1845 Вт (панельное здание) или 1530 Вт (кирпичное).

После этого достаточно проследить, чтобы расчет мощности стальных радиаторов отопления (можно свериться с таблицей, которую предоставляет производитель) соответствовал полученным параметрам. Например, при покупке обогревателя типа 22 нужно отдать предпочтение конструкции, имеющей высоту 500 мм, а длину 900 мм, которой свойственна мощность 1851 Вт.

Стальные радиаторы отопления: расчет мощности (таблица)

Определение мощности с учетом теплопотерь

Кроме показателей, связанных с материалом, из которого построен многоквартирный дом и указанных в СНиП, в расчетах можно использовать температурные параметры воздуха на улице. Этот способ основан на учете теплопотерь в помещении.

Для каждой климатической зоны определен коэффициент в соответствии с холодными температурами:

• при -10 ° C – 0.7;
• — 15 ° C – 0.9;
• при — 20 ° C – 1.1;
• — 25 ° C – 1.3;
• до — 30 ° C – 1.5.

Теплоотдача стальных радиаторов отопления (таблица предоставляется фирмой-производителем) должна быть определена с учетом количества наружных стен. Так если в комнате она одна, то результат, полученный при расчете стальных радиаторов отопления по площади, нужно умножить на коэффициент 1.1, если их две или три, то он равен 1.2 или 1.3.

Например, если температура за окном – 25 ° C, то при расчете стального радиатора типа 22 и требуемой мощностью 1845 Вт (панельный дом) в помещении, где 2 наружные стены, получится следующий результат:

• 1845х1.2х1.3 = 2878.2 Вт. Этому показателю соответствуют панельные конструкции 22-го типа 500 мм высоты и 1400 мм длины, имеющие мощность 2880 Вт.

Так подбираются панельные радиаторы отопления (расчет по площади с учетом коэффициента теплопотерь). Подобный подход к выбору мощности панельной батареи обеспечит максимально эффективную ее работу.

Чтобы было легче произвести расчет стальных радиаторов отопления по площади, калькулятор онлайн сделает это в считанные секунды, достаточно внести в него необходимые параметры.

Процентное увеличение мощности

Можно учитывать теплопотери не только по стенам, но и окнам.

Например, прежде чем выбирать стальной радиатор отопления, расчет по площади нужно увеличить на определенное количество процентов в зависимости от количества окон в помещении:

1. При наличии двух наружных стен и одного окна показатель увеличивается на 20%.
2. Если и окон, и стен, выходящих наружу по два, то прибавляется 30%.
3. Когда стены внутренние, но окно выходит на север, то на 10%.
4. Если квартира расположена внутри дома, а обогреватели закрыты решетками, то теплоотдача стальных панельных радиаторов должна быть увеличена на 15%.

Учет подобных нюансов перед установкой панельных батарей из стали позволяет правильно выбрать нужную модель. Это сэкономит средства на ее эксплуатации при максимальной теплоотдаче.

Поэтому не следует думать только о том, как подобрать стальные радиаторы отопления по площади помещения, но и учитывать его теплопотери и даже расположение окон. Такой комплексный подход позволяет учесть все факторы, влияющие на температуру в квартире или доме.

Как рассчитать количество батарей отопления для частного дома

Комфортные условия жизни в зимнее время всецело зависят от достаточности снабжения теплом жилых помещений. Если это новостройка, например, на дачном или приусадебном участке, то необходимо знать, как рассчитать радиаторы отопления для частного дома.

Как рассчитать радиаторы отопления для частного дома

Все операции сводятся к вычислению количества секций радиаторов и подчиняются четкому алгоритму, поэтому нет нужды быть квалифицированным специалистом – каждый человек сможет проделать довольно точное теплотехническое вычисление своего жилища.

Почему необходим точный расчет

Теплоотдача приборов теплоснабжения зависит от материала изготовления и площади отдельных секций. От правильных вычислений зависит не только тепло в доме, но также сбалансированность и экономичность системы в целом: недостаточное число установленных секций радиаторов не обеспечит должное тепло в комнате, а излишнее количество секций ударит по карману.

Виды радиаторов отопления

Для вычислений необходимо определиться с типом батарей и системы теплоснабжения. К примеру, расчет алюминиевых радиаторов теплоснабжения для частного дома отличается от других элементов системы. Радиаторы бывают чугунными, стальными, алюминиевыми, алюминиевыми анодированными и биметаллическими:

• Наиболее известны чугунные батареи, так называемые «гармошки». Они долговечны, стойки к коррозии, обладают мощностью секций 160 Вт при высоте 50 см и температуре воды 70 градусов. Существенный недостаток этих приборов – неприглядный внешний вид, но современные производители выпускают гладкие и достаточно эстетичные чугунные батареи, сохраняя все преимущества материала и делая их конкурентоспособными.

Чугунные батареи отопления

• Алюминиевые радиаторы по тепловой мощности превосходят чугунные изделия, они прочны, обладают легким собственным весом, что дает преимущество при монтаже. Единственный недостаток подверженность к кислородной коррозии. Для его устранения взято на вооружение производство анодированных радиаторов из алюминия.

Алюминиевые радиаторы отопления

• Стальные приборы не обладают достаточной тепловой мощностью, не подлежат разборке и увеличению секций при необходимости, подвержены коррозии, поэтому не пользуются популярностью.

• Биметаллические радиаторы отопления – это сочетание стальных и алюминиевых деталей. Теплоносителями и крепежными деталями в них являются стальные трубы и резьбовые соединения, покрытые алюминиевым кожухом. Недостаток – довольно высокая стоимость.

По типу системы теплоснабжения различают однотрубное и двухтрубное подключение элементов отопления. В многоэтажных жилых домах в основном применена однотрубная схема системы теплоснабжения. Недостатком здесь является довольно значительная разница температуры входящей и исходящей воды на разных концах системы, что свидетельствует о неравномерности распределения тепловой энергии по приборам батареям.

Однотрубная и двухтрубная система отопления

Для равномерного распределения тепловой энергии в частных домах можно применять двухтрубную систему теплоснабжения, когда горячая вода подается по одной трубе, а охлажденная выводится по другой.

Кроме этого, точное вычисление количества батарей отопления в частном доме зависит от схемы подключения приборов, высоты потолка, площади оконных проемов, количества наружных стен, типа помещения, закрытости приборов декоративными панелями и от других факторов.

Помните! Необходимо правильно рассчитать требуемое число радиаторов отопления в частном доме, чтобы гарантировать достаточное количество тепла в помещении и обеспечить экономию финансовых средств.

Таблица для расчета количества секций батареи

Виды расчетов отопления для частного дома

Вид расчета радиаторов отопления для частного дома зависит от поставленной цели, то есть насколько точно вы хотите рассчитать батареи отопления для частного дома. Различают упрощенный и точный методы, а также по площади и по объему рассчитываемого пространства.

По упрощенному или предварительному методу подсчеты сводятся к умножению площади помещения на 100 Вт: стандартную величину достаточной тепловой энергии на метр в квадрате, при этом формула подсчета примет следующий вид:

Q – потребная мощность тепла;

S – расчетная площадь комнаты;

Вычисление нужного числа секций разборных радиаторов ведется по формуле:

N – требуемое количество секций;

Qx – удельная мощность секции по паспорту изделия.

Так как эти формулы для высоты комнаты – 2,7 м, для других величин требуется вводить коэффициенты поправки. Вычисления сводятся к определению количества тепла на 1 м3 объема помещения. Упрощенная формула выглядит так:

H – высота комнаты от пола до потолка;

Qy – средний показатель тепловой мощности в зависимости от вида ограждения, для кирпичных стен равен 34 Вт/м3, для панельных стен – 41 Вт/м3.

Эти формулы не могут гарантировать комфортные условия. Поэтому требуются точные вычисления, учитывающие все сопутствующие особенности здания.

Точный расчет приборов отопления

Наиболее точная формула необходимой тепловой мощности выглядит следующим образом:

Q = S*100*(K1*К2*…*Kn-1*Kn), где

K1, K2 … Kn – коэффициенты, зависящие от различных условий.

Какие условия влияют на микроклимат в помещении? Для точного расчета учитывается до 10 показателей.

K1 – показатель, зависящий от числа наружных стен, чем больше поверхности соприкасается с внешней средой, тем больше потери тепловой энергии:

• при одной наружной стене показатель равен единице;
• если две наружные стены — 1,2;
• если три внешние стены — 1,3;
• если все четыре стены наружные (т.е. здание однокомнатное) — 1,4.

К2 – учитывает ориентацию здания: считается, что комнаты хорошо прогреваются, если расположены в южном и западном направлении, здесь К2 = 1,0, и наоборот недостаточно – когда окна выходят на север или восток – К2 = 1,1. С этим можно поспорить: в восточном направлении помещение все же прогревается по утрам, поэтому целесообразнее применить коэффициент 1,05.

Расчитываем, насколько сильно должна греть батарея

К3 – показатель утепления наружных стен, зависит от материала и степени термоизоляции:

• для наружных стен в два кирпича, а также при использовании утеплителя для не утепленных стен показатель равен единице;
• для неутепленных стен – К3 = 1,27;
• при утеплении жилища на основании теплотехнических расчетов по СНиП – К3 = 0,85.

К4 – коэффициент, учитывающий самые низкие температуры холодного периода года для конкретного региона:

• до 35 °С К4 = 1,5;
• от 25 °С до 35 °С К4 = 1,3;
• до 20 °С К4 = 1,1;
• до 15 °С К4 = 0,9;
• до 10 °С К4 = 0,7.

Расчет радиаторов отопления по площади

К5 – зависит от высоты помещения от пола до потолка. В качестве стандартной высоты принята h = 2,7 м с показателем равной единице. Если высота комнаты отличается от стандартной, вводится поправочный коэффициент:

• 2,8-3,0 м – К5 = 1,05;
• 3,1-3,5 м – К5 = 1,1;
• 3,6-4,0 м – К5 = 1,15;
• более 4 м – К5 = 1,2.

К6 – показатель, учитывающий характер помещения, находящегося сверху. Полы жилых зданий всегда утепляются, комнаты сверху могут быть отапливаемыми или холодными, а это неизбежно повлияет на микроклимат рассчитываемого пространства:

• для холодного чердака, а также если помещение сверху не отапливается, показатель будет равен единице;
• при утепленном чердаке или кровле – К6 = 0,9;
• если сверху расположено отапливаемая комната – К6 = 0,8.

К7 – показатель, учитывающий тип оконных блоков. Конструкция окна существенным образом влияет на потери тепла. При этом величина коэффициента К7 определяется следующим образом:

• так как окна из дерева с двойным остеклением недостаточно защищают комнату, показатель самый высокий К7 = 1,27;
• стеклопакеты обладают отличными свойствами защиты от теплопотерь, при однокамерном стеклопакете из двух стекол К7 равен единице;
• улучшенный однокамерный стеклопакет с аргоновым заполнением или двойной стеклопакет, состоящий из трех стекол К7 = 0,85.

Однотрубная и двухтрубная система отопления

К8 – коэффициент, зависящий от площади остекления оконных проемов. Теплопотери зависят от количества и площади установленных окон. Соотношение площади окон к площади комнаты должно быть урегулировано таким образом, чтобы коэффициент имел низшие значения. В зависимости от отношения площади окон к площади помещения определяется искомый показатель:

• менее 0,1 – К8 = 0,8;
• от 0,11 до 0,2 – К8 = 0,9;
• от 0,21 до 0,3 – К8 = 1,0;
• от 0,31 до 0,4 – К8 = 1,1;
• от 0,41 до 0,5 – К8 = 1,2.

Схемы подключения отопительных приборов

К9 – учитывает схему подключения приборов. В зависимости от способа подключения горячей и вывода холодной воды зависит отдача тепла. Этот фактор необходимо учитывать при установке и определении требуемой площади приборов теплоснабжения. С учетом схемы подключения:

• при диагональном расположении труб подача горячей воды осуществляется сверху, обратка – снизу с другой стороны батареи, а показатель равен единице;
• при подключении подачи и обратки с одной стороны и сверху, и снизу одной секции К9 = 1,03;
• примыкание труб с двух сторон подразумевает и подачу, и обратку снизу, при этом коэффициент К9 = 1,13;
• вариант диагонального подключения, когда подача производится снизу, обратка сверху К9 = 1,25;
• вариант одностороннего подключения с подачей снизу, обраткой сверху и одностороннее нижнее подключение К9 = 1,28.

Потеря теплоотдачи из-за установки экрана радиатора

К10 – коэффициент, зависящий от степени закрытости приборов декорирующими панелями. Открытость приборов для свободного обмена теплом с пространством помещения имеет немаловажное значение, так как создание искусственных барьеров снижает теплоотдачу батарей.

Имеющиеся или искусственно созданные преграды могут изрядно понизить отдачу батареи из-за ухудшения обмена теплом с комнатой. В зависимости от этих условий коэффициент равен:

• при открытом расположении радиатора на стене со всех сторон 0,9;
• если прибор прикрыт сверху единице;
• когда радиаторы прикрыты сверху ниши стены1,07;
• если прибор прикрыт подоконником и декоративным элементом 1,12;
• когда радиаторы полностью прикрыты декоративным кожухом 1,2.

Правила установки радиаторов отопления.

Кроме этого, существуют специальные нормы расположения приборов отопления, которые необходимо соблюдать. То есть батарею располагать не менее, чем на:

• 10 см от низа подоконника;
• 12 см от пола;
• 2 см от поверхности наружной стены.

Подставляя все необходимые показатели, можно получить достаточно точное значение требуемой тепловой мощности помещения. Путем разделения полученных результатов на паспортные данные отдачи тепла одной секции выбранного прибора и, округлив до целого числа, получаем количество требуемых секций. Теперь можно, не опасаясь последствий, подобрать и установить необходимое оборудование с нужной тепловой отдачей.

Установка батареи отопления в доме

Способы упрощения расчетов

Несмотря на кажущуюся простоту формулы, на самом деле практический расчет не так прост, особенно если количество рассчитываемых комнат велико. Упростить расчеты поможет применение специальных калькуляторов, размещаемых на сайтах некоторых производителей. Достаточно ввести все необходимые данные в соответствующие поля, после чего можно получить точный результат. Можно воспользоваться и табличным методом, так как алгоритм вычисления достаточно прост и однообразен.

Расчет радиаторов отопления – как не прогадать с количеством секций?

С выбором радиаторов отопления сегодня никаких проблем. Тут тебе и чугунные, и алюминиевые, и биметаллические – выбирай, какие хочешь. Однако сам факт покупки дорогих радиаторов особенной конструкции – еще не гарантия того, что в вашем доме будет тепло. В этом случае играет роль и качество, и количество. Давайте разберемся, как правильно рассчитать радиаторы отопления.

Расчет всему голова – отталкиваемся от площади

Неправильный расчет количества радиаторов может привести не только к недостатку тепла в помещении, но и к чересчур большим счетам за отопление и слишком высокой температуре в комнатах. Расчет следует производить как во время самой первой установки радиаторов, так и при замене старой системы, где, казалось бы, с количеством секций давно все понятно, поскольку теплоотдача радиаторов может существенно отличаться.

Разные помещения – разные расчеты. Например, для квартиры в многоэтажном доме можно обойтись самыми простыми формулами или же расспросить соседей об их опыте отопления. В большом частном доме простые формулы не помогут – нужно будет учесть множество факторов, которые в городских квартирах попросту отсутствуют, например, степень утепления дома.

Самое главное – не доверяйте цифрам, озвученным наобум всевозможными «консультантами», которые на глаз (даже не видя помещения!) называют вам количество секций для отопления. Как правило, оно значительно завышено, из-за чего вы будете постоянно переплачивать за лишнее тепло, которое буквально будет уходить в открытую форточку. Рекомендуем использовать несколько способов расчета количества радиаторов.

Простые формулы – для квартиры

Жители многоэтажных домов могут использовать достаточно простые способы расчетов, которые совершенно не подходят для частного дома. Самый простой расчет радиаторов отопления не блещет высокой точностью, однако он подойдет для квартир со стандартными потолками не выше 2.6 м. Учтите, что для каждой комнаты проводится отдельный расчет количества секций.

За основу берется утверждение, что на отопление квадратного метра комнаты нужно 100 Вт тепловой мощности радиатора. Соответственно, для того, чтобы вычислить количество тепла, необходимое для комнаты, умножаем ее площадь на 100 Вт. Так, для комнаты площадью 25 м 2 необходимо приобрести секции с совокупной мощностью 2500 Вт или 2,5 кВт. Производители всегда указывают теплоотдачу секций на упаковке, например, 150 Вт. Наверняка вы уже поняли, что делать дальше: 2500/150 = 16,6 секций

Результат округляем в большую сторону, впрочем, для кухни можно округлить и в меньшую – помимо батарей, там еще будет нагревать воздух плитка, чайник.

Также следует учесть возможные потери тепла в зависимости от расположения комнаты. Например, если это помещение, расположенное на углу здания, то тепловую мощность батарей можно смело увеличивать на 20 % (17 *1,2 = 20,4 секций), такое же количество секций понадобится и для комнаты с балконом. Учтите, что если вы намерены запрятать радиаторы в нишу или скрыть их за красивым экраном, то вы автоматически теряете до 20 % тепловой мощности, которую придется компенсировать количеством секций.

Расчеты от объема – что говорит СНиП?

Более точное количество секций можно высчитать, учитывая высоту потолков – этот способ особенно актуален для квартир с нестандартной высотой комнат, а также для частного дома в качестве предварительного расчета. В этом случае мы определим тепловую мощность, исходя из объема помещения. Согласно нормам СНиП, для обогрева одного кубического метра жилой площади в стандартном многоэтажном доме необходим 41 Вт тепловой энергии. Это нормативное значение необходимо умножить на общий объем, который можно получить, перемножим высоту комнаты на ее площадь.

Например, объем комнаты площадью 25 м 2 ­ с потолками 2,8 м составляет 70 м 3 . Эту цифру умножаем на стандартные 41 Вт и получаем 2870 Вт. Дальше действуем, как и в предыдущем примере – делим общее количество Вт на теплоотдачу одной секции. Так, если теплоотдача равна 150 Вт, то количество секций – приблизительно 19 (2870/150 = 19,1). К слову, ориентируйтесь на минимальные показатели теплоотдачи радиаторов, ведь температура носителя в трубах редко когда в наших реалиях соответствует требованиям СНиП. То есть, если в техпаспорте радиатора указаны рамки от 150 до 250 Вт, то по умолчанию берем меньшую цифру. Если вы сами отвечаете за отопление частного дома, то берите среднее значение.

Точные цифры для частных домов – учитываем все нюансы

Частные дома и большие современные квартиры никак не попадают под стандартные расчеты – слишком много нюансов нужно учесть. В этих случаях можно применить самый точный способ расчета, в котором эти нюансы как раз и учитываются. Собственно, формула сама по себе весьма простая – с такой справится и школьник, главное – правильно подобрать все коэффициенты, которые учитывают особенности дома или квартиры, влияющие на возможность сохранять или терять тепловую энергию. Итак, вот наша точная формула:

• КТ = N*S*K 1 *K 2 *K 3 *K 4 *K 5 *K 6 *K 7
• КТ – это количество тепловой мощности в Вт, которое нам необходимо для отопления конкретной комнаты;
• N – 100 Вт/кв.м, стандартное количество тепла на метр квадратный, к которому мы и будем применять понижающие или повышающие коэффициенты;
• S – площадь помещения, для которого мы будем рассчитывать количество секций.

Следующие коэффициенты имеют как свойство повышать количество тепловой энергии, так и понижать, в зависимости от условий комнаты.

• K 1 – учитываем характер остекления окон. Если это окна с обычным двойным остеклением, коэффициент равен 1,27. Окна с двойным стеклопакетом – 1,0, с тройным – 0,85.
• K 2 – учитываем качество теплоизоляции стен. Для холодных неутепленных стен этот коэффициент равен по умолчанию 1,27, для нормальной теплоизоляции (кладка в два кирпича) – 1,0, для хорошо утепленных стен – 0,85.
• K 3 – учитываем среднюю температуру воздуха в пик зимних холодов. Так, для -10 °С коэффициент равен 0,7. На каждые -5 °С добавляем к коэффициенту 0,2. Так, для -25 °С коэффициент будет равен 1,3.
• K 4 – принимаем во внимание соотношение пола и площади окон. Начиная с 10 % (коэффициент равен 0,8) на каждые следующие 10 % добавляем 0,1 к коэффициенту. Так, для соотношения 40 % коэффициент будет равен 1,1 (0,8 (10%) +0,1 (20%)+0,1(30%)+0,1(40%)).
• K 5 – понижающий коэффициент, корректирующий количество тепловой энергии с учетом типа помещения, расположенного выше. За единицу берем холодный чердак, если чердак отапливаемый – 0,9, если над комнатой отапливаемое жилое помещение – 0,8.
• K 6 – корректируем результат в сторону увеличения с учетом количества стен, контактирующих с окружающей атмосферой. Если 1 стена – коэффициент равен 1,1, если две – 1,2 и так далее до 1,4.
• K 7 – и последний коэффициент, корректирующий расчеты относительно высоты потолков. За единицу берется высота 2,5, и на каждые полметра высоты прибавляется 0.05 к коэффициенту Таким образом, для 3 метров коэффициент – 1,05, для 4 – 1,15.

