РАСЧЕТ РАДИАТОРА ОТОПЛЕНИЯ ЧАСТНОГО ДОМА, расчет батарей, расчет секций отопительных приборов, расчет мощности радиаторов отопления

РАСЧЕТ РАДИАТОРА ОТОПЛЕНИЯ ЧАСТНОГО ДОМА, расчет батарей, расчет секций отопительных приборов, расчет мощности радиаторов отопления

Среди людей, строящих свой дом, часто возникает вопрос, как верно выполнить расчет радиатора отопления частного дома. Попробуем разобраться в порядке расчетов, используя в качестве примера самые популярные у пользователей алюминиевые радиаторы.

Вводные параметры

Для характерного в средней полосе России умеренного климата мощность, излучаемая отопительным прибором подобной конструкции, принимается исходя из расчета 1 кВт на 10 кв. м площади помещения при том условии, что потолок в квартире не выше трех метров.

Эта мощность должна позволять нагревать жилые помещения примерно до 20 градусов даже, если за окном самый сильный мороз. Помимо этого при расчете батарей принимается во внимание, что радиаторы стоят непосредственно под оконными проемами и нагревают опускающийся от них вниз холодный воздух.

Расчет радиатора отопления частного дома, если он представляет батарею из алюминия, ведется из предположения, что мощность каждой секции, имеющей высоту 60 см, в среднем колеблется в пределах 150-200 Вт.

Таким образом, чтобы обогреть комнату в 20 кв. м, потребуется:

20 / 10х1 кВт – то есть 2 кВт мощности.

Количество секций отопления

Вычислить количество батарей можно путем простого деления. Число секций при минимальной нагрузке будет равно: 2 кВт / 150Вт / на 1 секцию, то есть примерно 14 секций. При максимальной нагрузке получим: 2 кВт / 200Вт / на 1 секцию, то есть 10 секций.

В итоге, алюминиевый радиатор при высоте 600 мм для данного помещения должен иметь 14 секций, способных обеспечить комфортную температуру в самую сильную стужу.

Для угловых помещений такой расчет должен учитывать также дополнительную потерю тепла при охлаждении воздуха от переохлажденных стен, поэтому к радиаторам в этих условиях придется добавить пару дополнительных секций.

Приведенный расчет полагается на то, что в квартире установлены деревянные, а не пластиковые окна. Поскольку последние примерно на четверть уменьшают теплопотери, то и вычисленное количество секций можно пропорционально сократить.

Температура теплоносителя также сильно влияет на расчет батарей. Согласно санитарным нормам, она должна быть не менее 70 градусов, что заложено в расчетах. Если вода будет иметь 50 градусов, то секций потребуется в полтора раза больше.

Поделиться этой статьей в социальных сетях

Похожие статьи:

Еще при проектировании загородного дома следует определиться с выбором, какая будет установлена система отопления в деревянном доме. Нет более подходящего материала для постройки частного дома, чем дерево, имеющее…

Повышать температуру в частном доме можно различными способами: с помощью печного отопления, с использованием электричества, природного газа. Иногда встречаются комбинированные системы отопления, и именно о них пойдет разговор…

В условиях нашего климата без хорошего отопления в доме не создать комфортного гнездышка.

Что касается уюта и тепла в стандартных многоэтажках, то их, в первую очередь, обеспечивают коммунальные…

В настоящее время, если для монтажа новой или замены старой системы отопления выбор делается в пользу пластика, то используются чаще всего армированные трубы для отопления. Чтобы правильно выбрать…

Расчет систем отопления частного дома, расчет радиаторов отопления| VodaTeplo

• Главная
• »
• Новости
• »
• Расчет систем отопления дома что надо знать

30 марта 2022

Что такое проект системы отопления и как рассчитать систему отопления.

Отопление дома требует профессионального подхода. Важно учитывать каждый нюанс, параметр и показатель. Что будет, если расчет системы отопления дома произвести неверно? Ответ простой – система будет работать неэффективно, как следствие – лишние потери тепла. При грубых нарушениях расчетов и допуске ошибок, использование такой системы может быть опасно.

Наши специалисты-проектировщики имеют опыт в инженерии более 20 лет. Каждый из них спроектировал, построил и ввел в эксплуатацию более 200 домов. Нам можно доверять!

Проект системы отопления, это схема-эскиз, составленный проектировщиком.

Как создается проект отопления дома:

 1. Заказчик предоставляет схему дома, и всю информацию которую необходимо знать проектировщику (далее в статье, вы узнаете какую именно информацию необходимо предоставить специалисту).

2. На основании предоставленной информации, инженер-проектировщик создает эскизную схему и выполняет экспликацию помещений.

3. Производит расчет системы отопления. Определяет параметры основного оборудования. 

