Теплоотдача у каких батарей лучше: У каких радиаторов самая высокая теплоотдача, таблица батарей отопления

Сравнение теплоотдачи радиаторов | Lammin

Теплоотдача радиаторов — показатель, который определяет эффективность системы обогрева жилых, производственных и офисных помещений. Она зависит от многих факторов и является важным критерием при выборе батарей.

Зависимость теплоотдачи от различных факторов

Теплоотдача или тепловая мощность отражает количество тепла, которое передается отопительным прибором в единицу времени. Она влияет на микроклимат в помещении и обеспечивает создание комфортных условий.

Первичные факторы

Величина тепловой мощности одной секции батареи указывается в технической документации, прилагаемой производителями оборудования для водяной системы отопления. Она зависит от следующих факторов:

• Материала изготовления. Каждый металл имеет определенный коэффициент теплопроводности, влияющий на теплоотдачу. Самыми высокими показателями отличаются медь и серебро, но их не используют для производства батарей из-за значительной стоимости.
• Температуры теплоносителя, циркулирующего в сети обогрева. Чем она выше, тем больше тепла отдает прибор отопления.
• Площади теплообмена. Ее величина определяется особенностями конструкции радиаторов, количеством секций и габаритными размерами.

Чтобы повысить эффективность функционирования сети обогрева, можно остановить свой выбор на радиаторах из металла, который имеет более высокую теплопроводность. Среди материалов, используемых для массового производства батарей, таким является алюминий. Еще один способ ускорить нагрев воздуха в помещениях до комфортных показателей — увеличить температуру теплоносителя. Его можно использовать в автономных сетях частных домов, учитывая при этом технические характеристики радиаторов и условия эксплуатации.

Подбирая изделия по площади теплообмена, следует отдавать предпочтение моделям с большим межосевым расстоянием и с ребристой поверхностью, которая значительно повышает эффективность обогрева.

Вторичные факторы

На уровень тепловой мощности приборов отопления и скорость нагрева помещений влияют и другие факторы, среди которых:

• месторасположение;
• способ подключения;
• цветовое решение и вид покрытия батарей;
• климатическая зона.

Поскольку на окна может приходиться до 26% от общих потерь тепла, то самый оптимальный вариант размещения радиаторов — под ними. Такое расположение отопительных приборов способствует созданию тепловой завесы и позволяет уменьшить утечку тепла из помещения. Использование декоративных экранов, закрывающих батареи, снижает их эффективность на 5-7% при наличии снизу пространства для доступа воздуха, и на 20% — при его отсутствии.

В целом общая тепловая мощность приборов отопления, установленных в помещении, должна быть больше потерь тепла примерно на 10-20%. В этом случае обеспечивается поддержание в комнатах комфортной температуры без лишних затрат.

Способ подключения радиаторов определяется их типом. Наиболее эффективными считаются модели с боковым односторонним и диагональным подключением. Первый вариант востребован, если количество секций не превышает 12, а второй целесообразно использовать при подсоединении более габаритных батарей. Изменение способа подключения, как и повышение температуры теплоносителя или увеличение габаритных размеров помогает повысить уровень теплоотдачи. Прежде чем воспользоваться одним из этих методов, следует произвести перерасчет мощности.

Эффективность обогрева системы также зависит от наличия пыли на поверхности, циркуляции воздуха в помещении и способа отделки стены. Чем больше отражающие свойства поверхности, тем лучше теплоотдача.

Сравнение теплоотдачи

При выборе радиаторов по материалу изготовления недостаточно оценивать их возможности по величине теплоотдачи. Сравнение приборов нужно проводить, учитывая особенности отопительной сети и ее основные технические параметры.

Стальные

У стальных батарей наименьший показатель тепловой мощности среди аналогичных изделий из других металлов. Это обусловлено низким коэффициентом теплопроводности, которым отличается конструкционная сталь. Кроме того, панельные приборы отопления имеют небольшую площадь теплообмена, которую нельзя увеличить путем добавления секций. Такой вариант изменения габаритных размеров можно использовать только для секционных моделей из стали. Для них также характерно следующее:

• чувствительность к составу теплоносителя и склонность к заиливанию при использовании загрязненной воды;
• низкая стойкость к гидравлическим ударам;
• образование коррозии при сливе рабочей среды.