Благодаря этому расчету, вы получите количество тепловой энергии, которая необходима для поддержания комфортной среды обитания в частном доме или нестандартной квартире. Остается только разделить готовый результат на значение теплоотдачи выбранных вами радиаторов, чтобы определить количество секций.

Расчет количества радиаторов отопления по площади и объему помещения

При замене батарей или переходе на индивидуальное отопление в квартире встает вопрос о том, как рассчитать количество радиаторов отопления и число секций приборов. Если мощность батарей окажется недостаточной, в холодное время года в квартире будет прохладно. Избыточное количество секций не только ведет к ненужным переплатам – при системе отопления с однотрубной разводкой жильцы нижних этажей останутся без тепла. Рассчитать оптимальную мощность и количество радиаторов можно, опираясь на площадь или объем комнаты, учитывая при этом особенности помещения и специфику разных видов батарей.

Расчет по площади

Наиболее распространенной и простой методикой является способ расчета мощности приборов, требуемой для обогрева, по площади обогреваемого помещения. Согласно усредненной норме, на отопление 1 кв. метр площади требуется 100 Вт тепловой мощности. В качестве примера рассмотрим комнату, имеющую площадь 15 кв. метров. Согласно данному методу, для ее обогрева потребуется 1500 Вт тепловой энергии.

При использовании данной методики нужно учесть несколько важных моментов:

• норма в 100 Вт на 1 кв. метр площади относится к средней климатической полосе, в южных регионах для обогрева 1 кв. метра помещения требуется меньшая мощность – от 60 до 90 Вт;
• для областей с суровым климатом и очень холодной зимой на обогрев 1 кв. метра требуется от 150 до 200 Вт;
• метод подходит для помещений со стандартной высотой потолков, не превышающей 3 метра;
• способ не учитывает потери тепла, которые будут зависеть от расположения квартиры, количества окон, качества утепления, материала стен.

Методика расчета по объему помещения

Способ расчетов с учетом объема потолка будет более точным: он учитывает высоту потолков в квартире и материал, из которого сделаны наружные стены. Последовательность вычислений будет следующей:

1. Определяется объем помещения, для этого площадь комнаты умножается на высоту потолка. Для комнаты площадью 15 кв. м. и высотой потолка 2,7 м он будет равен 40,5 кубометрам.
2. В зависимости от материала стен на обогрев одного кубометра воздуха тратится разное количество энергии. По нормам СНиП для квартиры в кирпичном доме этот показатель равен 34 Вт, для панельного дома – 41 Вт. Значит, полученный объем нужно умножить на 34 или на 41 Вт. Тогда для кирпичного здания на обогрев комнаты в 15 квадратов потребуется 1377 Вт (40,5*34), для панельного – 1660, 5 Вт (40,5*41).

Корректировка результатов

Любой из выбранных способов покажет лишь приблизительный результат, если не будут учитываться все факторы, влияющие на уменьшение или увеличение теплопотерь. Для точного расчета необходимо полученное значение мощности радиаторов умножить на приведенные ниже коэффициенты, среди которых нужно выбрать подходящие.

В зависимости от размеров окон и качества утепления через них помещение может терять 15–35% тепла. Значит, для вычислений мы будем использовать два связанных с окнами коэффициента.

Соотношение площади окон и пола в комнате:

• для окна с трехкамерным стеклопакетом или двухкамерным с аргоном – 0,85;
• для окна с обычным двухкамерным стеклопакетом – 1,0;
• для рам с обычным двойным остеклением – 1,27.

Стены и потолок

Потери тепла зависят от количества наружных стен, качества теплоизоляции и от того, какое помещение расположено над квартирой. Для учета этих факторов будет использоваться еще 3 коэффициента.

Число наружных стен:

• нет наружных стен, потери тепла отсутствуют – коэффициент 1,0;
• одна наружная стена – 1,1;
• две – 1,2;
• три – 1,3.

• нормальная теплоизоляция (стена толщиной в 2 кирпича или слой утеплителя) – 1,0;
• высокая степень теплоизоляции – 0,8;
• низкая – 1,27.

Учет типа вышерасположенного помещения:

• отапливаемая квартира – 0,8;
• отапливаемый чердак – 0,9;
• холодный чердак – 1,0.

Высота потолков

Если вы пользовались способом расчета по площади для комнаты с нестандартной высотой стен, то для уточнения результата придется ее учесть. Коэффициент можно узнать следующим образом: имеющуюся высоту потолка разделить на стандартную высоту, которая равна 2,7 метра. Таким образом мы получим следующие цифры:

• 2,5 метра – коэффициент 0,9;
• 3,0 метра – 1,1;
• 3,5 метра – 1,3;
• 4,0 метра – 1,5;
• 4,5 метра – 1,7.

Климатические условия

Последний коэффициент учитывает температуру воздуха на улице в зимнее время. Отталкиваться будем от средней температуры в наиболее холодную неделю года.

Расчет количества секций радиаторов

После того как нам стала известна мощность, требуемая для обогрева помещения, мы можем произвести расчет батарей отопления.

Для того чтобы рассчитать количество секций радиатора, нужно поделить рассчитанную общую мощность на мощность одной секции прибора. Для проведения вычислений можно пользоваться среднестатистическими показателями для разных типов радиаторов со стандартным осевым расстоянием, равным 50 см:

• для чугунных батарей примерная мощность одной секции составляет 160 Вт;
• для биметаллических – 180 Вт;
• для алюминиевых – 200 Вт.

Справка: осевое расстояние радиатора – это высота между центрами отверстий, через которые подается и отводится теплоноситель.

Для примера определим требуемое число секций биметаллического радиатора для комнаты площадью 15 кв. м. Предположим, что вы считали мощность простейшим способом по площади помещения. Делим требуемые для ее обогрева 1500 Вт мощности на 180 Вт. Полученное число 8,3 округляем – необходимое число секций биметаллического радиатора равно 8.

Важно! Если вы решили выбрать батареи нестандартного размера, узнайте мощность одной секции из паспорта прибора.

Зависимость от температурного режима системы отопления

Мощность радиаторов указывается для системы с высокотемпературным тепловым режимом. Если система отопления вашего дома работает в среднетемпературном или низкотемпературном тепловом режиме, для подбора батарей с нужным количеством секций придется произвести дополнительные расчеты.

Для начала определим тепловой напор системы, который представляет собой разницу между средней температурой воздуха и батарей. За температуру приборов отопления берется среднее арифметическое от значений температуры подачи и отвода теплоносителя.

1. Высокотемпературный режим: 90/70/20 (температура подачи — 90 °C, обратки —70 °C, за среднюю температуру в помещении принимается значение 20 °C). Тепловой напор рассчитаем так: (90 + 70) / 2 – 20 = 60 °С;
2. Среднетемпературный: 75/65/20, тепловой напор – 50 °С.
3. Низкотемпературный: 55/45/20, тепловой напор – 30 °С.

Чтобы узнать, сколько секций батареи вам понадобится для систем с тепловым напором 50 и 30, нужно умножить общую мощность на паспортный напор радиатора, а затем разделить на имеющийся тепловой напор. Для комнаты 15 кв.м. потребуется 15 секций алюминиевых радиаторов, 17 – биметаллических и 19 – чугунных батарей.

Для отопительной системы с низкотемпературным режимом вам потребуется в 2 раза больше секций.

Расчет радиаторов отопления: по площади, по объему

Domiotoplenie > Радиаторы > Расчет радиаторов отопления: по площади, по объему

Как рассчитать количество секций радиаторов отопления

Для того чтобы отопление дома или квартиры было эффективным и одновременно экономичным, необходимо сделать подбор и расчет радиаторов отопления для каждой комнаты в отдельности. Если при этом учесть их индивидуальные параметры, то жить в таком доме будет максимально комфортно. Для такого расчета разработано несколько методик, которые мы сейчас и рассмотрим.

Для чего необходим расчет

Прежде всего необходимо определиться, для чего необходим точный расчет количества секций радиаторов отопления. Как правило, он преследует две конкретные цели:

• экономическая выгода;
• комфортный уровень температуры в помещении.

Независимо от того, какой энергоноситель применяется для отопления, его излишний расход дает не только чересчур высокую температуру в доме, но и ведет к увеличению расходов. Поэтому правильный подбор и расчет секций радиаторов отопления дает возможность сэкономить на отоплении.

От комфортной температуры в помещении зависит здоровье и благополучие вас и ваших близких

Финансовый вопрос важен, но куда более существенным фактором является гарантия комфортной температуры. Не будет большой бедой повышенная температура в комнатах – можно чаще и больше проветривать, выпуская тепло на улицу. Куда хуже будет в том случае, если количество секций меньше требуемого – низкая температура куда более некомфортна для организма и может привести к хроническим простудным заболеваниям.

Расчет по площади

Количество тепла, необходимое для обогрева помещения, этот способ вычисляет, отталкиваясь от его площади. Для этого необходимо умножить площадь помещения на нормативную величину:

• для южной климатической зоны с мягкими зимами – 60 Ватт на квадратный метр;
• для центральных областей с умеренными зимними температурами – 100 Ватт на квадратный метр;
• для северных районов (выше 60 градусов северной широты) – 150-200 Ватт на метр.

Как видно, чем холоднее зимы в вашей местности, тем большее количество тепла потребуется на его отопление. Для комнаты в 20 квадратных метров в южных районах потребуется 60*20=1200 Ватт тепловой энергии, в центральных – 100*20=2000 Ватт, а в северных – 200*20=4000 Ватт тепла.

Вычислив требуемое количества тепла, можно подсчитать, сколько необходимо секций батареи для установки.

Мощность каждого отопительного прибора указывается в его техническом паспорте.

Если разделить потребное количество тепла на эту паспортную мощность, то получится количество секций, которое необходимо установить в помещении.

Пример технического паспорта на радиатор

Например, пусть мощность одной секции равна 170 Ватт. Тогда для взятой нами комнаты в 20 квадратных метров расчеты будут таковы:

• для южных районов – 1200/170=7,1;
• для центральных – 1600/170=9,4;
• для северных – 2000/170=11,8.

Результаты получились дробными, поэтому их необходимо округлить до ближайшего большего целого значения:

• для южных районов 8;
• для центральных 10;
• для северных 12.

Расчет очень прост, но при внимательном подходе видны его недостатки. Не учитываются множество факторов, значительно влияющих на качество отопления. Поэтому для получения точного результата расчет по площади потребуется уточнить. Об этом поговорим чуть ниже.

Расчет по объему

Подбор радиаторов отопления по площади не единственный упрощенный метод расчета. Расчет по объему учитывает, кроме площади, высоту потолков помещения, ведь чем они выше, тем большее количество тепловой энергии придется потратить на его отопление.

Расчет по объему учитывает, кроме площади, высоту потолков помещения

Методика расчетов похожа на предыдущую – узнаем объем помещения и умножаем на нормативный коэффициент:

• для кирпичного дома – на 34 Ватта;
• для панельного – на 41 Ватт.

Рассчитаем радиаторы отопления для той же комнаты в 20 квадратных метров и высотой потолка 2,7 метра. Ее объем составляет 20*2,7=54 кубических метра:

• Кирпичный дом. Тепло, необходимое для отопления, составляет 54*34=1836 Ватт. Если брать тот же радиатор с мощностью секции 170 Ватт, то потребуется 1836/170=10,8 или, округленно, 11 секций.
• Панельный. Тепло, необходимое для отопления, составляет 54*41=2214 Ватт. Если брать те же секции мощностью 170 Ватт, то их потребуется 2214/170=13 штук.

Разница, как видите, существенная: 11 секций и 13 секций.

Корректировка результата

Чтобы скорректировать проведенный подбор радиаторов отопления по площади или объему, необходимо учесть множество дополнительных факторов, влияющих на отопление дома.

Для точного подсчета количества секций радиаторов, которое потребуются, чтобы обеспечить отопление помещения, необходимо учитывать все его теплопотери:

• на окна приходится от 15-25% всех потерь;
• на стены – 20-30%;
• на вентиляцию – 30-40%;
• на потолки и крышу – 10-20%;
• на пол – 5-10%.

Для их учета разработаны коэффициенты, на которые необходимо умножить расчетное количество тепла, полученное в предыдущих методах.

Высота потолков

Чем выше высота потолков, тем больше тепла требуется для обогрева комнаты

Чем выше высота потолков, тем больше тепла требуется для обогрева комнаты. Для учета этого фактора используются следующие коэффициенты:

• 2,5 метра – 1;
• 3 метра – 1,05;
• 3,5 метра – 1,1;
• 4 метра – 1,15.

Величина потерь через окна складывается из двух факторов:

• площадь остекления;
• качество стеклопакета.

Величина потерь через окна складывается из площади остекления и качества стеклопакетов

Поэтому для расчета используются два коэффициента:

1. отношение площади остекления к площади пола:
   • 60% – 1,3;
   • 50% – 1,2;
   • 40% – 1,1;
   • 30% – 1,0;
   • 20% – 0,9;
   • 10% – 0,8.
2. стеклопакеты:
   • деревянные двойные рамы – 1,27;
   • двухкамерный стеклопакет – 1,0;
   • трехкамерный стеклопакет – 0,85;

Стены и крыша

Потери через стены зависят от их материала, толщины, качества утепления и других величин.

Для учета качества теплоизоляции используются следующие коэффициенты:

• плохая теплоизоляция – 1,27;
• стены из кирпича в два ряда (норма) – 1,0:
• хорошая теплоизоляция – 0,8.

Потери через стены зависят от их материала, толщины и качества утепления

Тот факт, граничит ли комната с наружным воздухом, учитывает следующий коэффициент:

• три наружных стены – 1,3
• две – 1,2;
• одна – 1,1;
• внутреннее помещение без наружных стен – 1,0.

Также на теплопотери влияет, какое помещение находится над рассчитываемым помещением – отапливаемое или нет:

На теплопотери влияет, какое помещение находится над рассчитываемым помещением

• неотапливаемый чердак – 1,0;
• отапливаемый чердак – 0,9;
• сверху находится жилое отапливаемое помещение – 0,7.

Климатические факторы

Для учета места проживания можно ввести коэффициент, учитывающий температуру самой холодной недели в зимние месяцы

Для учета места проживания можно ввести коэффициент, учитывающий температуру самой холодной недели в зимние месяцы:

• -30 градусов — 1,5;
• -25 градусов — 1,3;
• -20 градусов — 1,1;
• -15 градусов — 0,9;
• -10 градусов и выше — 0,7.

Учитывая все эти показатели, можно более точно вычислить размер батарей, необходимых для отопления конкретного помещения. Но есть еще ряд тонкостей, которые необходимо учитывать.

Расчет различных типов радиаторов

Производители, как правило, указывают в документах на радиаторы отопления величину их тепловой мощности. Если же таких данных нет, то для упрощения расчетов можно использовать усредненные значения. Так, наиболее часто используемые секции с расстоянием между осями 50 сантиметров имеют следующие мощности:

• чугунные – 150 Ватт;
• биметаллические – 185 Ватт;
• алюминиевые – 190 Ватт.

Если же радиатор имеет другое межосевое расстояние, то эти цифры необходимо скорректировать.

С уменьшением межосевого расстояния радиатора уменьшается и теплоотдача.

Для этого надо вычислить соотношение высот и на эту величину умножить указанное значение теплоотдачи.

Корректировка по типу системы отопления

Паспортная мощность радиаторов указывается из расчета использования его при максимальной температуре теплоносителя: подача 90 градусов, обратка – 70 градусов. При правильном расчете количества секций температура в комнате при этом должна быть около 20 градусов.

При правильном расчете количества секций температура в комнате должна быть около 20 градусов

Обозначается такой показатель следующим образом — 90/70/20. Но такой режим работы у домашней системы может быть только в самые сильные морозы. Гораздо чаще отопление работает в режиме 70/65/20 или даже 55/45/20. Ясно, что предыдущий результат расчета необходимо скорректировать.

Для корректировки необходимо использовать показатель, называемый температурным напором системы. Он вычисляется как разница между средней арифметической температурой в линиях подачи и обратки и температурой воздуха в комнате.

Результат умножения этого показателя на количество радиаторов должен оставаться постоянным для любого состояния системы.

Посчитаем температурный напор для двух режимов системы:

• высокотемпературный 90/70/20 – (90+70)/2 – 20=60 градусов;
• низкотемпературный 55/45/20 – (55+45)/2 – 20=30 градусов.

Видно, что для того, чтобы отопление было одинаковым, во втором случае необходимо вдвое больше секций: 60/30=2.

С помощью этого показателя можно также рассчитать количество секций батарей отопления для поддержания температуры, отличной от 20 градусов. Например, в прихожей достаточно температуры в 12 градусов. Тогда температурный напор в ней будет составлять (90+70)/2-12=68 градусов. Находим отношение 60/68=0,88. То есть, чтобы обеспечить температуру в помещении, площадь которого 20 квадратных метров, в 20 градусов, по нашим расчетам требовалось 11 секций, а для температуры в 12 градусов достаточно 11*0,88=9,68, то есть 10 секций.

Зависимость мощности радиаторов от подключения и места расположения

Теплоотдача радиаторов зависит не только от перечисленных ранее факторов, но и от того, каким способом батареи подключены к системе отопления. Максимальная 100% теплоотдача достигается только при диагональном подключении. При прочих способах она существенно уменьшается:

• одностороннее с верхней подачей – 97%;
• двустороннее нижнее подключение – 88%;
• диагональное с нижней подачей – 80%;
• одностороннее с нижней подачей – 78%.

Радиатор снижает эффективность своей работы в зависимости и от места расположения:

Сплошной экран снижает эффективность работы радиатора на 20-25%

• частичное перекрытие батареи подоконником – на 3-5%;
• полное перекрытие подоконником – на 7-8%;
• сетчатый экран снижает эффективность на 7-8%;
• сплошной экран – 20-25%.

Заключение

Расчет количества радиаторов отопления по площади или объему помещения проводится быстро и несложно. Его уточнение с использованием всех факторов, влияющих на потребляемую тепловую мощность, требует большего времени и внимания. Но результат того стоит – точное определение количества отопительных приборов обеспечит зимой комфортную атмосферу в доме.

”

Подбор радиаторов отопления по площади помещения

Частное строительство всегда сопровождается некоторыми проблемами, связанными с проведением расчетов. Это же касается и расчета системы отопления. Правильный подбор всех ее составляющих является залогом комфорта и тепла в доме. Однако при проектировании той или иной системы отопления возникает ряд вопросов, решение которых достаточно простое.

Схема радиаторов отопления.

Проводимые расчеты

Стоит заметить, что правильность работы системы отопления и эффективность ее работы во многом зависит от выбранного типа системы отопления. Однако существует и ряд других параметров, которые тем или иным образом оказывают влияние на данный показатель. К таким факторам можно отнести:

Расчет мощности радиаторов отопления.

• правильность выбора мощности котла;
• правильность выбора мощности циркуляционного насоса;
• правильность выбора количества радиаторов.

В зависимости от того, какой параметр подлежит детальному изучению, выполняется соответствующий расчет. Например, расчет мощности газового котла или циркуляционного насоса.

Помимо этого, часто приходится выполнять расчет радиаторов отопления. В процессе данной операции попутно следует сделать расчет тепловых потерь дома.

Стоит заметить, что все вышеприведенные операции тесно связаны между собой, поэтому выполнять их лучше сразу все.

Объясняется это тем, что, сделав расчет, например, необходимого количества батарей, можно легко ошибиться при выборе насоса. Такая ситуация возникает, когда насос просто не справляется с подачей того минимального необходимого количества теплоносителя на все радиаторы.

Вернуться к оглавлению

Способы расчета радиаторов

Итак, начинать стоит с расчета именно батарей. Минимальное необходимое их число может зависеть сразу от нескольких параметров:

Схема монтажа радиаторов отопления.

• площади помещения;
• высоты потолка;
• материала стен, наличия отверстий, количества окон, то есть от тепловых потерь дома.

Самым простым расчетом, который не учитывает многие из вышеуказанных факторов, можно считать тот, который выполняется по следующей формуле:

К= (П/М1)*100, где:

• К – необходимое число секций батареи;
• П – общая площадь отапливаемого помещения, для которого ведется подбор;
• М1 – мощность одной секции.

В формуле разность умножается на 100. Эта цифра взялась не случайно. Многолетней практикой показано, что минимальная мощность, которая необходима для одной единицы площади (1 кв.м) отапливаемого помещения, чтобы поддерживать в нем нормальный температурный режим, составляет порядка 100 Ватт.

Стоит отметить, что для нежилых зданий, но нуждающихся в отоплении этот показатель может принять значение 50 Ватт.