4. Создает технико-экономическое обоснование для системы.

5. Инженер-проектировщик определяет окончательную стоимость работ.

6. Создает детальную рабочую документацию, в которую входит спецификация по материалам и смета по работам.

7. Заказчик получает на руки готовый проект системы отопления дома.

Что необходимо знать и учитывать при расчете систем отопления?

Процесс расчета включает в себя следующие этапы:

• Сбор данных о помещении \ здании, где будет использоваться система отопления.
• Определение и расчет теплопотерь дома.
• Определение температурного режима
• Определить количество и условия теплоносителя
• Подобрать элементы генерации, перемещения и отдачи тепла.

В результате теплового расчёта в наличии будет следующая информация:

1. число тепловых потерь, мощность котла;
2. количество и тип тепловых радиаторов для каждой комнаты отдельно;
3. гидравлические характеристики трубопровода;
4. объём, скорость теплоносителя, мощность теплового насоса.

Сбор данных о помещении \ здании включает в себя много факторов:

Крыша (материал), стены (материал), пол (материал), окна (материал, количество, размеры), Двери (материал), высота и материал потолков и прочее… Учитывать необходимо все до мельчайших деталей. 

Расчет теплопотерь дома.

Под теплопотерями подразумевают непроизвольный выход тепла (энергии) от некоторого объекта (дома, квартиры).

Некоторая часть тепла уходит разными способами, например, через щели, окна, двери, пол, крышу и стены.

Такая потеря тепла встречается именно в частных домах. Квартиры же, находятся внутри здания и «соседствуют» с другими квартирами, поэтому этот процесс для них не так очевиден.

В частном доме, для каждой комнаты с наружной стеной этот показатель рассчитывается отдельно. Полученные результаты используют для того, чтобы определить мощность всей системы отопления, а также каждого ее радиатора. Чем больше теплопотери в доме, тем больше нужно мощности.

Определение температурного режима.

Зная величину теплопотерь для самых неблагоприятных погодных условий и характеристику этих условий, можно с высокой точностью вычислить мощность системы отопления. 

Определение мощности котла. Тепловой расчет котлов.

Для поддержки разницы температур между окружающей средой и температурой внутри дома необходима автономная система отопления, которая поддерживает нужную температуру в каждой комнате частного дома.

Базисом системы отопления выступают разные виды котлов: жидко-или твердотопливные, электрические или газовые.

Котел – это центральный узел системы отопления, который генерирует тепло. Основной характеристикой котла есть его мощность, а именно скорость преобразования количество теплоты за единицу времени. Произведя расчеты тепловой нагрузки на отопление получим требуемую номинальную мощность котла.

Выбор мощности радиаторов. Расчет радиаторов отопления.

Стандартными компонентами обеспечения тепла в помещении являются радиаторы, панели, системы “тёплый” пол, конвекторы и т. д. Самыми распространёнными деталями отопительной системы есть радиаторы.

Тепловой радиатор – это специальная полая конструкция модульного типа из сплава с высокой теплоотдачей. Он изготавливается из стали, алюминия, чугуна, керамика и других сплавов. Принцип действия радиатора отопления сводится к излучению энергии от теплоносителя в пространство помещения через “лепестки”.

Если мощность будет слишком маленькой, вы не получите нужный уровень обогрева, система не принесет особой пользы. Слишком большая мощность – это лишние затраты.

Существует несколько методик расчета радиаторов отопления в комнате:

• По площади
• По объему
• По коэффициентам

Гидравлический расчёт водоснабжения.

Расчет тепла на отопление не может быть полноценным без вычисления таких характеристик, как объём и скорость теплоносителя. В большинстве случаев теплоносителем выступает обычная вода в жидком или газообразном агрегатном состоянии.  

Реальный объём теплоносителя рекомендуется рассчитывать через суммирование всех полостей в системе отопления. При использовании одноконтурного котла – это оптимальный вариант. При применении двухконтурных котлов в системе отопления необходимо учитывать расходы горячей воды для гигиенических и иных бытовых целей.

Очень важно, чтобы, закончив строительство дома, человек был на 100 процентов доволен результатом. Потому что многие вещи переделать очень сложно и дорого.

Доверяйте сложные процессы в строительстве профессионалам!! Не тратьте нервы! Получайте удовольствие!

 

Тепла Вам в Дом!!!

Позвоните и закажите расчет систем отопления частного дома или квартиры, можно у наших специалистов по телефонам: 

+375 (29) 649-70-63

+375 (17) 250-11-67

Срок службы аккумуляторной батареи электромобиля, стоимость замены, переработки и лизинга

Узнайте об аккумуляторах для электромобилей, о том, как они работают и как перерабатываются.

Как работают аккумуляторы для электромобилей?