Стальные приборы отопления целесообразно применять при обустройстве автономной сети отопления.

Чугунные

Коэффициент теплопроводности чугуна составляет 50-56 Вт/(м*К), поэтому приборы из этого металла отличаются большей эффективностью обогрева, чем стальные аналоги. Затрудняет передачу тепла и повышенная толщина стенок. Мощность моделей старого образца составляла 60-80 Вт, а у новых изделий она варьируется в пределах 140-160 Вт. Передача тепла в основном осуществляется путем излучения, а на конвекцию приходится не более 20%. Чугунные модели отличаются большим весом и хрупкостью, которая приводит к разрушению изделий под воздействием гидравлических ударов. Они медленно нагреваются и также остывают. Радиаторы из чугуна не чувствительны к качеству теплоносителя, способны выдерживать до 9 атм и востребованы в автономных системах отопления частных домов и загородных коттеджей.

Алюминиевые

Самая лучшая теплопроводность у алюминия: она составляет 230 Вт/(м*К). Поэтому по теплоотдаче алюминиевые батареи превосходят аналогичные свойства приборов отопления, выпускаемых из других материалов. Максимальная эффективность обогрева достигается благодаря особым свойствам металла и значительной полезной площади, увеличенной за счет оребрения поверхности. Передача тепла осуществляется путем конвекции и излучения.

Выбирая алюминиевые приборы отопления, нужно учитывать следующие недостатки изделий:

• склонность к появлению коррозии из-за электрохимических процессов, причиной которых является низкое качество теплоносителя;
• неспособность выдерживать гидравлические удары и рабочее давление выше 9 атм.

Их используют при прокладке автономных сетей для малоэтажных домов. Батареи из алюминия отличаются малым весом и предоставляют возможность подобрать модель с нужным количеством секций.

Биметаллические

Биметаллические приборы отопления представляют собой конструкцию, для изготовления которой служат два металла. В результате получают изделия, которые почти не уступают по уровню теплоотдачи аналогам из алюминия. Причина снижения эффективности заключается в особой конструкции. Сердечник производят из конструкционной стали, поэтому он отличается сравнительно небольшой теплопроводностью. Однако стальной элемент быстро нагревает алюминиевые панели, что обеспечивает интенсивное распространение тепла и высокую теплоотдачу. К другим преимуществам биметаллических радиаторов относятся:

• устойчивость к появлению ржавчины и низкая чувствительность к качеству теплоносителя;
• высокое рабочее давление, достигающее не менее 20-35 атм;
• способность сохранять свои параметры при возникновении гидравлических ударов в сети;
• простая форма, благодаря которой значительно упрощаются уход и обслуживание.

Биметаллические изделия можно устанавливать в автономных системах частных домов, но наиболее эффективно их использование в центральных сетях многоквартирных зданий. Сравнение радиаторов на примере продукции Lammin представлено в таблице.

Сравнение приборов отопления с межосевым расстоянием 350 мм

Подбор радиаторов по тепловой мощности

После сравнения теплопередачи разных типов батарей и оценки условий эксплуатации изделий подбирают оптимальный вариант. Однако в техническом паспорте приборов отопления этот параметр указывается по отношению к одной секции или к их общему количеству. Чтобы выбрать радиатор, который оптимально подойдет для помещения по габаритным размерам, нужно провести предварительный расчет. Для этого нужно воспользоваться формулой, позволяющей определить нужное количество секций с учетом обогреваемой площади помещения и величины теплоотдачи одной секции.

Особенности радиаторов Lammin

Приборы отопления, выпускаемые компанией Lammin, представлены алюминиевыми и биметаллическими моделями двух серий — Eco и Premium. Для них характерен высокий показатель тепловой мощности, который достигается:

• в изделиях из алюминия благодаря использованию уникального сплава, содержащего помимо основного металла добавки в виде цинка, железа и кремния;
• в биметаллических моделях за счет особой конструкции, состоящей из стальных труб и алюминиевого корпуса с высоким коэффициентом теплопроводности.