Для проведения подбора по формуле не хватает одной константы – отопительной мощности одной секции. Конечно, ее тоже можно рассчитать, однако это достаточно сложно и долго.

Поскольку все чугунные батареи отопления имеют примерно одинаковые размеры, то за многолетнюю практику было взято среднее значение мощности, около 150 Ватт.

Теперь, имея все данные, можно подобрать необходимое число секций радиатора.

Однако это только простейшая формула. Поскольку каждая комната в отдельности имеет свои показатели по тепловой потере, то обычно производится внесение в формулу дополнительных коэффициентов. Например, если комната имеет две внешние стены, то есть она угловая, то вносится коэффициент 1,2.

Тогда формула приобретет вид:

1. К= (П/М1)*100*1,2.

Пусть комната имеет площадь 9 кв.м и расположена она по центру дома, но с двумя внешними стенами. Необходимо осуществить подбор отопительных элементов для данного помещения.

Итак, К= (9/150)*100*1,2 = 7,2, то есть 8 секций.

Стоит заметить, что данный расчет верен только для потолков не выше 2,7 метров. Также следует сказать, что более правильно производить расчет исходя из объема помещения.

Примерно на таком же принципе основан и второй приблизительный расчет. Уже давно посчитано, что одна секция батареи способна отапливать примерно 1,8 кв. м площади помещения. При этом эта цифра верна только для потолков, которые не превышают в высоту 2,7 м.

Вернуться к оглавлению

Подбор биметаллических радиаторов

Схема монтажа отопительных приборов.

Если речь идет не о чугунных батареях, а о биметаллических элементах отопления, то формула немного другая, так как и сам радиатор другой:

1. К = Т/М1, где Т = О*Э.

В этой формуле:

1. К – необходимое минимальное число секций.
2. Т – количество тепла.
3. М1 – мощность одной секции.
4. О – объем помещения.
5. Э – удельная энергия, она характеризует тепло, которое необходимо затратить для обогрева единицы объема (1 куб.м).

В данной формуле остается выяснить несколько неизвестных величин. Если комната имеет несколько окон и двери, обычные стены, то достаточно всего 40 Ватт мощности батареи, чтобы обогреть 1 куб.м.

Если комната имеет две внешние стены, то этот показатель становится равным 50 Ватт.

Теперь остался неизвестным только один параметр – количество тепла, которое генерирует одна секция. Многочисленные усредненные расчеты показывают, что секция биметаллической батареи способна выделять порядка 204 Ватт тепловой энергии.

Это дает возможность подобрать нужное количество отопительных радиаторов для конкретной комнаты. Подбирают батареи и приближенным способом, то есть если известны только объем помещения и мощность одной секции.

Расчет радиаторов отопления

Наиболее простой способ обеспечить теплом жилые помещения квартиры или дома предполагает установку дополнительных радиаторов отопления или батарей. Идея неплохая, но бесконтрольное наращивание секций обогрева может превратить жилье в сауну, а любые попытки сэкономить на радиаторах приведут к переохлаждению и отсыреванию помещения. Чтобы угадать золотую середину, нужно просто выполнить оценочный расчет радиаторов отопления, определить теплопроизводительность одной секции и потребное количество для квартиры.

Варианты конструкций радиаторов отопления

Перед тем как рассчитать количество секций радиатора, необходимо получить теплотехнические характеристики отопительной поверхности. В первую очередь они зависят от размеров и материала корпуса. В современных системах отопления частных домов и квартир используется несколько типов радиаторов:

• Чугунные батареи, набранные из литых секций. Обладают высокой тепловой инерцией и хорошей стойкостью к окислению воздухом и теплоносителем. Средняя теплоотдача составляет около 160 Вт на секцию;
• Стальные радиаторы обеспечивают наихудшую теплоотдачу, всего около 80-85 Вт на условную секцию, но проще, дешевле и надежнее чугунных систем;
• Алюминиевые секции обеспечивают самую высокую теплоотдачу, более 200 Вт на одну ячейку или секцию. Алюминиевые сплавы подвержены сильной электрохимической и газовой коррозии, поэтому используются ограниченно;
• В биметаллических или сталь-алюминиевых радиаторах высокий уровень теплоотдачи, составляющий до 200 Вт на секцию, сочетается с прочностью и долговечностью батареи, даже при повышенной температуре теплоносителя.

Из-за небольших размеров, высокой теплоотдачи и приятного внешнего вида более всего используются для построения систем отопления биметаллические радиаторы. Поэтому большинство рекомендаций и методик подбора отопительных приборов направлены на то, чтобы рассчитать биметаллические радиаторы отопления. Но, по сути, методика и способ расчета секций биметаллических радиаторов отопления при необходимости может быть перенесен на алюминиевые и даже чугунные батареи, с поправкой на линейные размеры и коэффициент теплопередачи от разогретой металлической поверхности в более холодный воздух.

Общая методика расчета радиаторов отопления

Чтобы не перегружать методику расчета ненужными подробностями и деталями, специалистами был предложен простейший расчет радиатора отопления по площади помещения. Для обеспечения нормального теплового баланса в зимнее время расчет по площади подразумевает обеспечение тепловой мощности из нормы в 100 Вт на квадратный метр помещения.

Зная общую площадь конкретного помещения, потребность в определенном количестве секций рассчитываем следующим образом:

• Умножаем площадь комнаты на потребную мощность для одного квадратного метра. Расчет дает общую тепловую мощность для системы обогрева одной комнаты. Например, для помещения в 15 м² потребуется 15∙0,1=1,5 кВт тепловой энергии;
• Выбираем из паспортных данных на изделие значение теплоотдачи или отдаваемую мощность для 1 секции биметаллического радиатора, например, 190 Вт на секцию;
• Выполняем расчет радиатора отопления по площади 1500:190=7,89, с округлением получаем, что по расчету для отопления комнаты требуется 8 секций.

Важно! На самом деле методика расчета по площадям дает достоверный результат только для стандартных потолков в 270 см.

При подсчете потребной мощности для более высоких помещений используется расчет мощности нагревателя и определение потребного количества секций, исходя из объемной тепловой нагрузки. Например, для кирпичных и пенобетонных построек радиаторы отопления должны отдавать в воздух не менее 34 Вт/м³, для жилья из бетонных панелей используется норматив в 41 Вт/м³.

Таким образом, комната в 15 м² с высотой потолков 2,7 м имеет объем 40,5-41 м³. Для расчета отопления кирпичной постройки будет достаточно 1360 Вт/ч или 7 секций радиатора. Но данный расчет радиаторов отопления является предварительным или теоретическим, не учитывающим множество практических факторов, влияющих на качество отопления.

Определение поправок к расчету радиатора

Чтобы получить максимально приближенный к реальности результат расчета потребной мощности радиаторов отопления и количества секций, потребуется учесть целый ряд поправочных коэффициентов.

Наиболее важные из поправок:

• Наличие внешних факторов, таких как расположение комнаты в здании, количество в помещении внешних стен, качество утепления;
• Внутренние факторы – высота потолков, площадь остекления, схема подключения радиаторов;
• Тепловая эффективность для жидкостных систем отопления.

Все перечисленные факторы, в зависимости от положительного или отрицательного влияния, учитываются в виде значений больше, равному или меньше единицы.

Тепловая мощность нагревателя будет рассчитываться по формуле:

P=P_теор∙К_эф∙К_расп∙ К_у∙К_клим∙К_окон∙К_окон2∙К_рад∙К_{рад_эк}

где P_теор – теоретическая мощность согласно расчета по действующим нормам, К_эф — коэффициент эффективности радиатора, К_расп, К_у, К_клим – поправки на расположение помещения в здании и климатический пояс, К_окон, К_окон2 – поправки на параметры остекления комнаты, К_рад1, К_{рад_эк} – коэффициенты, учитывающие особенности расположения радиаторов.

Прежде всего, необходимо уточнить тепловую эффективность системы радиаторов. Эта поправка из таблицы учета теплового напора радиатора. Расчет теплового напора выполняется по формуле:

Р=(Т_вх-Т_вых)/2-Т_пом

где Р— численное значение напора, Т_вх, Т_вых, – температура горячей воды на входе и выходе из радиатора, Т_пом – температура воздуха в комнате. Выполнив расчет напора из таблицы, можно выбрать поправочный коэффициент К_эф.

Таким способом в расчете радиатора пытаются самым примитивным образом, без сложнейших формул теплопередачи учесть два важных фактора – энергоемкость теплоносителя и эффективность отдачи тепла в воздух.

Определение поправок для учета внешних факторов

Наибольшее влияние на теплопотери оказывает расположение комнаты в здании. Для учета в расчете используем поправку К_расп. Для одной комнаты с одной наружной стеной К_расп=1, для двух, трех или всех четырех стен для расчета мощности радиатора принимают значения 1,2-1,4 соответственно.

Поправкой К_у учитывается качество утепления наружных стен, К_у=1 для кирпичной кладки в 50 см, К_у=0.85 для утепленной стены и К_у =1,27 при отсутствии утепления.

Буквой К_клим обозначают поправочный коэффициент для учета в расчете различных климатических поясов. В качестве определяющей температуры выбирают наиболее низкую температуру воздуха на местности. Для Т=-30^оС поправка К_клим равна 1,5, для мороза от 20 до 30 градусов К_клим=1,3, для остальных случаев в расчете радиаторов отопления принимают К_клим=1,0-1,2.

Учет конструктивных особенностей комнаты

Известно, что чем больше площадь остекления, тем больше тепловые потери на отопление. Для учета данного фактора применяется два критерия: К_окон – тип оконных рам и Н — площадь остекления. Для старого варианта остекления двойным стеклом в деревянной раме К_окон=1,27, для однокамерного и двухкамерного стеклопакета принимают К_окон =1 и К_окон=0,85, соответственно.

Площадь остекления учитывается в расчете по так называемому приведенному коэффициенту, равному соотношению площади пола к площади окон. Для десятипроцентного остекления К_окон2=0,8, для сорокапроцентного остекления К_окон2=1,2.

Огромное влияние на качество отопления оказывает правильное расположение радиаторов. Существует шесть наиболее распространенных схем подключения батареи из 7-10 биметаллических секций.

В первом случае подвод и отвод горячей воды выполняется с разных сторон отопителя, горячая вода подается с верхней доли, остывшая вода с нижней части батареи. Расчет отопления и практические измерения показывают, что эффективность использования подвода тепла в данном случае максимальна, поэтому К_рад=1. Если подвод и обратку установить с одной стороны, эффективность передачи тепла немного снижается, но еще достаточно высока, К_рад=1,03.

Значительно ухудшается теплопередача при организации подвода горячей воды снизу для следующих четырех схем:

• Наиболее неэффективная схема — подвод и отвод теплоносителя с одной стороны при подаче горячей воды с нижней доли радиатора. Неважно, будет ли остывшая вода отводиться сверху или снизу, в этом случае для расчета отопления принимают К_рад=1,28;
• Подвод кипятка в радиатор с нижней части одной стороны, отвод остывшей воды с верхней доли противоположной стороны, для расчета мощности радиатора К_рад=1,25;
• Трубы с горячей и остывшей водой находятся в нижней части радиатора на одной линии с противоположных сторон, К_рад=1,13.

Как видно из приведенных данных, неудачный расчет и проектирование расположения подводов к батарее может уменьшить эффективность работы батареи на 25-28%.

Кроме правильного расположения подводов, большое значение имеет степень экранирования теплоотдачи. Например, для полностью открытого обогревателя К_{рад_эк}=0,9, что говорит о полном использовании возможности теплообмена. Для остальных случаев – перекрытия подоконником, нахождения в стеновой нише и установлении фронтальных декоративных экранов для расчета отопления К_{рад_эк} принимают значения 1-1,2.

Заключение

Остается выбрать необходимые значения поправок и перемножить по вышеприведенной формуле. Если ручной способ показался вам сложным и трудоемким, подсчитать мощность отопителя можно по одному из онлайн калькуляторов или специализированных программ, которые могут учитывать огромное количество дополнительных факторов, таких как место расположения батарей, толщину краски и даже характеристики системы вентиляции комнаты.

Расчет количества батарей отопления онлайн

Конструкция обогрева гаража насчитывает важные компоненты. Система обогревания имеет, расширительный бачок котел отопления, провода или трубы, механизм управления тепла, автоматические развоздушиватели, крепежную систему терморегуляторы, циркуляционные насосы, радиаторы, фиттинги. На этой странице сайта мы попбробуем найти и подобрать для гаража определенные части монтажа. Эти комплектующие конструкции весьма важны. Посему подбор каждого элемента конструкции необходимо планировать технически обдуманно.

Расчет количества батарей отопления онлайн

Эти две характеристики алюминиевых радиаторов практически всегда приводятся, как идентичные величины и во многих статьях используются, как синонимы. Вместе с тем, каждая из них все же имеет свои нюансы, которые вытекают из их физического определения:

• Теплоотдача – это термодинамический процесс, который заключается в передаче тепла от твердого тела (поверхности радиатора) в окружающую среду через теплоноситель;

Происходит двумя способами – конвекцией и излучением. У алюминиевого прибора отопления соотношение конвекции и излучения составляет примерно 50:50

Мощность – физическая величина, которая показывает, сколько тепла в единицу времени может произвести то или иное устройство. Чем мощнее радиатор, тем большую площадь он может обогреть.

Установленный в квартире алюминиевый радиатор

Фактически алюминиевый радиатор производит полезную работу по обогреву определенной площади, которая зависит от его мощности, за счет явления теплоотдачи. Обе обсуждаемые величины измеряются в ваттах (Вт) или киловаттах (кВт) и часто отождествляются. Хотя более правильно было бы оперировать понятием мощность, которое определяет количество передаваемой энергии, а не сам процесс передачи. Мы будем употреблять оба выражения, согласно сложившейся в последнее время практике.

На эту тему существует масса статей и обзоров в интернете. Довольно часто обсуждался этот вопрос и на страницах нашего сайта. Поэтому здесь мы приведем лишь самые основные формулы, позволяющие произвести необходимый расчет. Различные методы определяют значение мощности, необходимой обогрева заданной площади, в зависимости от учета тех или иных параметров помещения:

1. Продольные размеры. Зная длину и ширину, можно рассчитать площадь комнаты. Согласно строительным нормам, для отопления 10 м 2 стандартно утепленного помещения требуется теплоотдача в 1 кВт. Соответственно, полную мощность алюминиевого радиатора в киловаттах можно рассчитать, разделив площадь на 10;
2. Объем. Более точный расчет получается при учете третьего измерения – высоты потолков. В этом случае также применяется заданное в СНиП значение – 41 Вт на 1 м 3. Таким образом, требуемая теплоотдача радиатора в ваттах будет равна объему, умноженному на 41;
3. Конструкционные особенности помещения. Фактически это тоже расчет, за основу которого взят объем, но с некоторыми уточнениями. Так, например, для каждой двери необходимо добавить к полученному значению 0,1 кВт, а для окна – 0,2 кВт. При расположении комнаты в углу здания умножаем мощность на 1,3, а для частного дома – на 1,5, чтобы учесть утечку тепла через пол и крышу.

Кроме того, в приведенные формулы необходимо вводить поправочные коэффициенты, учитывающие географическое положение рассматриваемого объекта

Комплексный учет всех факторов. толщины утепления, количества окон, материала полов и потолка, наличия или отсутствия естественной вентиляции. Такие методы довольно сложны, полный объем вычислений выполняется лишь специалистами при необходимости проведения точного расчета системы отопления.

Приблизительный расчет количества секций алюминиевых радиаторов на комнату

Определение требуемой мощности является предварительной стадией расчета алюминиевых радиаторов. Далее обычно следует расчет количества секций, необходимого для обеспечения этой мощности.

На этом этапе все, казалось бы, довольно просто: если известна общая теплоотдача, то разделив ее на паспортную мощность одной секции, мы легко получим необходимое значение количества секций радиатора.

Но эта простота является довольно обманчивой: для не очень хорошо разбирающегося в тонкостях пользователя этот расчет может стать источником серьезных ошибок:

• Если у вас в результате получилось дробное число, его надо обязательно округлять в большую сторону;
• Паспортная теплоотдача алюминиевых радиаторов обычно приводится для значения теплового напора 60° С (это значит, что теплоноситель имеет рабочую температуру  90° С). Однако в реальности в частных домах устанавливают системы отопления, рассчитанные на меньшее значение напора. Поэтому перед применением формул эффективную мощность необходимо пересчитать;

Теплоноситель в современных домах обычно нагревается до меньших температур, поэтому эффективная мощность секции становится ниже, а самих секций требуется больше

Мощность радиатора зависит от схемы его подключения к системе. Для больших радиаторов (12 секций и более) оптимальным является диагональный способ, для менее протяженных батарей лучше использовать боковую схему.

Различные варианты расположения радиатора и сопутствующие теплопотери

асчет количества секций алюминиевых радиаторов является одной из наиболее ответственных операций при проектировании всей системы отопления. От правильности его выполнения напрямую зависит комфорт и уют в доме в самую ненастную погоду.

Любые, даже самые простые способы расчета можно понять намного быстрее, если изучать их на конкретном примере.

Допустим, нам нужно рассчитать радиатор для небольшой комнаты, имеющей размеры 4,2х5 м, высоту потолков 3,3 м, два окна и входную дверь. Комната находится внутри дома, т. е. угловых стен в ней нет. Применим все описанные выше методы по очереди:

1. Площадь помещения равна 5*4,2=21 м 2. Значит требуемая мощность радиатора, рассчитанная по первому способу, равна 21/10=2,1 кВт;
2. Объем комнаты равен ее площади, умноженной на высоту, т. е. 21*3,3=69,3 м 3. Тогда теплоотдача по объемному методу составит 69,3*41=2,84 кВт. Нетрудно заметить, что полученная величина превышает полученное первым способом значение почти на 1 кВт;
3. Дальнейшие поправки лишь еще более увеличивают эту разницу. Так, два окна и дверь добавят к мощности алюминиевых радиаторов еще 0,4 кВт, а при учете поправочного коэффициента на частный дом необходимая мощность достигнет почти 5 кВт.

Алюминиевые радиаторы обычно имеют секции мощностью около 200 Вт при напоре 60° С. Если теплоноситель в вашей системе имеет такие же параметры теплового напора, то, по разным оценкам, вам потребуется от 11 до 25 секций. При таком разбросе окончательное значение необходимо вычислить, применяя более точные методы.

Если число секций получится больше 12, имеет смысл применять не 1, а 2 радиатора, разнеся их по разным углам комнаты.

Приведенный пример свидетельствует о том, что при вычислении размеров и мощности алюминиевого радиатора разные методы могут давать совершенно разные значения. Поэтому такой расчет необходимо проводить максимально тщательно, проверяя границы применимости каждого используемого способа. Ошибки, полученные на этом этапе, могут очень серьезно сказаться на комфортности проживания в доме в течение многих лет его эксплуатации.

Источник: http://all-for-teplo.ru/batarei/raschet-moshhnosti-i-sekcij-alyuminievogo-radiatora.html

Расчет количества батарей отопления онлайн

Для климатических зон европейской части России, с учётом стандартных условий (одна внешняя стенка, одно окно или обычные окна), часто берётся стандартное значение – 41 Ватт термической мощности на один кубический объём помещения. Учесть все это необходимо до того как построить дом. Благодаря этим данным несложно произвести расчёт количества секций радиаторов, которые необходимы для обогрева помещений.

Например, имеется комната, ширина которой составляет – четыре метра, длина – пять метров и стандартная высота потолка – 2,7 м. Теперь необходимо найти объём нашей комнаты, то есть ширину умножить на длину и высоту, в итоге получается – 54 м³. Затем требуется умножить на 41 Ватт полученный объём. Получаем – 2 214 Ватт, то есть именно такая тепловая мощность потребуется, чтобы обогреть нашу комнату.

Так как же теперь произвести расчет количества радиаторов отопления для такой комнаты? Если же тип отопительного радиатора определён, то можно без большого труда произвести расчёт их количества, зная значение теплоотдачи одной секции (это значение можно узнать из документов комплектации данного радиатора). К примеру, возьмём 180 Ватт теплоотдачи одной секции радиатора, значит, количество их будет составлять 12,3, то есть тепловую мощность, требуемую для обогрева комнаты, которую рассчитали ранее (2 214 Ватт), разделили на тепловую мощность радиатора (180 Ватт). Значит, для того чтобы обогреть нашу комнату нам потребуется 13 (число 12,3 округленно в большую сторону) секций радиаторов, каждая из которых по 180 Ватт.

Если же комнатная дверь выполнена в виде арки и не закрывается, то площадь соседнего помещения следует добавить к её площади.

Этот расчёт производился при условии что теплоноситель имеет температуру 70 С, если температура ниже то нужно увеличивать количество секций. Также расчет количества радиаторов отопления предусматривает теплопотерю помещения. Например, стеклопакет способен уменьшить потерю тепла на 15-20%, что соответственно сократит количество секций. Теплопотеря также зависит от степени теплоизоляции стен и месторасположения комнаты (этаж квартиры). При расчете мощности за образец я брал радиаторы отопления биметаллические отзывы о них покорили меня, на них и остановил свой выбор.