В то время как автомобили с двигателем внутреннего сгорания получают энергию от сжигания бензина или дизельного топлива, электромобиль получает энергию непосредственно от большого блока батарей.

Они очень похожи на увеличенную версию литий-ионной (Li-ion) батареи в вашем мобильном телефоне — электромобили не используют одну батарею, как телефон, вместо этого они используют пакет, состоящий из тысяч отдельных Литий-ионные аккумуляторы работают вместе. Когда автомобиль заряжается, электричество используется для химических изменений внутри аккумуляторов. Когда он находится в дороге, эти изменения меняются местами для производства электроэнергии.

Технология аккумуляторов электромобилей

Аккумуляторы электромобилей проходят циклы «разрядки», которые происходят во время движения, и «зарядки», когда автомобиль подключен к сети. Повторение этого процесса с течением времени влияет на количество заряда, которое может удерживать аккумулятор. Это уменьшает диапазон и время, необходимое между каждой поездкой для зарядки. Большинство производителей дают на аккумулятор от пяти до восьми лет гарантии. Тем не менее, согласно текущим прогнозам, аккумулятор электромобиля прослужит от 10 до 20 лет, прежде чем его потребуется заменить.

Принцип совместной работы аккумулятора и электродвигателя автомобиля удивительно прост: аккумулятор подключается к одному или нескольким электродвигателям, которые приводят в движение колеса. При нажатии на акселератор автомобиль моментально подает мощность на двигатель, который постепенно расходует энергию, запасенную в аккумуляторах.

Электродвигатели также работают как генераторы, поэтому, когда вы убираете ногу с педали газа, автомобиль начинает замедляться, преобразовывая свое движение вперед обратно в электричество — это происходит сильнее, если вы нажимаете на тормоз. Это рекуперативное торможение восстанавливает энергию, которая в противном случае была бы потеряна, снова сохраняя ее в аккумуляторе и, таким образом, увеличивая запас хода автомобиля.

Аккумулятор для электромобиля литий-ионный

Литий-ионный (Li-ion) аккумулятор — это тип перезаряжаемой батареи, используемый в электромобилях и ряде портативных электронных устройств. Они имеют более высокую плотность энергии, чем типичные свинцово-кислотные или никель-кадмиевые аккумуляторы. Это означает, что производители аккумуляторов могут сэкономить место, уменьшив общий размер аккумуляторной батареи.

Литий также является самым легким из всех металлов. Однако литий-ионные (Li-ion) батареи не содержат металлического лития, они содержат ионы. Для тех, кто интересуется, что такое ион, ион — это атом или молекула с электрическим зарядом, вызванным потерей или приобретением одного или нескольких электронов.

Литий-ионные аккумуляторы также более безопасны, чем многие альтернативы, и производители аккумуляторов должны обеспечить принятие мер безопасности для защиты потребителей в маловероятном случае отказа аккумулятора. Например, производители снабжают электромобили средствами защиты от зарядки, чтобы защитить аккумуляторы во время повторных сеансов быстрой зарядки в течение короткого периода времени.

 

Объяснение емкости аккумулятора

Не видите инфографическое изображение? Читать здесь

Аккумуляторы

Объяснение емкости и кВтч

[ИЗОБРАЖЕНИЕ: пример аккумулятора электромобиля]

Киловатты (кВт) — это единица мощности (сколько энергии требуется устройству для работы). Киловатт-час (кВтч) — это единица энергии (показывает, сколько энергии было использовано)

Например: 100-ваттная лампочка потребляет 0,1 киловатт-часа каждый час

Каково годовое потребление энергии в среднем домохозяйстве по сравнению с годовым потреблением энергии для зарядки электромобиля дома?

Дом: 3100 кВтч в год
Электромобиль: 2000 кВтч в год

[ИЗОБРАЖЕНИЕ: диаграмма, показывающая зависимость запаса хода от кВтч/емкости аккумулятора, с примерами автомобилей. Мы показываем высокий уровень кВтч = высокий диапазон]

 

Старт. Останавливаться. Начинать. Останавливаться.

Кинетическая энергия, возникающая при торможении, обычно теряется. Однако рекуперативное торможение преобразует и сохраняет тепловую энергию от тормозных колодок и теплового трения шин и повторно использует ее для питания автомобиля.

[ИЗОБРАЖЕНИЕ: диаграмма, показывающая это визуально]

 

Срок службы батареи электромобиля

Когда аккумулятор электромобиля теряет способность питать транспортное средство, его можно использовать для питания дома или здания, внося свой вклад в систему хранения аккумуляторов. Аккумуляторная система накопления энергии хранит энергию от батарей, которую можно использовать позднее.