Среди других преимуществ радиаторов Lammin можно выделить надежную защиту внутренней поверхности в виде прочного и гладкого слоя, препятствующего оседанию частиц. Их окрашивают методом двухступенчатой окраски, что позволяет сохранить привлекательный вид на протяжении длительного времени.

Показатели теплоотдачи и другие характеристики радиаторов Lammin с разным межосевым расстоянием приведены в таблице.

Радиаторы отопления.

Какой лучше? — Stroim-svoi-dom.ru

Еще совсем недавно все дома обогревались при помощи привычных чугунных радиаторов отопления. Сегодня ситуация изменилась и на смену им пришли алюминиевые, стальные и  биметаллические радиаторы отопления т.е. появился выбор.

Давайте рассмотрим преимущества и недостатки каждого вида, попытаемся определить какой из них лучше подходит для квартиры или загородного дома и произведем расчет радиаторов отопления.

Чугунные радиаторы отопления

Чугунные батареи устанавливались во всех типовых квартирах. Сейчас они так же пользуются спросом, правда в меньшей степени, в основном для многоквартирных домов.

Минусы.

Чугунные радиаторы отопления обладают высокой инертностью т.е. они долго разогреваются при подаче тепла и так же долго остывают. Необходимо учесть, что одна такая чугунная секция имеет объем 1,45 литров, что является минусом, особенно для загородных построек.

Существенным недостатком является то, что для таких батарей опасны гидроудары, потому что чугун сам по себе довольно хрупкий материал. Среднее значение давления, который могут выдержать чугунные батареи равняется 9 кг/см² при температуре 130⁰С.

Внешний вид оставляет желать лучшего, поэтому часто их закрывают специальными экранами, для более эстетичного вида. Они требуют постоянной окраски, т.к. чугун снаружи постоянно ржавеет. Имеют большой вес и неудобны в эксплуатации.

Плюсы.

К положительным свойствам можно отнести цену и возможность наращиваний дополнительных секций.

Чугунные радиаторы стойки к коррозии, обладают высокой теплопроводностью. Одна чугунная секция выдает тепла на 160 Вт.

Алюминиевые радиаторы отопления

Алюминиевые  батареи обладают хорошей теплоотдачей, около 190 Вт и низкой инертностью т.е. способны быстро нагреваться при подаче тепла. Могут выдерживать рабочее давление около 20 атмосфер, поэтому их можно устанавливать при централизованном отоплении. Есть возможность нарастить отдельные секции, если это необходимо.

Для частного застройщика немаловажным является то, что одна алюминиевая секция имеет объем около 0,37 л, что позволяет экономить на обогреве воды или антифриза в системе отопления.

Алюминий по свойствам является мягким металлом, поэтому он чувствителен к различным твердым, мусорным частицам. В основном это актуально для домов с центральным отоплением. Для частного застройщика это не особенно важно. Но все же если вы остановили выбор на алюминиевых радиаторах отопления, то рекомендуется вместе с ними установить дополнительные фильтры для сбора различной грязи в системе.

Алюминиевые радиаторы различаются процессом изготовления. Бывают литые и штампованные. Штампованные батареи не рекомендуется ставить в домах с центральным отоплением т.к. они чувствительны к качеству теплоносителя.

Алюминий является химически активным металлом из этого следуют некоторые недостатки. При соприкосновении с другими металлами на месте соединения может образоваться так называемая гальваническая пара. В этом месте происходит коррозия металла. Для этого различные части отопительной системы соединяют между собой при помощи переходников, которые не дают соприкасаться металлам напрямую, а следовательно предотвращают процесс коррозии.

Если в качестве теплоносителя вы используете антифриз, то высока вероятность появления коррозии внутри батареи т.к. он вступает в реакцию с алюминием, что снижает КПД. Поэтому такие радиаторы лучше использовать в загородном коттедже, где теплоносителем является вода.

Внутренняя часть алюминиевых радиаторов при нагреве, вступают в реакцию с теплоносителем и со временем начинает выделяться и скапливается водород. Для того чтобы водород не задерживался в трубах, ставят специальный клапан, который потихоньку его стравливает.
Алюминиевые радиаторы отопления имеют эстетичный вид и не требуют дополнительной окраски.