В случае если Вам необходима замена чугунных батарей на другой тип радиаторов – можно произвести более «лёгкий» расчёт. У чугунных радиаторов теплоотдача составляет 150 Вт. Здесь потребуется посчитать количество установленных секций радиаторов и умножить их на теплоотдачу чугунных радиаторов (150 Вт). В итоге получиться общее количество тепла, излучаемое чугунными батареями.

Также читайте

Любая отопительная система призвана к тому, чтобы поддерживать постоянную комфортную температуру в помещении. В своём частном доме вы сами выбираете вид отопления.

Источник: http://vozvedi-dom.ru/otoplenie/raschet-kolichestva-radiatorov-otopleniya.php

Так же интересуются

11 апреля 2021 года

Коэффициент охлаждения поверхностных элементов: стандарт для определения отвода тепла от литий-ионных аккумуляторных ячеек

Список символов

A	Площадь, м 2
C th	Теплопроводность, W.K −1
CCC	Коэффициент охлаждения ячейки, W.K −1
I	Ток, А
I импульс	Величина тока, используемого во время импульсного цикла, А
к	Теплопроводность, Вт.м −1 К −1
к эфф	Эффективная теплопроводность, Вт · м −1 K −1
	Тепловая мощность, Вт
поколение	Мощность тепловыделения ячеек, Вт
R	Сопротивление, Ом
R внутр	Внутреннее эквивалентное сопротивление ячейки (Ом)
т	Время, с
т	Температура, ° C
T con	Контрольная температура, ° С
∆T ячейка	Разница температур в ячейке, вызванная охлаждающим механизмом, ° C
U OC	Потенциал разомкнутой цепи ячейки (В)
В	Потенциал клетки (В)
х	Толщина, м
α потеря	Доля тепловых потерь, [дмл]

кабели	Значение, относящееся к кабелям клеточного циклера
зажимы	Значение, относящееся к зажимам язычка
f i	Значение, относящееся к плавнику i
нег	Значение, относящееся к отрицательной вкладке
поз.	Значение, относящееся к положительной вкладке
прибой	Значение, относящееся к поверхностному охлаждению
вкладок	Значение, относящееся к охлаждению вкладки

Литий-ионные батареи (LIB) стали доминирующей технологией для устойчивого хранения энергии в последние годы. ¹ Потребление LIB быстро растет во многих отраслях промышленности и в различных сферах жизни общества из-за климатического кризиса, вызванного выбросами парниковых газов, серьезными проблемами со здоровьем, связанными с качеством воздуха, и необходимостью обеспечения энергетической безопасности в будущем. ^2,3

Управление температурным режимом является критической проблемой, потому что LIB выделяют значительное количество тепла во время работы, особенно для требовательных приложений, таких как автомобильная промышленность. ^4–10 Это тепло генерируется из-за электрохимических процессов, происходящих в масштабе пор в LIBs. ^4,9,11–16 Обратимое тепло генерируется из-за фазовых изменений материала и, следовательно, изменения энтропии. Необратимое тепло вызывается так называемым омическим теплом, связанным с дальнодействующими взаимодействиями (перенос заряда и частиц в электролите и твердой фазе), и кинетическим теплом, связанным с короткодействующими взаимодействиями (реакции переноса заряда на межфазной границе). ¹⁶ Скорость тепловыделения одной ячейкой в ​​целом можно описать уравнением. 1. ⁷

Первый член представляет необратимое тепло с учетом перенапряжения переноса заряда на границе раздела, омического тепла, кинетического тепла и ограничений массообмена.Второй член учитывает обратимое энтропийное тепло. Первый член может быть выражен как R _int I ² , где R _int – внутреннее эквивалентное сопротивление ячейки (Ом).

Сопротивление ячейки сильно зависит от температуры. Неоднородный импеданс в батарее приводит к неравномерному распределению тока во время работы, что увеличивает скорость деградации. ^12,17–20 Кроме того, элементы должны работать при температуре ниже указанной максимальной, чтобы снизить риск теплового разгона. ^21,22 Таким образом, важной функцией системы управления батареями (BMS) является управление системой управления температурой (TMS). TMS направлен на поддержание оптимального диапазона температур для каждой ячейки в упаковке, и степень, в которой это достигается, является результатом того, насколько эффективна TMS при охлаждении и одинаковом охлаждении каждой ячейки.

В подавляющем большинстве аккумуляторных блоков TMS

используются механизмы жидкостного или воздушного охлаждения.Воздушное охлаждение теперь ограничено приложениями с низкой скоростью разряда из-за увеличения достижимой плотности энергии и мощности современных элементов и, следовательно, увеличения их объемной скорости тепловыделения. ^23,24 Жидкостное охлаждение может быть реализовано посредством косвенного (например, тепловые пластины) или прямого (например, иммерсивного) охлаждения на определенной поверхности элемента или в сочетании с использованием материалов с фазовым переходом. ^25–29 В исключительных случаях для специально разработанных ячеек пакетов можно термически управлять через их язычки.Однако для автомобильных применений поверхностное охлаждение обычно является единственным жизнеспособным методом для достижения требуемых скоростей отвода тепла от элемента. ^25,28–31 Элемент почти всегда охлаждается на одной поверхности, что позволяет размещать два элемента рядом друг с другом в аккумуляторном блоке. ^32,33 Тепло, генерируемое внутри элемента, передается посредством теплопроводности на характерной длине в объеме элемента к охлаждаемой поверхности. ^34,35

Теплопередача требует температурных градиентов, поэтому совместная работа TMS и BMS не может полностью устранить температурные градиенты внутри ячеек, независимо от стратегии охлаждения. ^20,36,37 Температурные градиенты на уровне ячейки, вызванные заданной скоростью тепловыделения внутри ячейки, можно приблизительно оценить с помощью численного анализа. Это непрактично в применении. Необходимо учитывать каждый геометрический и тепловой параметр в ячейке. Это требует сложных моделей и полного знания внутренних характеристик клетки. ^24,38,39 В таблице I приведены внутренние геометрические и термические характеристики, которые влияют на температурный градиент, вызванный поверхностным охлаждением двух имеющихся в продаже ячеек Kokam: SLPB11543140H5, ячейки высокой мощности 5 Ач (LIB A) и SLPB75106100, и энергия 7.Ячейка 5 Ач (LIB B). ^20,40 Дополнительно была рассчитана теоретическая эффективная теплопроводность k _eff для теплопередачи, перпендикулярной плоскости слоя. Представленные тепловые характеристики были определены для каждого материала при его смачивании, т. Е. В присутствии электролита. ⁴¹ Однако теоретически полученные значения могут быть неточными из-за наличия необъяснимых неизвестных. Например, тепловое сопротивление, приписываемое каждой из многих сотен границ раздела материалов внутри ячейки, эффект любых клеев, используемых для удержания пакета электродов вместе внутри пакета, или степень, в которой теплопроводящий материал пакета обеспечивает отвод тепла. путь для каждого слоя. ^37,42,43

Таблица I. Внутренние геометрические и термические характеристики, относящиеся к поверхностному охлаждению, LIB A и LIB B. NB: Сепаратор, анод и катод были смочены электролитом для расчета их теплопроводности ^20,40,41

Компонент	Коллектор отрицательного тока	Положительный токоприемник	Сепаратор (смачиваемый)	Анодный электрод (смачиваемый)	Катодный электрод (смачиваемый)	Кожух
LIB A: Вычисленное послойное k eff : 0.916 Вт · м −1 K −1
k / Вт.м -1 K -1	398	238	0,34	1,58	1,04	238
Толщина на слой / мм	0,0210	0,0210	0,0240	0,0380	0,0290	0,1600
Количество слоев	50	51	104	100	100	2
Объемная доля ячейки	9.38%	9,38%	21,42%	33,93%	25,89%	2,75%
LIB B: Послойное вычисление k eff : 0,645 Вт.м -1 K -1
k / Вт.м -1 K -1	398	238	0,33	1.045	0,44	238
Толщина на слой / мм	0.0147	0,0151	0,0190	0,0737	0,0545	0,1600
Количество слоев	24	25	54	50	50	2
Объемная доля ячейки	4,53%	4,66%	11,72%	45,46%	33,62%	3,77%

В таблице II приведены измеряемые внешние размеры LIB A и LIB B.Площадь поверхности для кондуктивной теплопередачи, связанной с поверхностным охлаждением, составляет 4680 мм ² и 9084 мм ² соответственно. Следовательно, тепловой поток на единицу теплопроводности будет на 94,1% больше для LIB A. Кроме того, LIB A имеет на 52,7% большую толщину, что увеличивает среднюю характеристическую длину, на которой должна происходить теплопередача для охлаждения поверхности. Влияние геометрического изменения на тепловые характеристики ячейки не поддается количественной оценке, поскольку тепло генерируется внутри ячейки неравномерно.Локализованная скорость тепловыделения является функцией нескольких рабочих параметров, включая температуру, величину тока, состояние заряда (SOC), состояние здоровья (SOH) и профиль ездового цикла. ^7,8,10,44,45

Таблица II. Внешние геометрические характеристики, относящиеся к поверхностному охлаждению, LIB A и LIB B

Характеристика	LIB A	LIB B
Длина стопки электродов / мм	117.0	89,5
Ширина стопки электродов / мм	40,0	101,5
Толщина ячейки / мм	11,3	7,4

Определенные метрики хорошо известны для количественной оценки тепловых характеристик конкретного тела. Число Био и теплопроводность сосредоточенного тела использовались в области исследований литий-ионных элементов. ^46,47 Они требуют предположения, что все тепло передается от одной плоскости тела к другой.Это не относится к элементам, используемым в приложениях с интенсивным циклом, потому что тепловыделение неравномерно распределяется по объему элемента. ³⁴ Кроме того, обе меры требуют значения теплопроводности ячейки. Это можно теоретически приблизить, если известны свойства материала. Однако точность этого метода не может быть определена количественно из-за неизвестного воздействия на границы раздела обсадная колонна и электрод-стопка. Эмпирический расчет возможен, но часто непрактичен, учитывая необходимость значительного объема работы. ^20,43

В ответ на аналогичные проблемы при вычислении эффективности охлаждения вкладок в предыдущей работе были введены метрика и стандартизированный метод для эмпирической количественной оценки эффективности охлаждения вкладок для ячеек пакета. ⁴² Это было вызвано необходимостью оценить осуществимость с точки зрения скорости отвода тепла для данной ячейки в данном приложении. Тепловая мощность через охлаждаемые выступы, _{вкладок} , сравнивается с температурным градиентом от максимальной температуры ячейки до температуры выступа, ∆T _ячейки , в виде отношения.Вкладка Cell Cooling Coefficient, CCC _{вкладки} , находится по формуле. 2.

В предыдущей работе, ⁴² было сконструировано индивидуальное экспериментальное устройство, которое включало латунные шины длиной 220 мм, соединяющие каждый вывод ячейки с циклером ячеек Bio-logic . Шины также обеспечивали тепловой путь для охлаждения язычков ячейки пакета от выступов ячейки к радиатору, установленному на другом конце шины. Этот радиатор поддерживался при постоянной температуре на протяжении всего испытания.Две термопары на каждой сборной шине контролировали температурный градиент вдоль каждой, и, зная свойства материала и геометрические размеры сборных шин, эти величины использовались для оценки скорости отвода тепла от каждого выступа ячейки к радиатору, _neg + _pos = _{вкладок} . ∆T _ячейка (уравнение 2) относится к разнице температур между максимальной температурой ячейки и средней температурой на вкладке.Температуры вкладок были найдены с помощью термопар, установленных в зажимах вкладок (в настоящем исследовании использовались идентичные зажимы, см. Экспериментальный раздел). Максимальную температуру ячейки находили также с помощью термопар. Размещение этих термопар было основано на результатах численной модели. ³⁷

Распределение тепловыделения по всей ячейке, которое могло бы происходить в реальных приложениях, может быть вызвано только в литий-ионном элементе путем пропускания тока через элемент.В процессе определения CCC используется цикл возбуждения прямоугольных импульсов с I _{в среднем} = 0 A для поддержания постоянного SOC, чтобы непрерывно пропускать ток через ячейку. При этом распределение индуцированного тепловыделения повторяет распределение в реальном приложении. Оценка тепловых характеристик данной ячейки с помощью этого метода позволяет обойти необоснованные допущения, необходимые для расчета числа Био и теплопроводности ячейки. CCC _tabs было продемонстрировано как единственное значение для данной модели ячейки в начале срока службы, независимо от рабочей температуры и скорости тепловыделения.

В ходе этого исследования был разработан коэффициент охлаждения поверхностной ячейки, CCC _surf . В исследовании мы продемонстрировали, что тот же принцип оценки производительности элемента, описанный в предыдущей работе, ⁴² может быть использован для количественной оценки тепловых характеристик элемента с поверхностным охлаждением. Вторая цель заключалась в использовании вкладок CCC _surf и CCC для сравнения охлаждения поверхности с охлаждением выступов для LIB A и LIB B, а также для определения пригодности каждой ячейки для примера применения аккумуляторной батареи, где Может применяться охлаждение поверхности или язычка.

В этой статье мы показываем, что CCC _surf является ценным инструментом для проектировщиков аккумуляторных батарей, позволяющим определить требования TMS намного раньше в процессе проектирования, чем в противном случае. В результате метрика может использоваться для выбора ячейки, наиболее подходящей для конкретного приложения. CCC _surf также может использоваться для оценки температурных градиентов в пределах блока без использования сложных численных методов и, следовательно, может использоваться в моделях термически связанных деградаций для увеличения срока службы и оценки производительности.Наконец, помимо плотности энергии и емкости, CCC _surf – это показатель, который производители ячеек могут использовать для оптимизации конструкции ячеек и для конкуренции друг с другом. Это улучшит производительность и срок службы следующего поколения ячеек.

Аппарат

В этом исследовании использовали две карманные клетки Kokam, обозначенные LIB A и LIB B ⁴² . LIB A имеет катод LiMnNiCoO ₂ (NCM), а катод для LIB B – это Li (Ni _0.4 Co _0,6 ) O ₂ . В обоих случаях анод – графитовый. Все клетки, использованные в этом исследовании, были новыми и находились в зачаточном состоянии. Те же две модели ячеек были использованы для исследования CCC _{вкладок} в предыдущей работе ⁴² , чтобы можно было сравнить охлаждение поверхности и язычка.

Схема экспериментальной установки, используемой для LIB A, показана на рис. 1. Установка для LIB B концептуально идентична. Ячейка устанавливается между латунными зажимами и находится внутри нижней изоляционной оболочки.Термопара K-типа (TC7 и TC8) была установлена ​​внутри каждого зажима и приклеена с помощью термопластической смолы (1,22 Вт · м ^-1 K ^-1 ). Если специально не указано иное, для всех следующих приклеиваемых компонентов используется эта термоэпоксидная смола. Положительные и отрицательные соединения к циклическому устройству Bio-logic (BCS 815) (два изолированных медных провода 1,5 мм ² , идущие параллельно для каждого вывода) были подключены к зажимам с помощью кольцевых клемм. Зажимы были закреплены вокруг выступов с помощью установочных винтов с обеих сторон, затянутых до 12 Нм с помощью динамометрического ключа.Было обнаружено, что такая конфигурация минимизирует электрическое сопротивление и, следовательно, омический нагрев внутри узла зажимного язычка. Также наблюдалось электрическое сопротивление и, следовательно, омическое тепловыделение по длине параллельных медных проводов, соединяющих циклер аккумуляторной батареи. Кондуктивное рассеивание этого тепла нельзя было точно интерпретировать, потому что тепловой градиент вдоль медных кабелей было трудно определить количественно, и было установлено, что он варьируется от теста к тесту. Поэтому в разделе «Результаты» предлагаются дополнения для количественной оценки кондуктивной теплопередачи как функции измеряемых температурных градиентов через вкладки ячеек.

Увеличить Уменьшить Сбросить размер изображения

Рис. 1. Экспериментальная установка и расположение термопар для LIB A.

Загрузить рисунок:

Стандартное изображение Изображение высокого разрешения

LIB A состоял из трех тонколистовых ТК k-типа (TC1-TC3), размещенных на верхней поверхности и удерживаемых на месте с помощью теплопроводящей каптоновой ленты. TC1 — TC3 имел толщину всего 50 мкм м и ширину 3.2 мм, гарантируя, что они не снижают качество контакта между клеткой и алюминиевой пластиной. Согласованность этой границы раздела была дополнительно обеспечена с помощью слоя геля термоинтерфейса толщиной 0,5 мм (8 Вт.м ^-1 .K ^-1 ). TC4 — TC6 прилипает к нижней поверхности ячейки. ТС на LIB B были настроены, как показано на рис. 2.

Увеличить Уменьшить Сбросить размер изображения

Рисунок 2. Расположение термопар ячейки для LIB B.

Загрузить рисунок:

Стандартное изображение Изображение высокого разрешения

Линейная решетка для TC1 – TC3 и TC4 – TC6, показанная на рис. 1, обеспечивает оптимальное покрытие каждой поверхности LIB A тремя термопарами. Это связано с тем, что LIB A имеет отношение длины к ширине почти 3: 1 (см. Таблицу II). Между тем LIB B имеет отношение длины к ширине, близкое к 1: 1 (см. Таблицу II). Поэтому для LIB B предпочтительнее было использовать треугольную решетку термопар, как показано на рис.2. В соответствии с этой логикой интерпретация данных, представленная в разделе «Результаты», требует, чтобы температура поверхности ячейки находилась рядом с вкладками, чтобы приблизительно оценить скорость потери или получения тепла с помощью вкладок. Следовательно, для LIB A TC1 и TC4 должны быть близко к отрицательному выводу, а TC3 и TC6 должны быть близко к положительному выводу. Точно так же для LIB B TC3 и TC6 должны быть рядом с вкладками.

TC2 и TC5 были размещены рядом с вкладками, потому что интерпретация данных, представленная в разделе «Результаты», требует, чтобы температура поверхности ячейки была близка к выступам, чтобы приблизительно оценить скорость потери или получения тепла через вкладки.

Опорная пластина толщиной 10 мм была помещена с давлением 41,9 кПа на верхнюю поверхность ячейки с использованием известной массы 20 кг. Алюминиевый сплав 6082T6 с высокой теплопроводностью (180 Вт · м ⁻¹ K ⁻¹ ) был использован для основной и верхней пластин, чтобы обеспечить равномерную температуру поверхности ячейки и равномерное распределение тепла через четыре ребра. Таким образом, качество теплового пути через каждое латунное ребро будет одинаковым, что приведет к максимальной однородности теплового потока, отражающегося от охлаждаемой поверхности элемента.Латунные ребра приклеивались к прорезям основания и верхней пластины. Каждое ребро имело общую длину 90 мм, при этом каждый TC на стороне ячейки (TC9 – TC12) располагался на расстоянии 65 мм от соответствующего TC на стороне управления (TC13 – TC16). Это расстояние было максимально увеличено в пределах разумных конструктивных ограничений, чтобы увеличить величину разницы температур между каждой парой термопар и, следовательно, уменьшить погрешность из-за разрешающей способности измерения температуры. Каждое ребро входило в 5-миллиметровую прорезь в верхней и нижней пластинах. Таким образом, смежные грани верхней и базовой пластин находились на расстоянии 80 мм друг от друга.Скорость кондуктивной теплопередачи вдоль каждого ребра оценивалась индивидуально в предварительных экспериментах, и была установлена ​​тесная корреляция.

Заключение сборки в изоляцию ( Celotex CW3000, 0,023 Вт.м ^-1 K ^-1 ) создало чисто проводящую систему, ограниченную открытыми поверхностями изоляции. Элемент Пельтье (PE), приклеенный к верхней поверхности верхней пластины, использовался для установки контрольной температуры, T _con , для границы проводящей системы.Неизбежные потери тепла через изоляцию были учтены в анализе данных, объясненном в разделе «Результаты». Чтобы свести к минимуму разброс потерь изоляции от испытания к испытанию, устройство использовалось внутри тепловой камеры, также выдерживаемой при T _con .

Экспериментальная процедура

Экспериментальная процедура основана на описанной в предыдущей работе. ⁴² После настройки устройства испытуемый элемент подвергался воздействию прямоугольного импульсного тока с профилем тока с I _{в среднем} = 0, поэтому SOC поддерживается постоянным в узком диапазоне около 50%.Это было сделано в течение длительного периода времени (6 часов), чтобы позволить ячейке достичь устойчивого температурного состояния, превышающего T _con . OCV брали в начале и в конце каждого теста при T _con , чтобы проверить отсутствие изменений в исходном SOC. Полный цикл движения подробно описан ниже. Он включает в себя период покоя в начале цикла и процедуру определения характеристик клеток в конце цикла, чтобы гарантировать отсутствие заметного разложения между тестами.Температура каждого ТС, критическая для последующего термического анализа, регистрировалась с помощью регистратора данных Omega Picologger TC- 08 с использованием калиброванных термопар с точностью ± 0,01 ° C при 1 Гц в течение каждого теста.