Если вы питаете свой дом возобновляемой энергией, такой как ветер или солнечная энергия, вы также можете соединить его с аккумулятором электромобиля. Вы можете хранить его для использования в течение ночи, когда ветер и солнечный свет уменьшаются. Или даже в течение дня вместе с солнечной или ветровой энергией. Этот метод выработки энергии может помочь вам сэкономить на счетах и ​​уменьшить количество энергии, которую вы используете из сети.

Аккумулятор в электромобиле — это проверенная технология, которая прослужит долгие годы. На самом деле производители электромобилей гарантируют это. Например, Nissan гарантирует, что аккумуляторы его электромобилей прослужат восемь лет или 100 000 миль, и Tesla предлагает аналогичную гарантию.

Это может показаться удивительным, когда батарея в вашем мобильном телефоне начинает изнашиваться всего через пару лет, но за это время она может быть полностью заряжена и разряжена сотни раз. Каждый из этих так называемых циклов зарядки влияет на срок службы батареи: примерно после 500 полных циклов литий-ионный аккумулятор телефона начинает терять значительную часть емкости, которая была у него в новом состоянии.

Хотя это может быть нормально для телефона, этого недостаточно для автомобиля, рассчитанного на многие тысячи миль, поэтому производители электромобилей делают все возможное, чтобы аккумуляторы электромобилей работали дольше. В электромобилях батареи «буферизованы», что означает, что водители не могут использовать весь объем энергии, который они хранят, что сокращает количество циклов, через которые проходит батарея. Вместе с другими технологиями, такими как умные системы охлаждения, это означает, что аккумуляторы для электромобилей должны обеспечить долгие годы бесперебойной работы.

На самом деле, чтобы продлить срок службы аккумуляторной батареи электромобиля, производители обеспечивают дополнительную резервную емкость для компенсации износа с течением времени. Таким образом, по мере старения электромобиля и разрядки батареи дополнительная резервная емкость расходуется. Это позволяет запасу хода автомобиля оставаться неизменным на протяжении всего срока службы аккумулятора. Как только емкость батареи падает ниже 80%, водители могут начать замечать снижение запаса хода и производительности батареи.

Стоимость замены аккумулятора электромобиля

Когда дело доходит до замены аккумулятора электромобиля, вам не нужно слишком беспокоиться, так как многие производители предоставляют гарантию до 8 лет или 100 000 миль. Это означает, что даже если вам нужно было заменить его в случае неудачи, когда что-то пошло не так, это вполне может быть покрыто этой гарантией. Не забывайте всегда проверять тип гарантии, предлагаемой выбранным производителем электромобиля.

Кроме того, по данным McKinsey, стоимость батарей упала примерно на 80% в период с 2010 по 2016 год, с 1000 до 227 долларов за кВтч. Таким образом, новая батарея на 40 кВтч в 2016 году стоила бы чуть менее 10 000 фунтов стерлингов. По некоторым прогнозам, к 2030 году цены упадут ниже 100 долларов за кВтч, примерно в то же время, когда правительство стремится к тому, чтобы 50% всех новых автомобилей, продаваемых в Великобритании, были электрическими.

Возьмите напрокат новый электромобиль

Управляйте новым электромобилем с нулевым уровнем выбросов с доступной ежемесячной арендной платой. У вас также не будет транспортного налога, низкие расходы на техническое обслуживание и возможность выбора бесплатной парковки во многих удобных местах.

Аренда электромобиля

Утилизация аккумуляторов электромобилей

Многие производители изучают, как можно перепрофилировать аккумуляторы для электромобилей после достижения ими пенсионного возраста. Одна из идей, которая хорошо себя зарекомендовала, — перепрофилировать аккумуляторы электромобилей для питания домов и зданий. Тем не менее, нет четких ответов на вопрос, что произойдет с батареями электромобилей, когда они больше не подлежат вторичной переработке.

Время, которое аккумуляторы проводят в электромобиле, часто является началом их срока службы. После снятия с автомобиля большинство батарей по-прежнему подходят для других ответственных работ, таких как накопление энергии в электрической сети или дома — растущая область спроса.

Когда срок службы батарей подходит к концу, они перерабатываются, что обычно включает отделение ценных материалов, таких как соли кобальта и лития, нержавеющая сталь, медь, алюминий и пластик. В настоящее время перерабатывается только около половины материалов в аккумуляторных батареях электромобилей, но, поскольку ожидается, что популярность электромобилей в следующем десятилетии или около того резко возрастет, производители автомобилей стремятся улучшить ситуацию.

Компания VW недавно объявила об открытии пилотного завода по переработке аккумуляторов, который будет работать над достижением цели по переработке 97% компонентов аккумуляторов. В этом процессе батареи будут измельчаться, сушиться, а затем просеиваться для извлечения ценных материалов, которые можно использовать для изготовления новых батарей.