Плюсы:

• высокий КПД;
• элегантный дизайн;
• выдерживает высокое давление;
• малый вес секции.

Минусы:

• возможная коррозия при некачественном антифризе;
• необходимо удалять воздух при помощи клапана.

Стальные радиаторы отопления

Обладают хорошей теплоотдачей, почти такой же как у алюминиевых, и низкой тепловой инерцией, т. е. обладают высоким КПД. Очень удобны при монтаже т.к. оснащены крепежами, различными подвесками. В качестве теплоносителя можно использовать как воду, так и антифриз.

Производятся стальные батареи в виде отдельных панелей, поэтому возможности нарастить отдельную секцию в отличие от алюминиевых и чугунных нет. Необходимо сразу подбирать необходимую длину.

Стальные радиаторы отопления состоят из оболочки, которая представляет из себя стальное полотно. Внутри находятся медные трубки, которые соединены между собой сетчатыми пластинами, повышающими коэффициент теплоотдачи.

Из-за своей конструкции, стальные радиаторы также называют панельными.

Плюсы:

• безынерционный радиатора;
• высокая теплоотдача;
• не требуют дополнительной окраски;
• оптимальная цена.

Минусы:

• нет возможности нарастить отдельные секции.

По своей конструкции, панельные стальные радиаторы делятся на несколько типов. Отличие между типами состоит в количестве панелей и межпанельных пластин.

На рисунке приведен вид сверху для различных типов панельных радиаторов, на котором более наглядно видны различия.

Как вы понимаете, чем выше тип панельного радиатора, тем он более мощней. Но не все так просто. Предлагаем вам посмотереть небольшое видео на эту тему, где расказывается, на что стоит обращать внимание при выборе.

Биметаллические радиаторы отопления

Биметаллические радиаторы отопления как понятно из названия состоят из двух металлов и сочетают их лучшие свойства.

Как правило, имеют стальную середину, которая позволяет выдерживать высокое давление, а так же алюминиевую оболочку, обладающую высокой теплоотдачей.

Можно устанавливать в систему с центральным отоплением.

Такие биметаллические батарей имеют современный дизайн, быстро нагреваются и охлаждаются, обладают высоким КПД.

По внешнему виду мало чем отличаются от алюминиевых радиаторов.

Плюсы биметаллических радиаторов:

• высокая теплоотдача;
• выдерживает высокое давление;
• современный дизайн;
• большая надежность;

Недостатки:

Расчет радиаторов отопления

Для того чтобы правильно рассчитать количество необходимых секций, необходимо знать некоторые справочные данные. Эти данные показывают, какое количества тепла нужно потратить, чтобы в помещении было тепло. Все значения приводятся для площади 10 м².

• Для панельного дома необходимо 1,7 кВт;
• Для кирпичного дома 1 кВт;
• Для угловых комнат эти данные умножаем на коэффициент 1,2.

Теперь можно с легкостью рассчитать необходимое количество секции радиатора отопления.

Пример: Комната 15 м², угловая, кирпичный дом. Делим площадь 15 м² на расчетную площадь 10 м² и умножаем на 1 кВт.

15м²/10м²*1кВт=1,5 кВт.

Т.к. у нас угловая комната то это значение необходимо умножить на коэффициент 1,2. Получаем что для обогрева такого помещения необходимо 1,8 кВт тепла. После чего необходимо подобрать необходимый радиатор отопления. Эти данные должны содержатся в паспорте для батарей. Приведем лишь некоторые примерные мощности для различных радиаторов.

• чугунный — 160 Вт одна секция;
• алюминиевый — 190 Вт одна секция;
• стальной  — 450-5700 Вт для всей панели;
• биметаллический — 200 Вт одна секция.

Получается, что если вы остановились на биметаллических радиаторах отопления то вам понадобится 1,8 кВт/0,2 кВт=9 секций. Возьмите еще запас в одну секцию т.к. уменьшить температуру в помещение легче, чем устанавливать дополнительную секцию.