• 1.

  8-часовой отдых для обеспечения теплового равновесия при T _con во всем аппарате

• 2.

  Прямоугольный ток, пульсирующий с частотой 1 Гц, центрированный вокруг нуля и с учетом специфики теста текущая величина, за 6 ч

• 3.

  2-часовой перерыв для достижения стабильных тепловых условий перед анализом разложения

• 4.

  Зарядка 1C CC-CV до 4,2 В с отключением на 500 мА с последующим перерывом в 1 час

• 5.

  Разряд 1C CC до 2,7 В для анализа деградации с последующим отдыхом в течение 1 часа

• 6.

  Зарядка 1C CC-CV до 4,2 В с отключением 500 мА с последующим отдыхом в течение 1 часа

• 7.

  Разряд 1С до 50% SOC с последующим 2-часовым отдыхом

Всего было проведено 33 теста на четырех испытательных ячейках. I _pulse и T _con были изменены, чтобы вызвать различные скорости тепловыделения в тестируемых элементах и ​​продемонстрировать повторяемую методологию для ряда рабочих условий. Тесты и условия для каждой ячейки сведены в Таблицу III.

Таблица III. Сводка всех тестов.

Ячейка	Количество тестов	I импульс диапазон / A	T con диапазон / ° C
LIB A1	13	7.5–20,0	10,0–25,0
LIB A2	9	7,5–20,0	25,0
LIB A3	5	12,5–20,0	25,0
LIB B1	6	7,5–16,0	20,0

Интерпретация данных

Основным допущением для анализа данных является то, что скорость тепловыделения внутри ячейки равна скорости отвода тепла от ячейки, когда система достигает устойчивого температурного режима ().Среднее значение зарегистрированной температуры поверхности ячейки (TC1-TC6), T _{cell av} , было контролируемой температурой для определения области во время цикла импульсов, где это предположение было оправданным. Во-вторых, предполагается, что конвективная теплопередача незначительна в рассматриваемой системе, то есть всего, что заключено в изоляционном материале. Это было оправдано, поскольку воздушный поток внутри системы был исключен, и поэтому предполагалось, что коэффициенты поверхностной конвективной теплопередачи будут очень низкими.

Разница температур в ячейке, ΔT _ячейка , от нижней поверхности до верхней поверхности, была рассчитана как разница средних температур поверхности, как указано в уравнении. 3.

Разница температур от концов ячейки до соответствующих выступов, ΔT _neg и ΔT _pos , также была необходима для учета кондуктивной теплопередачи через выступы ячейки.Уравнение 4 показывает это для отрицательной табуляции, эквивалент был использован для положительной табуляции. Температура для отрицательного конца ячейки, T _{cell neg} , была рассчитана как среднее значение температур, зарегистрированных TC1 и TC4. Положительная конечная температура, T _{ячейка pos} , была определена из среднего значения TC3 и TC6. TC7 и TC8 использовались для отрицательной и положительной температуры вкладки, T _{tab neg} и T _{tab pos} соответственно.

Для каждого теста скорость кондуктивной теплопередачи через верхнюю поверхность ячейки рассчитывалась с использованием TC9-T C16. Уравнение 5 описывает скорость теплопередачи _{f 1} через ребро 1, так что ΔT _f1 представляет собой разность температур между TC9 и TC13. x _{f 1} – расстояние между TC9 и TC13 (65 мм), A _f – площадь поперечного сечения ребра в плоскости, перпендикулярной направлению теплопроводности вдоль его длина, а k _f – теплопроводность материала ребер (использовалась латунь марки C121, поэтому k _f = 123 W.м ⁻¹ K ⁻¹ ). Уравнение 6 суммирует скорость теплопередачи через каждое ребро для вывода общей скорости кондуктивной теплопередачи через верхнюю поверхность ячейки, _surf .

Чтобы определить скорость теплопередачи для ячейки на каждую вкладку, были использованы значения CCC вкладки, CCC _neg и CCC _pos , которые были получены в предыдущей работе. ⁴² Учет тепловых путей язычка очень важен, поскольку трудно интерпретировать и количественно оценить теплопроводность медных проводов, соединяющих ячейку с циклическим устройством.Уравнение 7 определяет _neg , скорость отвода тепла через отрицательный язычок. _pos , скорость отвода тепла через положительный язычок, определяется таким же образом. Скорость добавления тепла (из-за омического нагрева проводов и узлов зажимов) или скорость отвода тепла (из-за медных проводов, обеспечивающих путь для теплопроводности от ячейки), поэтому принимается во внимание простым измерением теплового градиент от ячейки к соответствующей вкладке.

Скорость генерации тепла ячейкой, _gen , в стационарном температурном режиме, была рассчитана путем суммирования рассчитанных скоростей теплопередачи, как в уравнении. 8. Часть генерируемого тепла, которая отводится через изоляцию и, следовательно, не измеряется ТС, установленными в устройстве, представлена ​​как _ins .

Эксперимент по определению характеристик устройства был проведен для аппроксимации функции для _ins с использованием резистивного нагревателя, приклеенного к нижней поверхности LIB A1 перед основным набором тестов.Принципиально процедура была идентична той, что использовалась в предыдущей опубликованной работе. ⁴² Ячейка достигла стабильного повышенного температурного состояния внутри изоляции, когда через резистивный нагреватель было подано 1,5 Вт тепла. Было зарегистрировано 1,419 Вт тепла, покидающего устройство через контролируемые пути ( _surf + _neg + _pos ). Предполагалось, что оставшаяся часть 0,081 Вт была выброшена непосредственно в изоляцию.Доля потерь, α _потеря , для установки LIB A поэтому была рассчитана как 0,054 (5,4% тепла, добавленного к ячейке в эксперименте по определению характеристик). Установка LIB B произвела α _потерь = 0,119. Более высокие потери α для LIB B могут быть отнесены на счет увеличенной площади нижней поверхности электролизера, из-за которой теряется большая часть неучтенного тепла. Доли потерь действительны для всех случаев, когда температура PE и температура окружающей среды равны, что было обеспечено для всех испытаний. _ins может быть определено уравнением. 9. Следовательно, _gen может быть переопределено с помощью уравнения. 10.

CCC для данного процесса управления температурой, CCC _i , определяется формулой. 11, где _i – скорость кондуктивной теплопередачи через охлаждаемую поверхность i ячейки, а ΔT _ячейка – разность температур от максимума ячейки до охлаждаемой поверхности.Для настоящего исследования _surf представляет _i , и, следовательно, коэффициент охлаждения ячейки для охлаждения одной поверхности, CCC _surf , определяется формулой. 12.

Обработка данных

Рисунок 3 графика T _{ячейка av} и контрольная граничная температура, T _con , а также ΔT _ячейка , ΔT _отриц. и ΔT _поз. .Наблюдается аннотированная область установившейся температуры. На рисунке 4 показаны _surf , _neg , _pos и _ins и их сумма, _gen . Скорость отвода тепла через каждый оцениваемый путь постоянна в области устойчивого состояния. На рисунке 5 показаны графики CCC _surf для импульсного цикла.Значения CCC _surf кажутся постоянными в пределах области устойчивого состояния. Среднее значение по этому региону берется вперед. В данном случае CCC _surf = 0,896 Вт.м ⁻¹ K ⁻¹ . CCC _surf значения не являются постоянными вне стационарной области, потому что фундаментальное предположение, необходимое для экспериментального определения CCC _surf , что скорость тепловыделения внутри ячейки равна отводу тепла скорость от ячейки, неоправданна, когда изменение температуры происходит со временем.Всплеск после завершения цикла импульсов является четким индикатором того, где это допущение падает, и, таким образом, подчеркивает необходимость определения CCC _surf в области устойчивого состояния.

Увеличить Уменьшить Сбросить размер изображения

Рис. 3. Температуры и температурные градиенты, относящиеся к производному CCC _surf , в течение периода пульсации для примера набора данных (тест 1 на LIB A1).

Загрузить рисунок:

Стандартное изображение Изображение высокого разрешения

Увеличить Уменьшить Сбросить размер изображения

Рис. 4. Компоненты измерения скорости нагрева внутри устройства, сумма которых равна производной скорости тепловыделения ячейки, в течение периода импульсов для примера набора данных (тест 1 на LIB A1).

Загрузить рисунок:

Стандартное изображение Изображение высокого разрешения

Увеличить Уменьшить Сбросить размер изображения

Рисунок 5. Полученное значение CCC _surf в течение периода импульсов для примера набора данных (тест 1 в LIB A1).

Загрузить рисунок:

Стандартное изображение Изображение высокого разрешения

Обоснование результатов

CCC был проанализирован для охлаждения язычка в предыдущей работе и продемонстрировал, что он является сингулярным значением для данной ячейки. Функциональность процесса создания CCC _tabs была тщательно протестирована путем экспериментов на четырех ячейках. I _{импульс} величина, T _con , и, следовательно, _gen , все были изменены. Тот же самый процесс для проверки функциональности процесса деривации CCC _surf был важен в настоящем исследовании. Присущая изменчивость внутреннего сопротивления, связанного с узлом зажима, будет подробно обсуждена, и было обнаружено, что она влияет на полученное значение CCC _surf для данной ячейки.В ходе последующего анализа тесты были разбиты на наборы данных, чтобы лучше всего представить этот эффект. Эти наборы данных: LIB A1, T _при = 10 ° C, LIB A1, T _при = 25 ° C, LIB A2, T _при = 25 ° C , LIB A3, T _при = 25 ° C, LIB B1, T _при = 25 ° C.

На рисунке 6 представлено CCC _surf для каждого теста в ячейке LIB A по сравнению с _surf .Вертикальные полосы погрешностей суммируют экспериментальную погрешность, обусловленную точностью измерения температуры, ± 0,01 ° C. Тенденция очевидна, с большей ошибкой в ​​вычисленном CCC _surf , когда величина _surf меньше. Это было ожидаемо, потому что большее значение _surf соответствует большим температурным градиентам как через ячейку, так и через латунные ребра. Следовательно, погрешность из-за абсолютной точности измерения температуры уменьшается по мере увеличения температурного градиента между любыми двумя ТС.

Увеличить Уменьшить Сбросить размер изображения

Рис. 6. Производное значение CCC _surf для всех тестов на LIB A, построенное в зависимости от скорости отвода тепла через верхнюю поверхность элемента. Ошибка из-за точности измерения температуры включена во все результаты. Также включено значение порога _surf = 0,7 Вт, ниже которого CCC _ERR > 0.04.

Загрузить рисунок:

Стандартное изображение Изображение высокого разрешения

На рисунке 7 показаны графики CCC _surf , доля ошибок CCC _ERR в сравнении с _surf для всех тестов. Это вычисляется как отношение ошибки измерения температуры к производному значению CCC _surf . Погрешность измерения температуры определяется как среднеквадратическая ошибка абсолютных значений зарегистрированной температуры с использованием разрешения регистрации данных ± 0.01 ° С. Наибольшая дробь – 0,066. Подгонка одной кривой наблюдается в представленных результатах, и очевидно, что доля ошибок может быть уменьшена за счет увеличения _surf , что достигается за счет использования большей величины тока или уменьшения T _con . Однако, учитывая, что поведение каждой отдельной модели ячейки уникально, было бы ограничением предлагать минимальную величину тока или желаемую низкую температуру, которая должна использоваться для определения CCC _surf модели ячейки.Определенное значение CCC _ERR можно использовать в качестве универсальной меры погрешности, присущей любому отдельному тесту на любой данной модели ячейки. Поэтому на рис. 7 предлагается предел, равный CCC _ERR <0,04, чтобы экспериментальная ошибка теста была достаточно низкой для проведения значимого анализа результатов. Это предложение продолжается в настоящем исследовании, в оставшееся обсуждение включены только результаты, соответствующие критерию.

Увеличить Уменьшить Сбросить размер изображения

Рис. 7. CCC _ERR для всех тестов, график зависимости от скорости отвода тепла через верхнюю поверхность ячейки. Предлагаемое условие приемлемой ошибки, CCC _ERR <0,04, включено. CCC _ERR <0,04 прямо соответствует экспериментальному порогу для _surf = 0.7 Вт. Это условие тоже включено.

Загрузить рисунок:

Стандартное изображение Изображение высокого разрешения

Из рис. 7 видно, что критерий CCC _ERR <0,04 выполняется, когда _surf > 0,7 Вт. Это пороговое значение для экспериментальной установки, а вертикальная линия теперь включен, отмечая границу между допустимыми и неприемлемыми областями на рис. 6 и 7.

На рис. 8 рассчитанные значения CCC _surf показаны в сравнении с ячейкой _gen для все действующие тесты на LIB A.Помимо изменения величины тока в пульсирующем профиле, контролируемая граничная температура была понижена для серии тестов на LIB A1, чтобы увеличить импеданс ячейки, и, следовательно, _gen для данной величины тока . Также представлены линии наименьших квадратов наилучшего соответствия для каждого из четырех наборов данных.

Увеличить Уменьшить Сбросить размер изображения

Рисунок 8. Производное значение CCC _surf для всех тестов на LIB A, где выполняется условие CCC _ERR <0,04, нанесенное на график зависимости от скорости тепловыделения в ячейке. Линейная линия наименьших квадратов наилучшего соответствия включена для каждого набора данных.

Загрузить рисунок:

Стандартное изображение Изображение высокого разрешения

Существует очевидная корреляция между CCC _surf и _gen .Линии наилучшего соответствия имеют средний градиент -0,0241. Во всем диапазоне выборки _gen (0,58–3,23 Вт) этот градиент предсказывает сокращение на 6,39% выходного CCC _surf . Это небольшая ошибка, связанная с изменяющимся тепловым поведением токоведущих медных проводов и, следовательно, не учтенная в предыдущем анализе ошибок. Медные провода, соединяющие элемент с циклическим аккумулятором, важны для функциональности буровой установки, и их нельзя избежать.Однако вызванная ими ошибка соответствует той, о которой сообщается в опубликованных работах, связанных с использованием адиабатических испытаний для приблизительного определения удельной теплоемкости или скорости тепловыделения элемента. ^12,48,49

Принятые меры позволили включить обе вкладки в обработку данных, которая дала результаты для _gen . Однако разная степень отвода тепла через язычки, а не через верхнюю поверхность ячеек, влияет на производный CCC _surf .Дно ячейки достигает более высокой температуры, и поэтому разумно предположить, что большая часть тепла, отводимого через язычки, теряется из слоев, расположенных близко к дну пакета электродов. Это уменьшило бы тепловой поток, проходящий через электродную батарею к верхней поверхности ячейки, и, следовательно, уменьшил бы ΔT _ячейки для данного _gen . Кроме того, в случаях, когда узел зажима достигает более высокой температуры, чем рассматриваемый конец ячейки, и, следовательно, тепло добавляется к ячейке через тепловые пути язычка, то же предположение предполагает, что большая часть тепла добавляется к более холодным слоям. : те, которые ближе к вершине электродной стопки.Это тепло должно отводиться через верхнюю поверхность ячейки, проходя через латунные ребра. Следовательно, заявленное значение _surf будет в этом случае увеличиваться, в то время как тепловой поток от нижней части к верхней части пакета электродов и, следовательно, ΔT _cell , будет сравнительно не затронут.

Чтобы продемонстрировать это явление, этот прогноз графически отображается на рис.9, на котором показаны рассчитанные _{вкладок} ( _{вкладок} = _отр. + ) для каждого из четырех наборов данных LIB A против _gen .Что касается тестов T _con = 25 ° C, градиент линий наименьших квадратов наилучшего соответствия варьируется от одного набора данных к другому. Это вызвано и представляет собой изменение степени омического нагрева в узле зажима и кабелей, соединяющих ячейку с циклом элементов, _{зажимов} + _{кабелей} , и, следовательно, величины и направления кондуктивная теплопередача по кабелям. _{зажимов} и _Кабели были пропорциональны I _{импульс} ² и внутреннему сопротивлению узла зажима и кабелей, R _{зажимов} и и R _кабели соответственно.В то время как были приняты меры для достижения воспроизводимых значений R _{зажимов} во время экспериментальной установки, значения, измеренные перед каждым испытанием, варьировались от 0,101 мОм до 0,197 мОм на положительном зажиме и от 0,126 мОм до 0,176 мОм на отрицательном зажиме. . Следовательно, качественно для испытаний, где T _con = 25 ° C, тепло передавалось в ячейку от узлов зажима, в то время как тепло передавалось от элемента к узлам зажима в тестах, где T _при = 10 ° C.

Увеличить Уменьшить Сбросить размер изображения

Рис. 9. Скорость отвода тепла через язычки ячейки для всех тестов на LIB A, где условие CCC _ERR <0,04, график зависимости от скорости тепловыделения в ячейке. Линейная линия наименьших квадратов наилучшего соответствия включена для каждого набора данных.

Загрузить рисунок:

Стандартное изображение Изображение высокого разрешения

Происхождение Рис.9 представляет собой окончательный случай, когда I _{импульс} = 0 A, и, следовательно, _gen = 0 Вт и _{зажимов} + _{кабелей} = 0 Вт и все ошибки также будут равны нулю. Экстраполяция каждой линии, наиболее подходящей для оси пересечения оси y ( _gen = 0 Вт), позволяет найти точку, близкую к началу этой оси ( _{вкладок} = 0 Вт).Это подтверждает аргумент о том, что R _{зажимов} дисперсия отвечает за различные подогнанные градиенты: когда R _зажим не действует, т.е. когда I _{импульс} = 0 A, каждый набор данных сходится в точке _{зажимов} + _{кабелей} = 0 Вт, _gen = 0 Вт.

Определение коэффициента охлаждения ячейки

Был показан процесс получения CCC чтобы быть надежным и повторяемым для настроек нескольких ячеек.Кроме того, было показано, что на CCC _surf минимально влияет температура ячейки. Ограничения были выделены для устройства в отношении отклонений в R _{зажимов} . Однако созданная этим ошибка, наблюдаемая в изменчивости производных CCC _surf из каждого отдельного теста, была представлена ​​как решаемое свойство через сходящиеся линии наилучшего соответствия. Та же методология предлагается для получения истинного значения CCC _surf для каждого набора данных (т.е.е. когда устранена изменчивость из-за изменения омического нагрева в зажимных узлах и медном проводе). Возвращаясь к рис. 9 и экстраполируя линии наилучшего соответствия на точку пересечения оси y , можно найти истинное значение CCC _surf для каждого набора данных. Они сведены в Таблицу IV. Та же методология была применена к набору данных LIB B1. Стандартное отклонение четырех полученных истинных значений CCC _surf (для четырех наборов данных LIB A) равно 0.0066, а максимальный диапазон значений составляет всего 1,42%. Отклонение истинного значения CCC _surf меньше, чем ошибка TC, присущая настройке устройства. Следовательно, CCC _surf в точке пересечения оси y используется для следующего обсуждения.

Таблица IV. Теоретически полученное значение CCC _surf для каждого набора данных, рассчитанное для случая, когда через испытательную ячейку не проходит ток.

Набор данных	CCC surf / W.K −1
LIB A1, T при = 10 ° C	0,987
LIB A1, T при = 25 ° C	0,983
LIB A2, T при = 25 ° C	0,973
LIB A3, T при = 25 ° C	0.997
LIB B1, T при = 25 ° C	1,907

Сравнение производительности элемента

Тепловые характеристики элемента можно сравнить с использованием хорошо установленных показателей, таких как теплопроводность, как показано ниже. Однако анализ в следующих параграфах подчеркивает недостатки таких установленных показателей тепловых характеристик, когда они применяются в области электрохимических исследований. Электрохимические устройства, литий-ионные элементы и не только, уникальны по своему способу генерирования тепла, и, следовательно, показатель тепловых характеристик, разработанный специально для них, абсолютно необходим, поскольку поле продолжает расширяться с огромной скоростью.

Тепловые и геометрические параметры, влияющие на характеристики поверхностного охлаждения для обеих моделей ячеек, сведены в Таблицу I и Таблицу II. Из них теплопроводность для каждой ячейки ( C _{th LIB i} ) может быть рассчитана по формуле. 13, где A, и x – площадь поперечного сечения и толщина ячейки соответственно. C _{-я LIB A} = 0,379 W.K ^-1 и C _{-я LIB B} = 0.792 W.K ^-1 .

Теплопроводность позволяет количественно сравнить тепловые характеристики двух ячеек. Этот показатель показывает, что LIB B превосходит LIB A на 108,7%. Однако этот метод сравнения основан на неоправданных предположениях: влияние проводящего материала ячейки пакета, который обеспечивает тепловой путь от одной поверхности ячейки к другой, игнорируется, и тепловое сопротивление каждой границы раздела внутри пакета электродов считается отрицательным. незначительный.