Аккумуляторы для электромобилей Воздействие на окружающую среду

Являются ли аккумуляторы для электромобилей вредными для окружающей среды? Что ж, мы здесь, чтобы сказать вам, что будущее аккумуляторов для электромобилей выглядит ярким.

Аккумуляторы электромобилей могут быть возвращены в энергетический цикл заводов и домов после того, как их срок службы для питания автомобиля подошел к концу. Перепрофилирование батарей для электромобилей может создать замкнутую систему для переработки. Это означает, что заводы, производящие батареи, в конечном итоге могут питаться от перепрофилированных батарей, как только их срок службы, питающий транспортные средства, подойдет к концу.

Крупные производители автомобилей уже начали перепрофилировать батареи электромобилей в других областях. Например, Nissan планирует использовать бывшие в употреблении аккумуляторы для электромобилей для обеспечения резервного питания стадиона «Амстердам Арена» — всемирно известного развлекательного центра и домашнего стадиона футбольного клуба «Аякс».

Toyota также планирует в ближайшем будущем установить вышедшие из употребления аккумуляторы возле магазинов в Японии. Аккумуляторы будут использоваться для хранения энергии, вырабатываемой солнечными панелями. Накопленная энергия затем будет использоваться для питания холодильников для напитков, подогревателей еды и прилавков со свежими продуктами в магазинах.

Renault также объявила, что батареи электромобилей от Renault Zoe EV будут перепрофилированы для выработки энергии для Powervault — домашней системы хранения энергии.

С появлением большего количества таких возможностей явно будет жизнь за пределами электромобиля. После того, как батарея закончила питать электромобиль, ее можно использовать для питания наших домов и предприятий.

Утилизация аккумуляторов электромобилей

Так что же происходит, когда аккумуляторы электромобилей умирают? Батарейки всех форм бывает трудно утилизировать, не нанося вреда окружающей среде. То же самое касается аккумуляторов для электромобилей. Тем не менее, управление жизненным циклом аккумуляторов электромобилей направлено на решение проблемы дорогостоящей и токсичной утилизации аккумуляторов.

Аккумуляторы электромобилей не только используются для поддержки использования возобновляемых источников энергии, но и могут быть восстановлены, чтобы в будущем они могли питать больше транспортных средств. Volkswagen Group планирует начать проект по переработке, в рамках которого аккумуляторы будут оцениваться по их качеству, чтобы определить их будущее. Аккумуляторы, у которых еще осталось немного энергии, получат вторую жизнь в качестве блоков питания для зарядки мобильных транспортных средств. Другие, которые мало что дают, будут измельчены в мелкий порошок для извлечения сырья, такого как литий, никель, марганец и литий. Материалы затем могут быть перестроены в большее количество аккумуляторов для электромобилей.

Производители аккумуляторов для электромобилей

Существует большое количество производителей аккумуляторов для электромобилей. Некоторые из них хорошо известны, такие как Tesla и Nissan, в то время как другие, такие как BYD или LG Chem, могут быть не так известны во всем мире, но, тем не менее, являются значительными игроками в области производства аккумуляторов для электромобилей. LG Chem, например, поставляет аккумуляторы для электромобилей для Volvo, Renault, Ford и Chevrolet. Мало того, они также подписали соглашение с Telsa о поставке аккумуляторов для всей Telsa, произведенной в Китае.

Другой крупный производитель электромобилей BYD, крупнейший производитель электромобилей в Китае, более чем удвоил свои продажи в декабре 2020 года по сравнению с тем же периодом 2019 года и с начала 2019 года продает больше автомобилей с батарейным питанием. сосредоточив внимание на электромобилях, но они также работают над аккумуляторными батареями для бытового, коммерческого и промышленного применения.

Зарядка аккумулятора электромобиля

Как далеко может уйти один заряд?

Так же, как обычные автомобили имеют большие или маленькие топливные баки, литий-ионные аккумуляторы для электромобилей бывают разных размеров. Их мощность измеряется не в литрах топлива, а в киловатт-часах (кВтч). Типовой аккумуляторной батареи на 40 кВт⋅ч от обычного электромобиля может хватить, чтобы проехать 150 миль и более, в то время как самая большая батарея Tesla на 100 кВт⋅ч рассчитана на 375 миль в соответствии со стандартом WLTP, цель которого — дать реалистичную оценку реальных характеристик автомобилей. мировой запас хода или экономия топлива.

WLTP — это сокращение от Всемирной согласованной процедуры испытаний легковых автомобилей, которая вступила в силу в 2017 году и была создана для измерения расхода топлива, уровня CO2 и других выбросов загрязняющих веществ от легковых автомобилей. Он пришел на смену Новому европейскому ездовому циклу (NEDC)

Вы можете узнать киловатт-час в своем счете за электроэнергию — это стандартная зарядная единица в отрасли. Аккумулятор емкостью 40 кВтч содержит достаточно энергии, чтобы питать обычный дом в течение четырех дней!