Что залить в систему отопления

Такой вопрос возникает только у частных застройщиков, потому что только у них есть выбор. Что лучше заливать воду или антифриз, зависит от котельного и насосного оборудования, теплообменников, труб отопления и т. д.

Вода является самой дешевой и доступной жидкостью. Она используется для обогрева и в частном и многоэтажном строительстве, но она имеет ряд недостатков.

Она должна эксплуатироваться при положительных температурах. При заморозке может произойти пробой труб, котла и т.к., что приведет к выходу из строя всего отопления. Поэтому если вы отключаете обогрев дома, то придется слить всю воду из системы.

Вода, которая используется для отопления, как правило, не дистиллированная и имеет множество различных примесей. При нагревании происходит различные химические реакции, что приводит к появлению солей на внутренней поверхности труб и отопительных радиаторов. В следствии чего теряется эффективности и снижается КПД.

В отоплении где используется вода можно установить любой тип радиаторов: чугунные, алюминиевые, стальные, биметаллические.

Основным свойством антифриза является замерзание при более низких температурах по сравнению с водой. Срок службы около 10 отопительных сезонов, после чего его лучше заменить.

При таком отоплении нельзя использовать элементы содержащие цинк, т.к. он будет распадаться и оседать на внутренних стенках труб, котлов, батарей и т.д.

Еще раз напомним, что если вы используете антифриз, лучше не устанавливать алюминиевые радиаторы отопления, а вместо них приобрести стальные или биметаллические радиаторы отопления, можно конечно использовать и чугунные, но они все больше уходят в прошлое.

Выбираем лучшие биметаллические радиаторы отопления для квартиры

Биметаллические радиаторы изготавливаются из материала, имеющего высокую теплопроводность, способного выдерживать высокое давление. Батареи данного типа являются оптимальным решением при замене старых в многоквартирных домах.

Какие биметаллические радиаторы отопления лучше для квартиры? Чтобы подобрать оптимально подходящее оборудование, следует обратить внимание на несколько аспектов:

1. Виды биметаллических радиаторов.
2. Производитель оборудования.
3. Факторы, влияющие на технические параметры.

Выбирая биметаллические квартирные радиаторы водяного отопления, следует обращать внимание на существующие разновидности батарей.

Принято классифицировать узлы отопления по нескольким конструкционным особенностям:

• Материал. Термин, «биметаллический», буквально, означает два металла. Как правило, при производстве используют стальной сердечник, защищенный слоем алюминия или меди. Такая конструкция имеет высокую прочность и устойчивость к воздействию агрессивной среды.
  Существуют также полубиметаллические батареи. Для усиления вертикальных каналов, внутрь секций вставляются стальные трубы.
• Особенности конструкции. Существуют секционные и цельные радиаторы отопления. Преимуществом батарей из секций является возможность добора нескольких дополнительных сегментов, для увеличения мощности. Цельные биметаллические радиаторы имеют большую герметичность, что сказывается на способности выдерживать гидравлические удары.
• Типы межосевых расстояний радиаторов. Производитель ориентируется на стандартные типоразмеры, поэтому большинство продукции выпускается с межцентровым расстоянием 350 и 500 мм. Найти узкие батареи с коэффициентом 200 мм, достаточно проблематично. Производство налажено только у нескольких европейских компаний, таких как RIFAR, Sira и BiLUX. А радиаторы с межосевым расстоянием 800 мм, можно приобрести исключительно на заказ.

На рынке отопительного оборудования нет некачественных биметаллических радиаторов. Все важные узлы подлежат обязательной сертификации и проверке.

Как уже отмечалось, все биметаллические батареи являются качественными, но отличаются техническими параметрами.

Составляя рейтинг биметаллических радиаторов отопления для квартиры, следует учитывать характеристики устройства, стоимость и продуманность конструкции, сроки эксплуатации.