Сравнение теплопроводности также не является репрезентативным для работающего электрохимического устройства. Теплопроводность может быть решена только с помощью сингулярной характеристической длины, и в этом случае использовалась толщина ячейки. Однако это описывает ситуацию, когда все тепло передается от одной поверхности ячейки к другой. В действительности, любое электрохимическое устройство будет генерировать тепло неравномерно по всему объему из-за как обратимых, так и необратимых процессов в масштабе пор в активных материалах; изменение энтропии, связанное с фазовыми изменениями материала, переносом заряда и частиц в твердой фазе и электролите и реакциями переноса заряда на межфазной границе.Наконец, это сравнение стало возможным только благодаря предыдущей обширной работе, в которой основное внимание уделялось составу, объемной доле и точным свойствам материалов, составляющих ячейку, в частности, составляющих пакет электродов. Без этой информации было бы невозможно получить k _eff для любой ячейки.

Значения CCC _surf для LIB A и LIB B представлены в таблице V. Они представляют собой альтернативный метод количественного сравнения тепловых характеристик двух геометрически разнородных ячеек пакета.Этот метод не требует необоснованных допущений, существенных для приведенного выше примера теплопроводности, а также не требует аппроксимации характеристической длины. Наконец, сравнение проводится эмпирически, поэтому предварительные знания о составе клеток не требуются. Хотя размеры CCC аналогичны теплопроводности, CCC – это тепловое свойство, характерное для определенного метода управления температурой и характерное для литий-ионного элемента в процессе эксплуатации. Следовательно, CCC заявляет, что гораздо большая величина теплового потока может быть достигнута через охлаждаемую поверхность ячейки пакета для данного температурного градиента. C _{-я LIB A} составляет 38,5% от CCC _{surf LIB A} и C _{-я LIB B} составляет 41,5% от CCC _{Surf LIB B 9008. Предполагается, что тот факт, что литий-ионный элемент во время работы выделяет тепло во всем своем объеме, будет доминирующим фактором в значительной разнице между расчетными значениями теплопроводности и измеренными значениями CCC. Однако другие подробные предположения и приближения должны иметь эффект до неизвестной степени.}

Таблица V. Производные CCC _surf и CCC _{вкладок} для LIB A и LIB B.

	CCC surf / W.K -1	CCC вкладок / W.K -1	Макс. скорость непрерывного разряда / А. (Ач) -1	Емкость / Ач
LIB A	0.985	0,332	30	5
LIB B	1,907	0,204	5	7,5

В предыдущей работе было показано, что LIB A превосходит LIB B по охлаждению язычков на 62,7%. В настоящей работе показано, что LIB B превосходит LIB A для поверхностного охлаждения на 93,4%. Это сравнительное преимущество объединяет все характеристики отдельных ячеек, обсуждаемые в данном исследовании, в два простых показателя тепловых характеристик.Предлагаемый экспериментальный и аналитический подход позволяет определить истинную меру способности любой карманной ячейки отводить тепло от одной поверхности, без моделирования сложных и связанных параметров ячейки наряду с необоснованными предположениями. Очевидно, что CCC _surf – ценный инструмент для разработчиков ячеек, позволяющий оптимизировать конструкцию ячеек для достижения наилучших тепловых характеристик для конкретных приложений. Кроме того, он предоставляет инженерам по упаковке простой способ оценки пригодности данной ячейки пакета для приложения.

Сравнение методов охлаждения

Для обеих ячеек поверхностное охлаждение является более эффективным методом отвода тепла при заданном температурном градиенте. Для LIB A снижение температурного градиента для всей ячейки, ΔT _{, ячейка} , достигнутое за счет охлаждения одной поверхности, составляет 66,3%, а для LIB B будет 89,3%. Таким образом, поверхностное охлаждение оказывается очень полезным, явно оптимальным для отвода тепла, и это соответствует отраслевым тенденциям. Однако это не единственное соображение, величина и направление тепловых градиентов, а также места их концентрации имеют большое значение.

Охлаждение язычка для LIB A на самом деле вызывает лишь умеренный температурный градиент в плоскости слоев ³¹ , поскольку недавняя работа продемонстрировала, что тепловой градиент сконцентрирован в области соединения токосъемника с контактом и вызван значительным уменьшение площади поперечного сечения теплопроводного материала. Следовательно, несмотря на более горячую ячейку, наблюдается меньшее изменение импеданса от слоя к слою, неоднородности тока, а LIB A имеет наименьшую разницу в температуре между самой горячей и самой холодной областями фактической области пакета для охлаждения вкладок. ^20,37 Напротив, охлаждение поверхности создает значительные температурные градиенты в направлении, нормальном к плоскости слоя в области пакета, и, следовательно, большое изменение импеданса между слоями, значительные неоднородности тока, самые большие различия в температуре между самым горячим и самым холодным области стека и ускоренная деградация. ^20,37,45 Это связано с тем, что область стопки имеет анизотропные тепловые свойства: теплопроводность в направлении, соответствующем охлаждению поверхности, по крайней мере, на порядок ниже, чем при охлаждении язычка. ⁵⁰

Предыдущие исследования изучали последствия температурных градиентов, вызванных охлаждением язычка или поверхности. ²⁰ Деградация резко снижена: на 67% в случае LIB A в агрессивных условиях циклического воздействия. Недавняя работа также показала, что если тепловое узкое место в области язычка может быть открыто за счет увеличения толщины язычка и, таким образом, площади поперечного сечения теплопроводного материала, то скорость охлаждения язычка может приблизиться к скорости охлаждения поверхности. ⁵¹

Повышение коэффициента охлаждения ячейки

CCC _surf может быть улучшено для данной ячейки путем изменения конструкции. Качественно продемонстрировано, что теплопроводность каждого материала, содержащегося в блоке электродов, влияет на градиент температуры от горячей поверхности к охлаждаемой. Следовательно, само собой разумеется, что улучшение теплопроводности любого присутствующего материала улучшит CCC _surf для данной ячейки. ΔT _ячейка может рассматриваться как глобальная величина, которая может быть разбита как сумма градиента температуры по каждому материалу в стопке электродов. Возьмем сначала ΔT _CCneg , градиент температуры на каждом отрицательном токосъемнике (который есть почти во всех литий-ионных элементах). В таблице I подчеркивается превосходная теплопроводность меди (398 Вт · м ⁻¹ K ⁻¹ ), поэтому ΔT _CCneg будет составлять очень небольшую часть ΔT _ячейки .Вместо этого оцените ΔT _катод , градиент температуры на каждом катодном слое в электродной батарее. Катодный материал для LIB A и LIB B имеет очень низкую теплопроводность (1,04 Вт · м ⁻¹ K ⁻¹ и 0,44 Вт · м ⁻¹ K ⁻¹ ), и поэтому большую часть составляет ΔT . _ячейка находится в ΔT _катоде . Повышение теплопроводности катода (и анода, и сепаратора) имело бы значительные ощутимые преимущества для величины CCC _surf ячейки.

В действительности изложенные выше предложения могут быть нереальными. Активные материалы ячейки оптимизированы для электрохимических характеристик, а не для отвода тепла. CCC _surf также может быть улучшен для данного химического состава элемента за счет уменьшения толщины конструкции элемента и, таким образом, уменьшения среднего расстояния от места тепловыделения внутри пакета электродов до охлаждаемой поверхности. Это же преимущество может быть реализовано пользователем ячейки, применяя терморегулирование к обеим поверхностям ячейки.

Более реалистично увеличить величину CCC _tabs для заданного химического состава и геометрии ячейки. Опубликованные результаты подчеркивают, что область выступа ячейки пакета является значительным тепловым узким местом в пути отвода тепла, охлаждающего язычок. ⁵¹ Обычно ячейка пакета имеет выступы толщиной 0,2–0,3 мм. Намечены предложения по значительному увеличению толщины выступов данной ячейки до 1,5 мм. Подтвержденные численные модели делают вывод, что для некоторых коммерческих ячеек мешочков изменение конструкции таким образом сделает охлаждение вкладки оптимальной стратегией охлаждения, где в настоящее время охлаждение поверхности является единственным жизнеспособным методом управления температурой.

Приложение

CCC может улучшить процесс проектирования аккумуляторной батареи, суммируя тепловые характеристики в глобальную метрику, которая позволяет сравнивать геометрически и термически разнородные элементы. Ниже приводится базовый пример. Невозможно предложить полностью реалистичную процедуру проектирования аккумуляторной батареи без разбавления ключевого содержания настоящего исследования. Таким образом, этот пример был сохранен очень простым, чтобы кратко продемонстрировать случай, когда метрика CCC может иметь ценность для отрасли.

Аккумуляторная батарея на 15 Ач должна полностью работать при температуре ниже 40 ° C в условиях окружающей среды 20 ° C и должна быть способна к непрерывной разрядке 4C. Блок должен быть спроектирован для использования либо LIB A (потребуется три элемента), либо LIB B (потребуется два элемента), а также их основных рабочих характеристик, стандартной емкости и максимальной продолжительной скорости разряда наряду с CCC _surf и CCC _{вкладок} сведены в Таблицу V.Средняя скорость тепловыделения, _gen , для LIB A и LIB B для разряда 4C составляет 4,97 Вт и 8,28 Вт соответственно. ⁴²

В предыдущем исследовании неспособность LIB B к охлаждению вкладок для этого приложения была обнаружена путем расчетов с использованием CCC _{вкладок} . Было продемонстрировано, что язычки во время работы должны поддерживаться почти на 41 ° C ниже максимальной температуры ячейки, ΔT _{ячейки макс. До выступов} .Это приведет к отрицательным температурам охлаждающей жидкости. Между тем LIB A был подходящим выбором для приложения с охлаждением вкладками. Максимальная температура вкладок была рассчитана равной 25 ° C (т.е. ΔT _{макс. Ячеек для вкладок} = 15 ° C). Эти результаты приведены в первых двух строках таблицы VI.

Таблица VI. Сравнение LIB A и LIB B, а также метода охлаждения для определения пригодности для использования в примере аккумуляторной батареи.

Метод охлаждения	Ячейка	Тепловая мощность ячейки ( gen ) / Вт	∆T макс. До прибоя ячейки / ° C	Максимальная температура охлаждаемой поверхности / ° C
Язычок охлаждения	LIB A	4.97	14,97	25,03
	LIB B	8,28	40,59	-0,59
Поверхностное охлаждение	LIB A	4,97	5,05	34,95
	LIB B	8,28	4,34	35,66

Рассматривая вместо этого компоновку блока, где каждая ячейка может охлаждаться на одной поверхности, ΔT _{макс. Ячейки до прибоя} рассчитывается по формуле.14.

Следовательно, для LIB A:

и для LIB B:

Эти результаты суммированы в строках 3 и 4 таблицы VI. Требуемые температуры охлаждаемой поверхности аналогичны, что свидетельствует о том, что, хотя LIB B выделяет больше тепла, ему противодействует его лучшее значение CCC _surf . Для данного приложения поверхностное охлаждение является единственным подходящим методом управления температурой для LIB B.

Следующий академический пример демонстрирует, что LIB A может иметь охлаждение поверхности или язычка для этого гипотетического аккумуляторного блока.Для простоты предполагается, что разработчик аккумуляторной батареи настроен на использование LIB A с оптимальной температурой 25 ° C, но должен принять решение относительно реализации охлаждения с язычком или поверхности. В этом случае преимущества охлаждения язычка (снижение деградации и увеличенный срок службы блока) должны быть сопоставлены с возможностью работы блока при температуре на 15 ° C выше оптимальной. Это можно сравнить с поверхностным охлаждением, при котором блок всегда будет работать в пределах 5 ° C от оптимального. Хотя этот пример не является полностью репрезентативным для методологий проектирования, которые можно найти в автомобильной промышленности, он может просто продемонстрировать значение метрики CCC как дополнительного инструмента, помогающего оптимизировать упаковку.

Введен коэффициент охлаждения поверхности ячейки и стандартизованный метод для количественной оценки температурного градиента, необходимого по толщине ячейки пакета, чтобы удалить единицу тепла, генерируемого внутри ячейки, через поверхность ячейки. Коэффициент охлаждения поверхностной ячейки определяется эмпирическим путем и является константой для данной модели ячейки, независимо от рабочих параметров.

Отраслевой стандарт для универсальной количественной оценки способности управления температурой любой литий-ионной батареи соответствует существующим мерам, используемым для количественной оценки мощности и плотности энергии, которые можно найти в таблице данных любого элемента.Показатель CCC будет иметь большое значение для индустрии литий-ионных аккумуляторов. Разработчики аккумуляторных блоков получают ценный инструмент, позволяющий сравнивать ячейки с ячейками, чтобы выбрать наиболее подходящую модель ячейки для приложения. CCC _surf и CCC _{вкладок} следует использовать на ранних этапах проектирования аккумуляторной батареи, чтобы сравнить различные методы управления температурой для любого элемента и любых условий эксплуатации. Пример такого процесса приведен в данном исследовании. CCC _surf , показано как сингулярное значение для данной модели ячейки с максимальной дисперсией 1,82% для полного набора данных тестов на LIB A. Было показано, что экспериментальная процедура дает воспроизводимые результаты в виде Условия испытаний, величина тока, проходящего через элемент, и контрольная температура меняются от испытания к испытанию. Было проанализировано влияние изменения T _con на электрическое сопротивление и, следовательно, на генерацию омического тепла внутри узла зажима.Также была представлена ​​методика компенсации этой ошибки.

Эмпирическая метрика CCC _surf была разработана специально для электрохимических устройств, которые генерируют собственное тепло. Таким образом, он уникален по сравнению с традиционными показателями тепловых характеристик, такими как теплопроводность или число Био. Оба параметра очень трудно параметризовать из-за ряда основных свойств материала и требуемых параметров ячейки, и они не могут по размерам охарактеризовать неоднородное тепловыделение во всем объеме любого работающего электрохимического устройства.Область электрохимических исследований является фундаментальным компонентом растущей индустрии аккумуляторов, а управление температурой литий-ионных элементов является критическим препятствием для широкого внедрения аккумуляторных технологий в автомобильном секторе и за его пределами. Следовательно, метрика, разработанная для улучшения понимания температуры литий-ионного элемента и внутренних градиентов температуры во время работы, будет полезным инструментом как для фундаментальных электрохимических исследователей, так и для разработчиков аккумуляторных батарей.

Внедрение CCC изменит нынешний дух дизайна батарей.В настоящее время производители элементов оптимизируют плотность энергии за счет способности отвода тепла, поскольку плотность энергии является единственным показателем, используемым для уменьшения значения для приложения. Большая осведомленность о тепловых характеристиках, полученная с помощью набора данных CCC, подчеркнет этот недостаток. На практике ожидается, что элементы, спроектированные на основе CCC, произведут революцию в конструкции аккумуляторных батарей, что приведет к увеличению срока их службы и большей доступной емкости.

Эта работа была поддержана Институтом Фарадея (номер гранта EP / S003053 / 1, FIRG003), проектом Innovate UK THT (номер гранта 105297), проектом Innovate UK BATMAN (номер гранта 104180), проектом Innovate UK CoRuBa (133369 ) и проект EPSRC TRENDS (номер гранта EP / R020973 / 1).

Поведение при горении крупномасштабной батареи из титаната лития

Поведение при горении

В этой работе элементы нагревались до возгорания с помощью электрического нагревателя. Процессы горения показаны на рисунке 1. Из рисунка 1 видно, что в разных состояниях литий-ионный аккумулятор демонстрирует схожее поведение при горении, однако есть и некоторые отличия. Поведение при горении можно разделить на стадии воспламенения, стабильного горения и тушения.

Рисунок 1

Поведение при сгорании батарей с 0%, 50% и 100% SOC.

(a), (d), (g) и (h) – характеристики горения батареи 100% SOC; (b), (e) и (i) – характеристики горения батареи с 50% SOC; (c), (f) и (j) – характеристики горения батареи с 0% SOC.

Этап I (зажигание): на этом этапе в течение некоторого времени нагревали три батареи. Для алюминиевого корпуса толщиной 1,44 мм аккумулятор на этом этапе не увеличивался. После 4629 с, 3900 и 1465 с нагрева для 0%, 50% и 100% батареи SOC, соответственно, лопнул клапан ограничения давления и из него хлынули газы.Горючие газы воспламенились от высокой температуры на электронагревателе и образовали струйное горение, как показано на рис. 1 (а), 1 (б), 1 (в). Для активных электрических материалов и органического электролита внутри происходили некоторые химические реакции. Согласно исследованиям Kim et al. ²⁰ , на этом этапе, по мере повышения температуры, в аккумуляторе протекает серия экзотермических реакций. Атомы лития реагируют с органическим растворителем в электролите и выделяют обильные алканолефиновые газы, такие как C ₂ H ₄ , C ₃ H ₆ , C ₂ H ₆ .Gachot et al. ²¹ предложена общая схема разложения электролита в диапазоне температур 100–250 ° C. Продукция может быть разделена на пять семейств: сложные эфиры, углеводороды, простые эфиры, карбонаты и спирты. Кроме того, воспламеняющийся электролит может испаряться из-за высокой температуры. Затем внутреннее давление увеличивается за счет образования газов (включая испарение электролита), когда оно превышает пороговое значение, газы будут выбрасываться из предохранительного клапана и воспламеняться от высокой температуры после полного смешивания с воздухом, как показано на рисунке 1 (а). к рисунку 1 (c).Если сравнивать характеристики горения трех батарей, то пламя сгорания с более высоким уровнем заряда (SOC) после разрыва и воспламенения увеличивается. Кроме того, с более высоким SOC время, необходимое для разрыва и воспламенения, уменьшается, что указывает на то, что степень и скорость внутренних реакций напрямую зависят от SOC.

Стадия II (стабильное горение): Рисунок 1 (d) – Рисунок 1 (f) показывает, что длина пламени становится короче, но высота становится выше, чем на стадии I. На этой стадии горение батареи становится стабильным и пламя диапазон меняется медленно.Это явление сохранялось около 720 с (0% SOC) и 300 с (50% SOC). Это указывает на то, что реакции газообразования на этой стадии приближаются к стабилизации. На рис. 1 (g) показаны два струйных потока смешанного черного и белого дыма, выходящие как из катодного, так и из анодного предохранительного клапана. Это особое явление произошло через 540 секунд стабильного горения и проявилось только при 100% -ном сгорании батареи SOC. В это время произошли сильные реакции внутри полностью заряженной батареи, которые привели к возгоранию 100% SOC-батареи, что стало более сложным и трудно предсказуемым, что подробно обсуждалось в разделе обсуждения.

Стадия III (тушение): область пламени постепенно уменьшалась и гасла в конце, как показано на Рисунках 1 (i) и 1 (j). На этом этапе реакция между электролитом и электродными материалами ослабляется, так как остаточное количество электролита уменьшается. Время горения составляет около 2160 с и 790 с для ячеек с 0% SOC и 50% SOC соответственно. Для ячейки 100% SOC он был погашен выбросом сильного дымового потока в 1990-е годы.

Коэффициент потери массы

На рисунке 2 показано, что полностью разряженный элемент (0% SOC) нагревается и сжигается дольше, чем полностью заряженный элемент (100% SOC), время нагрева двух элементов составляет 4560 с. и 1440 с, а время горения – 2820 с и 600 с соответственно.Время, используемое для наполовину заряженного элемента (50% SOC), находится между ними. Первые точки поворота трех кривых представляют момент воспламенения, а наклон кривых потери массы отражает степень сгорания трех батарей. Видно, что полностью заряженный аккумулятор сгорает сильнее других. Разница между 50% и 0% потерей массы батареи SOC составляет 1,94% (около 35 г), что указывает на то, что батареи испытали аналогичные процессы горения и коэффициент воспламенения аналогичен.Но для полностью заряженного элемента он потерял больше массы, чем у наполовину заряженного и разряженного элемента. За исключением аналогичного явления горения, потоки белого и черного дыма сильно выбрасывались из анодных или катодных клапанов и сдували струю пламени в 1988 г. (потеря 17,69% массы батареи). При этой температуре (более 300 ° C) материалы анода и катода очищаются от алюминиевой и медной пленки. И затем основной состав потока черного дыма – это материалы анода и катода. Следовательно, для полностью заряженной батареи общая потеря массы не означает, что она сгорела в большей степени, чем другие элементы.

Рисунок 2

Коэффициент потери массы батарей в 0%, 50% и 100% SOC во время сгорания.

0% SOC и 50% SOC батарея сгорела 13,04% и 15% от общей массы, батарея 100% SOC произошла два струйных возгорания и потеряла 28,96% массы.

Поверхность элемента и температура пламени

Четыре термопары были установлены на поверхности и шесть термопар были установлены рядом с электродами для определения температуры поверхности и пламени, как показано на рисунке 3. Неоднородные реакции в батарее могут влиять на распределение температуры поверхности. .Ниже были проанализированы изменения температуры поверхности и пламени во время горения, чтобы выявить закономерности возникновения и развития возгорания батареи.

Рисунок 3

Кривая температуры поверхности и пламени батареи 0% SOC в течение всего процесса.

(а) – температура поверхности, (б) – температура пламени.