Как заряжать аккумулятор электромобиля?

Вы получите самую быструю зарядку от специальной розетки для зарядки электромобиля. Они оцениваются в кВт от примерно 3 кВт до примерно 50 кВт – или 120 кВт в сети нагнетателей Tesla. Чем выше рейтинг, тем быстрее они восстановят запас хода вашего электромобиля.

Зарядные устройства, которые чаще всего устанавливаются дома или на рабочем месте, представляют собой либо «медленные» устройства мощностью 3 кВт, либо «быстрые» зарядные устройства мощностью 7 кВт, способные зарядить электромобиль за 6–12 часов. В Великобритании также есть растущая сеть общественных зарядных станций. Обычно это либо устройства быстрой зарядки мощностью до 22 кВт, либо «быстрые» зарядные устройства мощностью до 50 кВт. Самые быстрые общественные зарядные станции могут зарядить электромобиль до 80% его диапазона всего за час — последние 20% обычно немного медленнее, чтобы предотвратить повреждение аккумуляторов, когда они приближаются к полному заряду.

Если нет специальной точки зарядки, вы можете зарядить электромобиль от бытовой розетки на 13 ампер, но это может быть очень медленно. Поскольку для зарядки требуется много энергии в течение длительного периода, также может возникнуть риск перегрева или возгорания, поэтому, если вам необходимо это сделать, вам следует сначала вызвать электрика для проверки розетки и проводки.

Насколько безопасны аккумуляторы для электромобилей?

Производители аккумуляторов для электромобилей делают все возможное, чтобы обеспечить безопасность аккумуляторов электромобилей, устанавливая интеллектуальные системы управления для предотвращения перегрева и других проблем. Аккумуляторы действительно нагреваются при зарядке и разрядке, но автомобили предназначены для того, чтобы они оставались прохладными — в высокопроизводительных электромобилях иногда помогают системы жидкостного охлаждения.

Несмотря на это, было несколько случаев возгорания электромобилей, но очень немногие из этих инцидентов были вызваны выходом из строя аккумуляторной батареи. Чаще всего они возникают в результате несчастных случаев или инцидентов, которые могли привести к возгоранию любого транспортного средства — например, в 2013 году Tesla Model S врезалась в большой кусок металла на высокой скорости. Комментируя этот инцидент, который привел к ограниченному возгоранию, генеральный директор Tesla Илон Маск отметил, что батареи электромобилей содержат лишь около одной десятой энергии бака, полного топлива, что ограничивает опасность, которую они представляют при аварии.

Фактически, исследование, проведенное Национальным управлением безопасности дорожного движения США в 2017 году, показало, что вероятность и тяжесть возгораний от литий-ионных аккумуляторов сравнима или немного меньше, чем у обычных транспортных средств. По мере того, как на дороги выходит все больше электромобилей, мы все больше убеждаемся, что они так же безопасны, как и обычные автомобили, которые они заменяют.

Узнайте больше об электромобилях

Подпишитесь на уведомления об электромобилях

Будьте в курсе наших последних предложений, тарифов и другого эксклюзивного контента от EDF и наших партнеров.

Важность управления температурным режимом стационарных литий-ионных накопителей энергии

Крис Бойер, доктор философии, PE, директор по развитию бизнеса Sabre Industries

Рост развертывания аккумуляторных систем накопления энергии (BESS) показывает важность удачного дизайна охлаждения. Уникальные проблемы систем литий-ионных аккумуляторов требуют тщательного проектирования. Низкая рекомендуемая рабочая температура батареи (от 20° до 25°C) требует системы охлаждения, а не прямого охлаждения окружающего воздуха. Небольшой допустимый перепад температур, не превышающий 5°C между самой горячей и самой холодной батареей, требует почти идеального распределения воздуха. И быстрые изменения власти со временем требуют жесткого контроля. Без надлежащего управления температурным режимом перегревающиеся элементы будут деградировать, работать со сбоями или даже загореться  _{[2]  [3]} .

Несколько инструментов моделирования помогают в процессе проектирования, чтобы обеспечить качественный дизайн. К ним относятся:

1. Общие уравнения баланса массы и энергии для выбора размеров охлаждающего оборудования;
2. Transient FEA для изучения переходного поведения и методов управления; и,
Программное обеспечение
3. CFD для оценки распределения воздушного потока и возникающих в результате отклонений температуры.