• EPICO TWIN – занимает лидирующую позицию, благодаря оптимальному соотношению качества и приемлемой стоимости. Является продуктом совместного производства России и Италии. EPICO TWIN полностью адаптирован под отечественные системы отопления.
• VARMEGA BIMEGA – предоставляется гарантия на 10 лет. Имеет оптимальные технические параметры. VARMEGA BIMEGA обеспечивает максимальную теплоотдачу.
• NEOCLIMA STRONG – производитель сделал упор на использование дополнительной антикоррозийной защиты. Стоимость биметаллических радиаторов марки NEOCLIMA STRONG, чем у аналогичной продукции других производителей, что только добавляет популярности. Защитный слой создается с помощью специальной термоустойчивой краски.
• SIRA GLADIATOR – в батарее используется принцип конвекционного нагрева воздуха, а также уникальный вертикальный пролив теплоносителя. Конструкция SIRA GLADIATOR исключает появление шумов и положительно сказывается на работе системы отопления.

Невозможно перечислить все марки биметаллических квартирных радиаторов отопления, но следует заметить тенденцию, что в большинстве своем, отечественный рынок ориентирован на итальянского производителя. Выбор Италии объясняется высоким качеством предлагаемой продукции.

Чтобы правильно подобрать радиаторы для квартиры, следует обращать внимание не столько на стоимость изделия, сколько на технические параметры. А именно – производительность, требования жилищно-коммунального кодекса, технические параметры и внешний вид изделия.

Как на выбор влияет производительность

Расчет установки биметаллических радиаторов отопления в квартирах осуществляется следующим образом. Берется мощность одной секции батареи (приблизительно 150-180 Вт), общая отапливаемая площадь помещения. При вычислениях учитывается, что 1 кВт тепловой энергии должно хватить на 10 м².

Для комнаты в 20 м² необходимо, чтобы квартирные биметаллические отопительные батареи были с минимальной производительностью в 2 кВт. Потребуется либо один радиатор с 12 секциями, либо 2 узла по 6 «ребер» в каждой.

Особенности жилищного кодекса

Согласно действующему закону, запрещается увеличение мощности и объема батареи. Подключение дополнительных радиаторов, или установка батареи с большей производительностью, является незаконной и приводит к определенным санкциям. В этом случае, точный расчет количества радиаторов легко сделать по имеющейся в наличии у хозяев квартиры технической документации.

Технические параметры имеют значение

Современные биметаллические батареи способны выдержать давление в системе отопления до 20 атм. Стойкость достигается благодаря высокопрочному стальному сердечнику литого типа. Теплоотдача оборудования соответственно несколько снижается. Устанавливать такую батарею в квартире пятиэтажного или дома с меньшей этажностью нет смысла, т. к. предельное давление в системе отопления гораздо ниже.

Для каждого помещения проводится расчет эффективности теплоотдачи. Суть вычислений сводится к тому, что теплопотери должны быть меньше или соответствовать эффективности отдачи тепла радиаторами отопления. Батарея должна соответствовать расчетам.

Внешний вид

Во внешнем виде биметаллических приборов отопления учитываются современные тенденции, поэтому европейский производитель давно отошел от традиционного, исключительно белого цвета. Можно приобрести стильные батареи практически в любой цветовой гамме.

При выборе батарей отопления следует учитывать коэффициент мощности, предельное давление, а также коэффициент теплоотдачи.

Биметаллические радиаторы являются оптимальным решением для замены существующих узлов или создания новой эффективной системы отопления.

Алюминиевый или биметаллический радиатор, какой лучше?

В данной статтье мы попробуем разобраться какой все таки выбрать радиатор отопления, алюминиевый или биметаллический? Есть плюсы и минусы за каждый вид отопительного прибора. Для того чтобы не путаться мы перечислим основные за и против по каждому виду.

С момента появления вариаций отопительных элементов не угасают дискуссии относительно преимуществ и недостатков каждого из видов. В начале выясним, что собой представляют эти радиаторы.

Алюминиевый радиатор — изготавливается способом литья. Основной материал – алюминий.

Биметаллические радиаторы отопления — используют два материала: сталь и алюминий. Труба, по которой течет теплоноситель (горячая вода) создается из стали, а внешний слой покрывающий трубу и пластины (ламели), увеличивая тем самым площадь нагреваемого элемента, из алюминия.