Температуры на катодном отводе, верхней поверхности, нижней поверхности и анодном отводе не изменяются с одинаковой скоростью. На рис. 3 (а), рис. 4 (а) и рис. 5 (а) показана история температуры поверхности батареи SOC 0%, 50% и 100% соответственно.На стадии нагрева нижняя температура быстро повышалась из-за прямого теплового излучения и вскоре стабилизировалась в определенном диапазоне температур, поскольку поглощение и излучение тепла уравновешиваются. По сравнению с температурами на катоде и аноде, температура верхней поверхности повышалась быстрее и оставалась на стабильном уровне после зажигания батареи. Распределение температуры поверхности при воспламенении показано на Рисунке 3 (а), Рисунке 4 (а) и Рисунке 5 (а). Интересно обнаружить, что критические температуры на выступе анода и верхней поверхности трех ячеек очень близки друг к другу, примерно от 112 до 121 ° C и от 139 до 147 ° C, соответственно.Температура верхней поверхности может напрямую отражать внутренние реакции ячейки, потому что повышение температуры вызывается только теплопроводностью от внутренней части к поверхности. На стадии горения резкие реакции внутренней батареи приводят к тому, что температура поверхности повышается быстрее, чем на стадии нагрева. Для батареи с 0% SOC самая высокая температура на нижней поверхности составляла 234 ° C при 7320 с, на верхней поверхности была 183 ° C при 7444 с и на анодном выступе была 143 ° C при 7479 с. Для батареи с 50% SOC температурные кривые TC3 и TC E5 на рисунке 4 (a) показывают резкое увеличение через 49 минут 26 секунд (2966 секунд).Это была температура катодного пламени от горения пластиковой упаковки. Внезапное прекращение температур TC3 и TC4 происходит из-за того, что термопары на наполовину заряженной ячейке сброшены с поверхности в результате плавления пластиковой упаковки. Но анодная термопара все еще может регистрировать температуру поверхности. Для батареи со 100% SOC температура поверхности резко увеличивается с 2027 до 2101 с, что отличается от температуры ячеек 0% SOC и 50% SOC. В этот период температура поверхности, испытанная TC1, TC2, TC3, увеличилась до 163 ° C, 208 ° C и 151 ° C за 3 минуты.В этот период пожар батареи отличался сильным потоком дыма, выбрасываемым из предохранительного клапана. Этот выброс длился около 20 с, и батарея потеряла 300 г массы в этом сегменте, как показано на Рисунке 2. В этот момент внутри батареи 100% SOC происходили усиленные реакции, в результате чего выделялось большое количество тепла с обильными газами. Если газы не были выброшены из предохранительного клапана вовремя, гигантские газы внезапно увеличат внутреннее давление и, возможно, приведут к взрыву.

Рис. 4

Кривая температуры поверхности и пламени 50% -ной батареи SOC в течение всего процесса.

(а) – температура поверхности, (б) – температура пламени.

Рисунок 5

Кривая температуры поверхности и пламени батареи 100% SOC.

(а) – температура поверхности, (б) – температура пламени.

На рис. 3 (b), рис. 4 (b) и рис. 5 (b) показана температура пламени трех батарей. Для батареи с 0% SOC TC E5 (на 100 мм выше E4) обнаружил более высокую температуру пламени, чем другие термопары на стороне катода, и самая высокая температура составляет 849 ° C через 87 минут 3 секунды (5223.51 с). Для 50% и 100% батареи SOC TC E2 (на 100 мм выше E1) обнаружил более высокую температуру, чем два других на анодной стороне, и самая высокая температура пламени составляет 711 ° C и 750 ° C для двух элементов соответственно. Таким образом, температура пламени составляет от 700 до 900 ° C, а центр пламени находится примерно на 100 мм выше предохранительного клапана.

Ширина и высота пламени

Горючие газы, выбрасываемые из клапана ограничения давления, воздух и высокая температура, образуют три основных элемента пожара.Пламя последовательно увлекает окружающий воздух для подачи окислителя и подвержено влиянию вертикальной плавучести, что приводит к искажению и вибрации пламени. Горизонтальное расстояние между границей пламени и предохранительным клапаном определяется как ширина, а расстояние по вертикали между верхней точкой пламени и предохранительным клапаном определяется как высота. Согласно теории огненного шлейфа, пожарный шлейф можно разделить на три зоны: зона непрерывного пламени, зона прерывистого пламени и зона дальней зоны ²² .Эта теория используется здесь для анализа возгорания батареи. В прерывистой зоне высота пламени быстро колебалась в диапазоне 0-555,7 мм, как показано на Рисунках 6 (b) и 6 (d). Таким образом, средние значения соседнего пламени считались высотой пламени. Ширина пламени зависит от скорости потока газов, выходящих из предохранительного клапана. Можно обнаружить, что ширина возгорания трех батарей различается на Рисунке 6 (а) и Рисунке 6 (б). На рис. 6 (а) показано, что батарея 0% SOC имеет относительно небольшую и стабильную ширину пламени, а ее средняя ширина пламени составляет около 100 мм за 750 с.Когда батарея 50% SOC загорается, ширина возгорания сначала достигает 270 мм, а затем медленно уменьшается до тех пор, пока не погаснет. Полностью разряженный аккумулятор горит более стабильно, а пламя меньше, чем у наполовину заряженного аккумулятора. Ширина возгорания батареи 100% SOC изначально составляет 300 мм, что, согласно видеозаписи, рассматривается как возгорание или испарение электролита. Затем он снижается до 50 мм и снова поднимается до 199 мм. Горючие газы, такие как газообразные алканы, были образованы и сгорали при этом, и в конце батарея перешла в режим теплового разгона.

Рисунок 6

Ширина и высота пламени для ячеек 0% SOC, 50% SOC и 100% SOC.

,

(b) и (d) – это фактические расчетные значения трех ячеек ширины и высоты пламени из видео. (a) и (c) являются дальнейшей обработкой из (b) и (d).

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности. Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.

---

Настройка вашего браузера для приема файлов cookie

Существует множество причин, по которым cookie не может быть установлен правильно.Ниже приведены наиболее частые причины:

• В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки своего браузера, чтобы он принимал файлы cookie, или чтобы спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
• Ваш браузер спрашивает вас, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались. Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, нажмите кнопку «Назад» и примите файлы cookie.
• Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Если вы подозреваете это, попробуйте другой браузер.
• Дата на вашем компьютере в прошлом.Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы исправить это, установите правильное время и дату на своем компьютере.
• Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie. Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.

---

Почему этому сайту требуются файлы cookie?

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу.Чтобы предоставить доступ без файлов cookie потребует, чтобы сайт создавал новый сеанс для каждой посещаемой страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.

---

Что сохраняется в файле cookie?

Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в cookie; никакая другая информация не фиксируется.

Как правило, в файлах cookie может храниться только информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта.Например, сайт не может определить ваше имя электронной почты, пока вы не введете его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступа к остальной части вашего компьютера, и только сайт, который создал файл cookie, может его прочитать.

Какая система охлаждения аккумулятора электромобиля самая лучшая?

Охлаждение язычка затруднено из-за необходимости электрически изолировать систему охлаждения, чтобы предотвратить короткое замыкание блока, а также гарантировать, что отказ системы охлаждения на стыке не приведет к попаданию охлаждающей жидкости в сам блок батарей.Можно спроектировать эффективную систему охлаждения контактов с использованием электроизоляционного, но теплопроводящего материала для отвода тепла от области выступа аккумуляторной батареи.

Эффективная конструкция охлаждающей пластины обычно приводит к более высокому перепаду давления в аккумуляторной батарее из-за большой длины и узких каналов для охлаждающей жидкости. Для этого нужен электрический насос охлаждающей жидкости, который может создавать как высокие скорости потока, так и высокое статическое давление. В системе могут использоваться двухфазные тепловые трубки для увеличения удельного теплового потока от относительно небольших выступов ячеек и в охлаждающую пластину с меньшим перепадом давления или, как в BMW, с прямым расширением органического хладагента.

После того, как хладагент прошел через аккумуляторную батарею, он циркулирует через теплообменник, где тепло передается потоку окружающего воздуха, который нагнетается вентилятором. Иногда для достижения переохлаждения используется система охлаждения хладагента. Это важно, если автомобиль предназначен для использования по всему миру, где температура окружающей среды может приближаться к максимально допустимой температуре для аккумулятора. Двухфазное охлаждение необходимо для поддержания оптимальной температуры аккумулятора ниже температуры окружающей среды.Из-за коэффициента производительности систем с «тепловым насосом» хладагента это снижает общее энергопотребление системы, но увеличивает количество компонентов и увеличивает стоимость.

Из-за относительно небольшого температурного градиента между аккумуляторной системой и относительно большими потоками окружающего воздуха могут потребоваться теплообменники, даже если количество тепла, отводимого от электромобиля, примерно на 90% ниже, чем у сопоставимой трансмиссии автомобиля внутреннего сгорания. Это означает, что энергопотребление системы охлаждения аккумулятора может быть одним из самых больших паразитных энергозатрат трансмиссии электромобиля и тесно связано с стабильной производительностью автомобиля.

Из-за высокого потенциального паразитного энергопотребления и способности влиять на общую производительность транспортного средства выбор дешевых, но неэффективных вентиляторов и насосов для системы охлаждения аккумулятора является ложной экономией. Общее энергопотребление системы можно снизить более чем на 75% за счет хорошей конструкции системы и использования эффективных электрических насосов и вентиляторов.

Свяжитесь с AVID сегодня, чтобы узнать больше о наших высокоэффективных электрических охлаждающих насосах, вентиляторах и полной конструкции системы терморегулирования для силовых агрегатов электрических и гибридных транспортных средств.

Кроме того, в рамках нашего популярного подкаста «AVID Learning: Electric Vehicle Technology» мы выпустили несколько эпизодов, посвященных технологии аккумуляторов для электромобилей. Чтобы прослушать следующие выпуски подкастов, просто щелкните по ссылкам ниже, где вы можете напрямую прослушать выпуск или загрузить подкаст с платформы подкастов по вашему выбору.

Эпизод 13 – Подробное описание систем управления батареями – Эпизод запроса слушателя

Эпизод 10 – Технология аккумуляторных элементов в электромобилях

Эпизод 6 – Управление температурой в других системах электромобилей – Повышение эффективности диапазона электромобилей

Эпизод 5 – Управление температурным режимом батареи – Nissan Leaf – Tesla

Анализ жидкостного охлаждения литий-ионного аккумулятора

Литий-ионные (литий-ионные) аккумуляторы широко известны своей энергоэффективностью и становятся предпочтительным выбором для разработчиков электромобилей (электромобилей).Однако эти батареи быстро теряют эффективность при резких перепадах температуры. Одним из способов контроля повышения температуры (окружающей среды или самой батареи) является жидкостное охлаждение, эффективная стратегия управления температурным режимом, которая продлевает срок службы аккумуляторной батареи. Чтобы изучить жидкостное охлаждение в батарее и оптимизировать управление температурой, инженеры могут использовать мультифизическое моделирование.

Управление температурой литий-ионной батареи в электромобиле

Литий-ионные аккумуляторы

имеют множество применений благодаря высокой плотности энергии, длительному жизненному циклу и низкой скорости саморазряда.Вот почему они становятся все более важными в электронных приложениях, начиная от портативных устройств и заканчивая накопителями энергии в сети, и они становятся популярными аккумуляторами для электромобилей и гибридных электромобилей (HEV) из-за их высокой плотности энергии по сравнению с их весом.

Несмотря на свои многочисленные преимущества, литий-ионные аккумуляторы особенно чувствительны к экстремально низким и высоким температурам. Когда литий-ионный аккумулятор становится слишком горячим или холодным из-за факторов окружающей среды или из-за собственной скорости заряда или разряда, его производительность и срок службы могут значительно снизиться.Более того, как только аккумулятор нагревается или охлаждается за пределами оптимального диапазона температур от 20 до 40 ° C, даже изменение температуры на один градус может повлиять на безопасность, прием заряда и надежность управления аккумулятором. система и сам автомобиль.

Электромобиль на зарядной станции. Изображение Сантери Виинамяки – Собственная работа. Под лицензией CC BY-SA 4.0 через Wikimedia Commons.

Управление температурой помогает вернуть дизайнера на место водителя, решая эти проблемы напрямую.Есть два основных фактора, связанных с температурой, на которые следует обратить внимание, чтобы обеспечить долгий срок службы и оптимальную производительность аккумулятора:

1. Оптимальный температурный диапазон аккумуляторной батареи
2. Равномерное распределение температуры внутри аккумуляторной батареи и элементов

Разработчики электромобилей также должны учитывать другие факторы при включении системы терморегулирования аккумуляторной батареи в свои конструкции. Возьмем, к примеру, размер системы терморегулирования: в общей конструкции электромобиля схемы безопасности и системы удаления опасных газов занимают место, а аккумуляторные блоки в электромобилях должны быть достаточно большими, чтобы обеспечить питание всего транспортного средства.Таким образом, система терморегулирования не может быть настолько большой или тяжелой, чтобы мешать работе системы электрического силового агрегата, но она все равно должна быть достаточно эффективной, чтобы быстро отводить тепло, выделяемое большим аккумуляторным блоком.

Какие системы охлаждения для аккумуляторов наиболее эффективны?

Аккумулятор в электромобиле обычно охлаждается следующим образом:

1. С воздушным охлаждением
2. Жидкостное охлаждение
3. Охлаждение материала с фазовым переходом (PCM)

Несмотря на то, что у каждого метода охлаждения есть свои плюсы и минусы, исследования показывают, что из-за размера, веса и требований к мощности электромобилей жидкостное охлаждение является жизнеспособным вариантом для литий-ионных аккумуляторов в электромобилях.Прямое жидкостное охлаждение требует, чтобы элементы батареи были погружены в жидкость, поэтому важно, чтобы охлаждающая жидкость имела низкую (или не имела) проводимость. Непрямое жидкостное охлаждение не требует контакта аккумуляторных элементов с жидкостью. Вместо этого жидкий хладагент может циркулировать по металлическим трубам внутри системы, что требует наличия у металла какой-то антикоррозионной защиты.

Используя COMSOL Multiphysics® и дополнительный модуль проектирования батарей и модуль теплопередачи, инженеры могут смоделировать литий-ионный аккумулятор с жидкостным охлаждением, чтобы изучить и оптимизировать процесс охлаждения.

Моделирование жидкостного охлаждения литий-ионного аккумулятора с помощью COMSOL Multiphysics®

Для этого примера аккумуляторной батареи с жидкостным охлаждением моделируется температурный профиль в элементах и ​​охлаждающих ребрах внутри литий-ионной аккумуляторной батареи. (Хотя ребра охлаждения могут увеличить вес системы, они очень помогают с теплопередачей благодаря своей высокой теплопроводности.)

Геометрия аккумуляторного блока, показанная ниже, состоит из трех уложенных друг на друга повторяющихся единичных ячеек и двух каналов соединителя потока (один на входе и один на стороне выхода ребер охлаждения).Каждая элементарная ячейка в блоке имеет охлаждающее ребро (2 мм каждое) с проточными каналами, с одной батареей (2 мм каждая) с каждой стороны, в результате чего общая толщина составляет 6 мм.

Слева: форма аккумуляторного блока, состоящего из трех элементарных ячеек. Справа: единичная ячейка аккумуляторной батареи с двумя батареями и охлаждающей пластиной с пятью охлаждающими каналами.

Модель настроена для решения в 3D для рабочей точки во время цикла нагрузки. Для расчета среднего источника тепла и моделирования ячеек вы можете использовать ту же одномерную электрохимическую модель, которая использовалась в тепловом моделировании цилиндрической литий-ионной батареи в учебной 3D-модели.Температура аккумулятора устанавливается равной температуре охлаждающей жидкости на входе, а разрядная нагрузка – на уровне 7,5 ° C.

Предполагая, что колебания температуры в аккумуляторной батарее небольшие, вы можете использовать среднюю температуру для аккумуляторной батареи, чтобы рассчитать как охлаждающую жидкость, так и свойства материала батареи. Аналогичным образом, если изменения в тепловыделении во время цикла нагрузки намного меньше, чем перенос тепла внутри блока, вы можете настроить модель с предположением, что тепловой баланс является квазистационарным для данного источника тепла батареи и рабочей точки во время нагрузки. цикл.

Поскольку мы хотим решить для скорости и давления в каналах охлаждения, а также для поля температуры, мы используем для этой модели интерфейсы Laminar Flow и Heat Transfer .

Для потока предполагается, что охлаждающая жидкость имеет свойства материала воды, и свойства жидкости рассчитываются с использованием входной температуры в качестве входных данных. Жидкость, протекающая через охлаждающую пластину, входит во вход 1, тогда как потоки, прошедшие через охлаждающие ребра ранее в аккумуляторном блоке, входят во вход 2.На выходе создается атмосферное давление.

Теплопередача настроена таким образом, чтобы она соответствовала температурному полю для проточного отсека, алюминиевых ребер охлаждения и батарей. Возвращаясь к модели цилиндрической литий-ионной батареи в 3D, вы можете применить ту же плотность, теплоемкость и источник тепла в областях батареи. Затем, для этого примера, температура охлаждающей жидкости составляет 310 K для входа 1, и граничный тепловой поток применяется к входу 2. Аналогично, условие выхода применяется на выходе, а дополнительные условия теплового потока применяются на других границах. чтобы учесть некоторые потери тепла в случае плохой изоляции.

Оценка результатов моделирования для 3 исследований

После того, как модель настроена с учетом всех физических аспектов, вы можете решить ее в трех исследованиях для каждого физического интерфейса в следующем порядке:

1. Расход жидкости
2. Источник тепла
3. Квазистационарная температура

Давайте посмотрим на результаты исследования.

Для исследования потока жидкости можно использовать постоянную температуру на входе, чтобы в каналах была постоянная однородная температура и свойства охлаждающей жидкости.На приведенном ниже графике вы можете увидеть потери давления в каналах, которые можно использовать для оптимизации проточного насоса батареи.

Давление в проточном отсеке.

Во втором исследовании вычисляется средний источник тепла для батарей с зависящим от времени этапом исследования, который решает электрохимическую проблему. В этом исследовании, которое длится желаемое время 60 с, предполагается, что температура в одномерной модели батареи постоянна и равна температуре охлаждающей жидкости на входе.Внизу слева указана температура батареи с разницей примерно в 3 К между максимальной и самой низкой температурами. Здесь мы видим, что изменение температуры в разных батареях меньше, чем изменение температуры внутри одной батареи. Внизу справа результаты для температуры охлаждающей жидкости соответствуют ожиданиям, показывая, что температуры немного ниже, чем в батарее, и согласуются с распределением температуры по всей батарее.

Кроме того, что касается температуры второй батареи в приведенных ниже результатах, кажется, что охлаждающее ребро выполняет здесь свою работу – поверхность, обращенная к охлаждающему ребру, более холодная и имеет самую низкую температуру в углу входного отверстия.

Повышение температуры второй батареи на поверхности, обращенной к охлаждающему ребру, и поверхности, обращенной к третьей батарее.

Наконец, на этапе квазистационарного исследования используется скорость потока из первого исследования и средний источник тепла из второго исследования, чтобы получить следующий результат: Путем оценки величины скорости в разрезанной пластине через середину охлаждающего ребра (показано ниже) , мы видим, что распределение потока равномерно в разных каналах.Поскольку общий поток высок, что обеспечивает малое время пребывания, аккумуляторная батарея быстро достигает квазистационарного температурного профиля после изменения нагрузки.

Величина скорости в охлаждающем ребре, показывающая, что поток равномерно распределяется между пятью каналами.

Выполняя зависимый от времени и температурный анализ процесса жидкостного охлаждения в литий-ионном аккумуляторном блоке, можно улучшить управление температурой и оптимизировать конструкцию аккумуляторного блока.

Следующие шаги

Попробуйте самостоятельно смоделировать литий-ионный аккумулятор с жидкостным охлаждением, нажав кнопку ниже. Вы попадете в галерею приложений, где сможете скачать документацию в формате PDF и файл модели MPH.

Что 6000 электромобилей могут рассказать нам о состоянии аккумуляторной батареи электромобиля?

На сколько хватает заряда аккумулятора электромобиля? Воспользуйтесь бесплатным инструментом EV Battery Degradation Tool, чтобы сравнить среднюю деградацию батареи с течением времени для разных марок автомобилей и моделей лет.Geotab разработал инструмент на основе анализа 6300 автопарков и потребительских электромобилей. Читайте дальше, чтобы узнать о состоянии аккумулятора электромобиля и получить важные выводы о реальных характеристиках аккумулятора.

См. Также: В какой степени температура влияет на диапазон электромобилей?

Важность аккумуляторов для электромобилей

Если вы думаете о покупке электромобиля (электромобиля), следует учитывать несколько важных факторов. Эти три вопроса, вероятно, находятся в верхней части вашего списка:

• Сколько будет стоить электромобиль?
• Каков его диапазон?
• На сколько хватит заряда батареи?