Расчет системы охлаждения с учетом общего баланса энергии и массы

Правильная емкость и диапазон регулирования для терморегулирования BESS приведут к повышению производительности и увеличению срока службы батарей. Недостаточный размер системы охлаждения может привести к перегреву батареи. Слишком большой размер системы охлаждения может привести к коротким циклам работы системы охлаждения и большим колебаниям температуры воздуха при включении и выключении устройства.

Тепло, выделяемое батареями

Тепло, выделяемое батареями, является наибольшей нагрузкой и, следовательно, наиболее важным для точного прогнозирования. Тепло возникает в результате энтропийных потерь реакции и энергии активации, электрического и ионного сопротивления и химического переноса.  _{[4] [5] [6]} Выделенное тепло обычно стабильно в диапазоне от 20% до 80% состояния заряда (SoC). Выделение тепла значительно увеличивается, когда разрядка приближается к 0 SoC и когда заряд приближается к 100% SoC, как показано на рисунке 1.

и окончание заряда.

Тепловыделение литий-ионных аккумуляторов обычно соответствует поведению I ² R , которое можно привести к безразмерной форме: Параметр α  является постоянным для типа батареи и не зависит от размера массива и того, как расположены цепочки батарей.

Из-за деградации выделение тепла увеличивается в течение срока действия проекта. Аккумуляторные компании сообщили об увеличении от 35% до 70%. Выделение тепла увеличивается при более низких температурах, что приблизительно соответствует соотношению α/α _{, ссылка} = √T _{, ссылка} /T , в пределах от 10° до 50°C на основе эталонной температуры 25°C.

Прочие тепловые нагрузки

Высоковольтная шина постоянного тока и кабельная система генерируют резистивное тепло в соответствии с G = I ² R и обычно рассчитаны примерно на 0,25% от максимальной мощности постоянного тока. Тепло, выделяемое освещением, коммуникационным оборудованием, блоками питания и контроллерами, остается относительно постоянным во времени и составляет от 500 Вт до 1 кВт тепла.

Тепло также поступает из внешней среды. Коммерческое программное обеспечение для расчета параметров HVAC точно рассчитывает тепловую нагрузку на окружающую среду. Общее приближение, которое работает для одноэтажных зданий, расположенных в умеренном климате, составляет 1 тонну охлаждения на 500 футов 9 .0191 2 .

Сумма тепловых нагрузок

На основе расчетов, описанных выше, требования к охлаждению литий-ионной системы BESS на МВтч аккумуляторов при различных скоростях C показаны в таблице 1.

Таблица 1. Типичные тепловые нагрузки для 1 – МВтч корпуса при различных C-ставках.

Выбор оборудования HVAC

Номинальные мощности HVAC основаны на наборе номинальных условий _[7] . Фактическая мощность системы HVAC ниже номинальной в большинстве приложений для хранения энергии из-за более высокой температуры наружного воздуха, более низкой заданной температуры внутри и более низкой влажности. При работе в жаркой пустыне фактическая мощность кондиционера может составлять только 50% от номинальной мощности или даже меньше, поскольку змеевики испарителя и конденсатора загрязняются. Согласно общему эмпирическому правилу для хранения энергии, номинальная мощность оборудования HVAC должна быть на 150 % больше, чем требуемая ощутимая охлаждающая нагрузка, основанная на приведенных выше расчетах.

Теплопередача между охлаждающим воздухом и аккумуляторными модулями

Сегодня в большинстве стационарных систем BESS в качестве среды для охлаждения аккумуляторов используется воздух. В дополнение к правильно подобранной системе охлаждения шкафа модули также должны иметь правильно спроектированный метод локальной передачи тепла охлаждающему воздуху. Уравнение теплопередачи в установившемся режиме для локального охлаждения модуля может быть описано уравнением:

Где U’ [Вт/°C] — общий коэффициент теплопередачи, который включает передачу тепла от ячеек к поверхности и конвекции тепла от поверхности к воздуху. Охлаждающая поверхность может быть внутренней по отношению к модулю и/или внешнему кожуху модуля.

Для поддержания температуры батареи ниже максимальной необходимо выполнение двух условий. Во-первых, общий коэффициент теплопередачи должен соответствовать уравнению:

Во-вторых, объем воздушного потока (пассивного или активного) мимо модулей должен быть достаточным для поглощения выделяемого тепла:

Необходимо проверить эти два условия. и если они выйдут из строя, то никакая мощность HVAC не сможет охладить батарею. Если ограничением является отвод тепла через модуль к поверхности и от поверхности к воздуху, то модуль должен быть переработан для лучшей теплопередачи.

Переходные процессы при расчете системы охлаждения

На рис. 2 показаны примеры профилей нагрузки для различных приложений BESS. Анализ переходных процессов изучает, как система HVAC влияет на температуру батареи при изменении нагрузки.

Рисунок 2. Примеры суточных циклов (24 часа) для стационарных систем BESS.