С точки зрения жизненного цикла, производительность и работоспособность аккумулятора действительно являются ключевыми факторами.Поскольку аккумулятор является самым дорогим компонентом электромобиля, степень его разрушения повлияет на остаточную стоимость транспортного средства (что помогает ответить на вопрос о стоимости сверху), а также окажет прямое влияние на максимальный полезный диапазон с течением времени.

См. Также: Подкаст: мифы об электромобилях и управление ими с Шарлоттой Аргу

На сколько хватит заряда аккумулятора электромобиля?

Возможно, вы заметили, что сложно получить прямой ответ на вопросы о сроке службы батареи электромобиля.Вместо этого вы можете найти гарантии, что на батареи распространяется гарантия, если что-то пойдет не так. Обычно срок действия батареи составляет 8 лет или 100 000 миль, но это зависит от производителя и страны.

Гарантии обнадеживают, как и тот факт, что стоимость аккумуляторов значительно снижается из года в год. С 2010 года цена на средний литий-ионный аккумулятор упала на более 80% .

Гарантия автопроизводителя на технологию аккумуляторов и обещание снижения затрат должны внушать некоторую уверенность.Однако большинству из нас было бы удобнее знать, как быстро, как ожидается, разряжаются наши батареи, и как минимизировать эти потери.

См. Также: Подготовка к электромобилям: результаты исследования Charge the North EV для операторов автопарка

Что такое деградация батареи электромобиля?

Износ батареи – это естественный процесс, который необратимо снижает количество энергии, которое батарея может хранить, или количество энергии, которое она может выдать. Батареи в электромобилях обычно могут обеспечивать большую мощность, чем могут выдержать компоненты трансмиссии.В результате снижение мощности в электромобилях наблюдается редко, и имеет значение только потеря способности батареи накапливать энергию.

Состояние аккумулятора называется состоянием здоровья (SOH). Батареи начинают свою жизнь со 100% SOH и со временем приходят в негодность. Например, батарея на 60 кВтч с SOH 90% будет эффективно действовать как батарея на 54 кВтч.

Имейте в виду, что это не то же самое, что диапазон для автомобиля (расстояние, которое автомобиль может проехать на этих кВтч), который будет колебаться в зависимости от дня или поездки в зависимости от ряда факторов, включая уровень заряда. , топография, температура, вспомогательное использование, привычки вождения и пассажирская или грузовая нагрузка.

Общие факторы, влияющие на состояние литий-ионного аккумулятора :

1. Время
2. Высокие температуры
3. Работа при высоком и низком уровне заряда
4. Высокий электрический ток
5. Использование (энергетические циклы)

Пока есть Было проведено множество исследований состояния батареи, было очень мало данных о реальных характеристиках электромобилей с течением времени, не говоря уже о сравнениях между различными марками и моделями. До настоящего времени.

См. Также: J1939: Почему электрические грузовики и автобусы говорят на одном языке – это хорошо для автопарков

Представляем инструмент для разрушения батареи электромобиля

Компания Geotab создала инструмент разряда батареи электромобиля, чтобы оценить, как батареи держатся вверх и рассмотреть относительную важность вышеуказанных факторов для срока службы батареи электромобиля в реальных условиях.

Мы проанализировали состояние аккумуляторов 6300 автопарков и потребительских электромобилей, что составляет 1.8 миллионов дней данных. На основе обработанных телематических данных мы получили представление о том, как реальные условия влияют на состояние аккумуляторной батареи электромобилей, предоставив агрегированные средние данные о деградации для 21 отдельной модели транспортного средства, представляющих 64 марки, модели и годы.

Примечания к инструменту:

• Кривые деградации, показанные ниже, представляют собой среднюю линию тренда на основе проанализированных данных.
• Эти графики могут дать представление о среднем состоянии аккумулятора с течением времени, но их не следует интерпретировать как точный прогноз для какого-либо конкретного автомобиля.
• Подмножество марок, моделей и лет автомобилей недоступно в инструменте визуализации – мы исключили автомобили с недостаточными данными, поэтому не беспокойтесь, если выбранный вами автомобиль отсутствует.

Начало работы с инструментом

Для получения дополнительной информации и использования инструмента см. Страницу «Инструмент для разрушения аккумуляторной батареи электромобиля». Чтобы проверить это, используйте встроенную версию ниже:

Основные выводы

Наблюдается высокий уровень стабильного состояния аккумулятора

В первую очередь, на основе данных более 6000 электромобилей, охватывающих все основные марки и модели, аккумуляторы демонстрируют высокий уровень устойчивого здоровья.Если наблюдаемые темпы деградации сохранятся, подавляющее большинство аккумуляторов прослужат дольше, чем автомобиль.

Как и мы, здоровье ухудшается с возрастом

Как и следовало ожидать, чем старше автомобиль, тем больше вероятность того, что его аккумулятор разряжен. Однако, если посмотреть на среднее снижение по всем автомобилям, потери, возможно, незначительны – 2,3% в год. Это означает, что если вы покупаете электромобиль сегодня с запасом хода 150 миль, потеря около 17 миль доступного диапазона через пять лет вряд ли повлияет на ваши повседневные потребности.

Линейно ли деградирует электромобиль?

Хотя этот инструмент показывает более или менее линейную деградацию, как правило, ожидается, что батареи электромобилей будут снижаться нелинейно: начальное падение, которое затем продолжает снижаться, но гораздо более умеренными темпами. Ближе к концу срока службы батарея подвергнется окончательному значительному падению, как показано ниже.

Рис. 1: Ожидается, что нормальная кривая деградации будет выглядеть примерно так.

К счастью для водителей, слишком мало батарей, которые мы наблюдали, достигли предела срока службы, и мы можем предсказать, в какой момент это может произойти.Мы продолжим следить за тем, чтобы увидеть, когда начинается нелинейная деградация (также известная как «пятка»).

Существует измеримая разница между марками, моделями и годами выпуска

Судя по нашим данным, автомобильные аккумуляторы по-разному реагируют на проверку временем в зависимости от их марки и года выпуска. Почему в среднем одни модели автомобилей деградируют быстрее, чем другие? Двумя потенциальными факторами являются химический состав аккумуляторной батареи и терморегулирование аккумуляторной батареи.

Хотя в электромобилях используются литий-ионные батареи, существует множество различных вариантов химического состава литий-ионных аккумуляторов (наиболее заметное различие заключается в материалах, используемых для изготовления электродов).Химический состав батареи влияет на ее реакцию на стресс. Помимо химического состава клеток, методы контроля температуры различаются в зависимости от модели автомобиля. Основное различие заключается в том, охлаждается ли и / или нагревается ли аккумуляторная батарея воздухом или жидкостью.

Давайте сравним автомобиль с системой жидкостного охлаждения с автомобилем с пассивной системой воздушного охлаждения: Tesla Model S 2015 года и Nissan Leaf 2015 года соответственно. Leaf имеет средний уровень деградации 4,2%, а Model S – 2,3%. Хорошее управление температурой означает лучшую защиту от деградации.

Рис. 2. Сравнение износа аккумулятора Tesla Model S 2015 года (жидкостное охлаждение) и Nissan Leaf 2015 года (пассивное воздушное охлаждение).

Состояние заряда (SOC) и буферный эффект

Другая предполагаемая причина различий в состоянии аккумуляторов между производителями – это способ управления SOC. Работа почти полностью разряженной или почти полностью разряженной батареи влияет на ее работоспособность. Чтобы ограничить этот эффект, многие производители добавляют буфер, эффективно предотвращающий доступ к крайним концам окна SOC (показано на изображении ниже).

В дополнение к защитным буферам на верхнем и нижнем конце диапазона аккумуляторов многие автомобили предоставляют владельцу электромобиля возможность остановить обычную ежедневную зарядку при уровне ниже 100%.

Рис. 3. Буферы защиты аккумулятора управляют окном пригодного состояния заряда для электромобиля.

Знаете ли вы?

Устранение крайностей делается не только для здоровья аккумулятора, но и для безопасной эксплуатации автомобиля. В крайних случаях аккумулятор не сможет принять или выдать полную мощность, что повлияет на качество вождения.По сути, аккумулятор на 100% заряжен не полностью с чисто химической точки зрения.

Точно так же 0% не является полностью пустым. Поскольку владелец транспортного средства не может получить доступ к этим частям диапазона аккумуляторов из соображений безопасности и срока службы аккумулятора, вероятно, многие не знают об этом. Благодаря беспроводным обновлениям программного обеспечения размер буфера может меняться со временем, что было обнаружено некоторыми владельцами Tesla в 2019 году, когда они заметили уменьшение своего верхнего диапазона. Tesla подтвердила, что обновление было сделано «для защиты аккумулятора и увеличения срока службы».

Кроме того, у некоторых автопроизводителей есть регулируемые потолки заряда, где пользователь может предварительно установить, в какой момент батарея перестает заряжаться (например, они могут сказать автомобилю, чтобы он прекратил зарядку при 75% вместо 100%). Эта дискреционная область владельца (B на рисунке выше) работает в сочетании с недискреционным буфером (A), чтобы ограничить работу батареи в областях с более высокой деградацией. В более поздних обновлениях инструмента деградации мы намерены включить влияние операций владельца в пределах этой дискреционной (B) области и результирующее влияние на скорость деградации.

Рассмотрим пример:

Chevrolet Volt, особенно первых годов выпуска, имеет сравнительно большие верхний и нижний защитные буферы (области A и D), которые динамически меняются с возрастом батареи. Хотя большие буферы означают меньше энергии для вождения, это должно привести к увеличению срока службы аккумуляторной батареи. Учитывая более крупные буферы SOC, регулирование температуры жидкости и динамический (уменьшающийся) размер буфера, следует ожидать более медленную, чем среднюю скорость деградации, на Volt.

Рис.все автомобили.

Какие дополнительные факторы влияют на состояние аккумулятора?

Основываясь на доступных телематических данных, мы смогли оценить деградацию аккумулятора в зависимости от различных факторов, которым подвергались автомобили, и посмотреть, есть ли какая-либо корреляция с ухудшением состояния здоровья. Эти факторы включали:

• Использование
• Экстремальный климат
• Тип зарядки

Со временем мы надеемся превратить эти идеи в инструмент деградации, который может лучше прогнозировать состояние здоровья электромобиля.

Высокий уровень использования транспортного средства не означает более сильного износа аккумулятора.

Одна интересная информация, которую мы смогли почерпнуть из данных, заключалась в том, что автомобили с интенсивным использованием не демонстрировали значительно более высокий уровень износа аккумулятора. Это должно стать долгожданной новостью, поскольку вы не получите преимуществ от электромобиля, если он просто стоит во дворе автопарка.

Вывод? Не бойтесь загружать свои электромобили в интенсивные рабочие циклы. Пока они находятся в пределах своего дневного запаса хода, время их работы от батареи не пострадает.Одно предостережение: если интенсивное использование требует обычной быстрой зарядки постоянным током, обязательно прочтите раздел о влиянии типа зарядки.

Рис. 5: Объем использования не оказывает большого влияния на скорость деградации.

Транспортные средства, управляемые при высоких температурах, быстрее разряжаются в аккумуляторе SOH

Аккумулятор, подвергающийся воздействию очень высоких температур, будет подвержен большему повреждению, но насколько? Будет ли у электромобиля в Аризоне срок службы батареи отличаться от того же автомобиля, который ездит в Норвегии? Чтобы выяснить это, мы сгруппировали автомобили по следующим климатическим условиям:

• Умеренный: Менее 5 дней в году при температуре 80 F (27 C) или ниже 23 F (-5 C).
• Горячий: Более 5 дней в году при температуре 80 F (27 C).

Как показано ниже, автомобили, эксплуатируемые в жарком климате, демонстрировали заметно более быстрые темпы снижения, чем автомобили, движущиеся в умеренном климате. Это не лучшая новость, если вы и ваш флот трудитесь под палящим солнцем.

Жара и холод также влияют на ваш повседневный диапазон. Чтобы понять, как это сделать, взгляните на наш инструмент измерения температуры для диапазона EV .

Рис. 6. Батареи в жаркие дни разлагаются быстрее, чем батареи в умеренном климате.

Взглянем на тип заряда

Мы смогли посмотреть на преобладающий уровень зарядки, используемый для электромобилей в нашей системе. Североамериканские зарядные станции для электромобилей делятся на три основных типа:

1. Уровень 1: 120 вольт – обычная домашняя розетка в Северной Америке.
2. Уровень 2: 240 В – типично для зарядки дома или автопарка.
3. Зарядное устройство постоянного тока: DCFC – для более быстрого пополнения.

Чтобы получить обзор зарядки и связанных с ней затрат, прочитайте наше простое руководство по зарядке электромобилей .

Зарядка в большинстве стран Европы называется зарядкой переменным током (что обычно соответствует Уровню 2 в Северной Америке) и зарядкой постоянным током (DCFC, как описано выше).

Хотя уровень 2 часто называют оптимальным способом зарядки электромобиля, разница в состоянии батареи между автомобилями, которые обычно заряжаются на уровне 2, по сравнению с теми, которые использовали уровень 1, по-видимому, наблюдалась, но не выходила за рамки статистического уровня. значимость.

Рисунок 7: Ухудшение заряда аккумулятора для транспортных средств, которые в основном заряжаются на Уровне 1 по сравнению с Уровнем 2.

Использование DCFC, однако, действительно влияет на скорость разряда батарей. Быстрая зарядка аккумулятора означает высокие токи, приводящие к высоким температурам, которые, как известно, вызывают напряжение аккумуляторов. Фактически, многие автопроизводители предлагают ограничить использование DCFC, чтобы продлить срок службы батарей своих автомобилей.

Здесь мы смотрим на все аккумуляторные электромобили в одной и той же климатической группе (мы выбрали наиболее уязвимую группу – тех, которые работают в экстремальных климатических условиях), и классифицировали их в зависимости от того, как часто они использовали DCFC: Никогда, иногда ( 1–3 раза в месяц) и часто (более 3 раз в месяц).

Рис. 8: Ухудшение работы аккумулятора, по-видимому, сильно коррелирует с использованием DCFC в транспортных средствах в сезонных или жарких климатических условиях.

Разница между теми автомобилями, которые никогда не использовали DCFC, и теми, которые использовали его даже изредка в сезонных или жарких климатических условиях, была заметна. Хотя могут быть задействованы и другие факторы (мы хотим подчеркнуть, что это не был контролируемый эксперимент), зарядка с использованием более низкой мощности зарядки уровня 2 должна иметь приоритет.

Советы по продлению срока службы аккумулятора электромобиля

Несмотря на то, что износ аккумулятора зависит от модели и внешних условий, таких как климат и тип зарядки, для большинства транспортных средств на дорогах сегодня не наблюдается значительного ухудшения.Фактически, общая деградация была очень скромной, со средней потерей мощности всего 2,3% в год. В идеальных климатических условиях и условиях зарядки потери составляют 1,6%.

Хотя некоторые вещи находятся вне контроля оператора, есть способы продлить срок службы аккумулятора электромобиля.

Несколько советов по эксплуатации электромобилей:

• Не оставляйте автомобиль сидящим с полностью заряженным или разряженным аккумулятором. В идеале, держите SOC на уровне 20–80%, особенно когда оставляете его на более длительные периоды, и заряжайте его полностью только для дальних поездок.
• Минимизируйте быструю зарядку (DCFC). Для некоторых часто используемых циклов потребуется более быстрая зарядка, но если ваш автомобиль стоит на ночь, уровня 2 должно хватить для большинства ваших потребностей в зарядке.
• Климат находится вне контроля оператора, но делайте все возможное, чтобы избежать экстремально высоких температур, например выбирайте тень при парковке в жаркие дни.
• Интенсивное использование не вызывает беспокойства, поэтому автопарки должны без колебаний пускать их в работу. Электромобиль бесполезен, если он простаивает во дворе автопарка, и увеличение количества миль на каждое транспортное средство в целом является лучшей практикой управления автопарком.

Заключительная мысль

Не переживайте по мелочам. Поскольку автомобили выпускаются с более крупными аккумуляторными батареями, потеря емкости может не повлиять на ваши повседневные потребности в вождении и не должна заслонять многие преимущества электромобилей.

Планируете электрифицировать свой автопарк? Клиенты Geotab могут получить бесплатную оценку пригодности электромобилей , чтобы исключить догадки при закупке электромобилей. Узнайте, какие электромобили будут работать и сэкономить деньги. Узнайте больше, посетив страницу Operate Electric: MyGeotab EV support .

Первоначально опубликовано 13 декабря 2019 г. Обновлено 7 июля 2020 г.

Сложное управление температурным режимом, напряжение системы 800 В

Performance Battery Plus расположен в днище Taycan, что обеспечивает низкий центр тяжести и, как следствие, спортивные характеристики вождения. Батарейный отсек – это несущий элемент конструкции кузова, в котором размещены охлаждающие и электронные компоненты, а также они защищены от воздействия окружающей среды.

Водонепроницаемый корпус представляет собой многослойную конструкцию, состоящую из крышки вверху и перегородки внизу. Между ними устанавливается рамный аккумуляторный каркас ферменной конструкции с несколькими отсеками. Охлаждающие элементы наклеиваются под переборкой. Батарейный отсек защищен стальной защитной пластиной. В качестве каркаса батареи разработчики остановили свой выбор на легком алюминиевом корпусе. С одной стороны, это обеспечивает много места для установки модулей ячеек и, как следствие, большую емкость батареи.С другой стороны, это позволило сохранить низкий вес транспортного средства. Используются современные методы соединения, такие как сварка MIG ( металл сварка i Nert g asses) на корпусе аккумуляторной батареи, лазерная сварка перегородки и защитных пластин и теплопроводный клей на линии системы под аккумулятором ( см. ниже).

Системное напряжение 800 В: меньший вес, более быстрая зарядка

Taycan – это первый серийный автомобиль с системным напряжением 800 вольт вместо обычных 400 вольт для электромобилей.Это обеспечивает стабильно высокую производительность, сокращает время зарядки и уменьшает вес и пространство для установки кабелей.

Двухуровневая батарея Performance Battery Plus, используемая в Taycan Turbo S и Taycan Turbo, содержит 33 модуля ячеек, каждый из которых состоит из 12 отдельных ячеек (всего 396). Общая мощность 93,4 кВтч. Сами клетки представляют собой так называемые карманные клетки. В этом типе ячейки пакет электродов заключен не в жесткий корпус, а в гибкую композитную фольгу.Это позволяет оптимально использовать прямоугольное пространство, доступное для батареи, и снизить вес.

Каждый модуль имеет внутренний блок управления для контроля напряжения и температуры и соединены друг с другом с помощью сборных шин. Гаражи для ног – ниши в аккумуляторной батарее в пространстве для ног сзади – обеспечивают максимальный комфорт для сидения в задней части салона и позволяют использовать низкую высоту транспортного средства, типичную для спортивных автомобилей.

Тепловой насос с интеллектуальными функциями

Аккумуляторная батарея встраивается в контур охлаждения автомобиля через трубопроводную систему и насос охлаждающей жидкости.Его можно охлаждать или нагревать, чтобы он всегда работал в идеальном температурном окне. Охлаждающие элементы были размещены вне самого батарейного отсека и приклеены к его нижней стороне для обеспечения теплопередачи. Основная цель разработки заключалась в том, чтобы отводить в окружающую среду как можно меньше тепла и, таким образом, обеспечивать максимальную энергоэффективность зимой.

Аккумулятор также может накапливать отходящее тепло от высоковольтных компонентов с жидкостным охлаждением. В результате он служит накопителем тепла или буфером, который позволяет выполнять интеллектуальные функции, такие как кондиционирование, для обеспечения характеристик движения: целевая температура аккумулятора определяется на основе заряда аккумулятора и выбранной программы движения.Это обеспечивает спортивные ходовые качества и позволяет использовать Launch Control.

В зависимости от температуры наружного воздуха аккумулятор предварительно нагревается до определенного уровня температуры, когда автомобиль подключен к электросети для зарядки. Предварительное кондиционирование салона возможно независимо от электросети.

Автомобиль также прогнозирует потребление электроэнергии системой кондиционирования воздуха и кондиционирование компонентов на основе температуры наружного воздуха, влажности и солнечного света, а также текущей выбранной программы движения и соответствующих настроек автоматической системы климат-контроля.Текущий диапазон рассчитывается с использованием этих цифр. Параллельно с этим PIRM (Porsche Intelligent Range Manager) предоставляет фоновый прогноз для других программ вождения. При активации ведения по маршруту, если расчет дальности показывает, что пункт назначения может быть достигнут при низком заряде аккумулятора, система переключается на более энергоэффективную программу вождения и другой режим климат-контроля.

Дополнительное содержание

Спортивные автомобили, дизайн которых был переработан с учетом экологических требований.Первый полностью электрический спортивный автомобиль Taycan знаменует начало новой эры для Porsche, поскольку компания систематически расширяет ассортимент своей продукции в области электромобильности. Обзор.

.