Представленная тепловая модель переходного процесса использовалась для оценки многих проектных решений, таких как:

• Определение количества охлаждения, необходимого в конкретном случае использования, на основе профиля нагрузки приложения;
• Определите, требуется ли каскадирование охлаждения, и если да, то какие уровни каскадирования;
• Определить влияние различных методов контроля температуры;
• Оценить эффективность регулировки тепловых масс как в модуле, так и в корпусе;
• Оцените эффективность регулировки потоков воздуха в шкафу и модулях.

Например, ISO New England публикует профиль переходной нагрузки для имитации диспетчеризации частотного регулирования для систем накопления энергии _[8] . Переходная модель предполагала компонент BESS мощностью 2 МВт/1 МВтч с литий-ионными батареями с принудительным воздушным охлаждением. Графики на Рисунке 3 показывают 24-часовую часть с результирующей цикличностью HVAC и температурой воздуха в основании шкафа для конкретного корпуса и конструкции HVAC. Модель показывает, что хотя батареи могут генерировать 60 кВт тепла в течение коротких периодов времени, для поддержания заданной температуры воздуха требуется не более 21 кВт охлаждения. Основываясь на анализе переходных процессов, размер HVAC может быть уменьшен до одной трети максимальной мгновенной тепловой нагрузки.

Рис. 3. Результирующие тепловые потоки и температурный профиль для системы BESS мощностью 2 МВт/1 МВтч с несколькими стадиями 3-RT при кондиционировании воздуха для охлаждения в течение 1 дня в случае интенсивного использования с New England ISO данные.

Достижение сбалансированного распределения воздуха с помощью CFD

Другим ключевым аспектом системы охлаждения является то, как воздух проходит через корпус, чтобы батареи оставались в пределах допустимого перепада температуры. Анализ CFD превосходно подходит для расчета пространственных значений температуры, статического давления, скорости воздуха и направления воздушного потока.

Анализ CFD помог принять важные проектные решения, такие как:

• проверка достаточной площади поперечного сечения для прохождения воздуха по всему корпусу,
• выберите места для воздушных барьеров и дефлекторов,
• определить оптимальный размер, форму и совместить расположение воздуховодов подачи,
• указать направление для оптимизации положения лопастей в регистрах снабжения,
• определяют значение и расположение воздушных барьеров между оборудованием или вокруг него, и
• определяют эффективность дополнительных вентиляторов/воздуходувок в корпусе для усиления ОВКВ.

Анализ CFD использовался для анализа воздушного потока и результирующих температур для корпуса, содержащего батареи с настенными блоками HVAC на обоих концах. В анализе использовались данные аккумуляторов и данные HVAC от соответствующих производителей. На рис. 4 представлены графические результаты профилей температуры трех плоскостей по осям x, y и z. Эти профили детализируют поток воздуха через корпус и результирующие температуры. Легко увидеть, как поступает холодный воздух (обозначен синим цветом) и как он распределяется. Эта информация была использована для улучшения конструкции воздуховодов.

Рис. 4. Результаты CFD, показывающие плоскости с температурами и векторами воздушных потоков.

Заключение

Аккумуляторы выделяют тепло, как и другое электрооборудование, однако гарантии производительности производителя требуют низкой температуры и очень узкого диапазона, в котором аккумуляторы могут работать. Несмотря на то, что проектирование системы управления температурным режимом для аккумуляторного накопителя энергии сопряжено с этими уникальными проблемами, инструменты, представленные в этой статье, успешно используются.

---

Номенклатура

---

Ссылки

 [1] P.P.X.Z.G.C.J.S.C.C. Qingsong Wang, «Тепловой разгон вызвал пожар и взрыв литий-ионной батареи»,  Journal of Power Source с.,  т. 208, стр. 210-224, 2012.  [2] S.G.T.F.F. Тодд М. Бандхауэр, «Критический обзор тепловых проблем в литий-ионных батареях»,  J. Electrochemical Society,  vol. 158, нет. 3, стр. R1-R25, 2011.  [3] M.O.L.L.J.L.X.H.G. Liu, «Анализ тепловыделения литий-ионного аккумулятора во время зарядки и разрядки с учетом различных влияющих факторов»,  J Therm Anal Calorim,  vol. 116, стр. 1001-1010, 2014.  [4] С. Г. Т. Ф. Ф. Тодд М. Бандхауэр, «Зависимое от температуры электрохимическое выделение тепла в коммерческой литий-ионной батарее»,  Journal of Power Sources,  vol. 247, стр. 618-628, 2014.  [5] С. Ф. Ашкан Назари, «Выработка тепла в литий-ионных батареях с различной номинальной емкостью и химическим составом»,  Applied Thermal Engineering,  vol.