Алюминиевые радиаторы

Рабочее давление 16 атмосфер — этого вполне достаточно чтобы нормально функционировать в любой многоэтажке. Так как давление в старых домах находится в пределах 6-9 атмосфер. Если же брать новостройки, то там давление также не более 9 атмосфер. Даже в новостройках более 20 этажей все равно, с помощью редукторов давление все остается в пределах допустимого. Простым подтверждением этого есть то, что застройщики устанавливают в таких домах стальные радиаторы у коорых рабочее давление 9-10 атмосфер.

Лучшая теплопроводность — ни для кого, ни секрет, что алюминий не имеет конкурентов по уровню теплопроводности. Поэтому именно чисто алюминиевые радиаторы считаются наиболее эффективными, способными обогревать огромные площади.

Подробнее: Лучшие алюминиевые радиаторы | Рейтинг Алюминиевых радиаторов | Алюминиевые радиаторы производство Украина

Биметаллические радиаторы

Рабочее давление от 24 атмосфер — это основное преимущество биметаллических радиаторов. Но если разобраться, то это преимущество практически не используется, так как рабочее давление в наших домах 6-9 атмосфер. Можно еще сказать что бывают скачки давления, гидроудары. Но эти перепады они не длительны, и у каждого алюминиевого и стального радиатора есть еще испытуемое давление, которое выше рабочего. У алюминиевых радиаторов это 20-24 Бар, у стальных 13 Бар.

Качество теплоносителя и коррозия — если какому преимуществу и стоит отдать должное так это этому. Так как в биметаллическом радиаторе внутренний слой стальной, это защищает батарею от воздействия химических реакций алюминия с воздухом и некачественным теплоносителем. Дополнительный слой металла более надежно защищает от воздействия внешних факторов. Но кто сказал что слой стали не подвержен коррозии?

Срок эксплуатации — за счет дополнительного слоя стали, срок эксплуатации у биметаллических радиаторов выше, так как риск коррозии и вымывания двух слоев, алюминия и стали ниже. Соответственно биметаллический радиатор расчитан на более длительный срок эксплуатации чем алюминиевая батарея. На ряду с этим преимуществом стоит недостаток. За счет доп. слоя стали у биметаллических радиаторов заужен диаметр прохода. Данный радиатор более подвержен засорению и забитию каналов в каких либо секциях, из за некачественного носителя в наших централизованных системах.

И все же клиент хочет получить более точный ответ, что выбрать? Алюминий или Биметал? Так вот точного ответа нет, по той причине, что один и второй радиатор оличный! Радиаторы выдерживают давление не меньше 16 Бар, чего вполне достаточно, для высоко этажных домов.

Наша рекомендация:

Алюминиевый радиатор — стоит выбирать в высоко этажные дома новой постройки, а также в частные дома, коттеджи, и системы с автономным (индивидуальным) отоплением. Так как как с давлением они справятся на отлично, а теплоотдачи отдают все таки немного больше чем Биметал.

Биметаллический радиатор — стоит выбрать обязательно в этажные дома старой постройки, с централизованным отоплением. Так как там системы современной защиты и гашения гидроударов практически не используются, в связи с чем могут быть скачки давления. От чего радиатор может выйти из строя. И также данный радиатор должен все таки служить на 10-30% дольше по времени, хотя подтвержденных тестов жтому нет.

Выбираем радиатор: теплоотдача каких батарей выше

В паспорте производитель в обязательном порядке указывает, при каких величинах температуры и давления теплоносителя эксплуатация изделия отвечает требованиям безопасности. Все эти параметры и являются главными критериями в решении вопроса, какие радиаторы отопления самые лучшие, пишет Teplius.

Особенно следует обратить внимание на рабочее и опрессовочное давление тем пользователям, жилье которых отапливается при помощи центрального отопления. Кроме того, не все батареи способны долго выдерживать плохое качество теплоносителя.

1. Коррозия труб и радиаторов — распространенная причина поломок. Возникает она из-за химически активных примесей, находящихся в воде. Накипь и шлам скапливаются на внутренних поверхностях батарей — в результате они намного хуже проводят тепло и отапливают помещение.

2. Огромный скачок давления в системе отопления, так называемый гидроудар, может вызвать течь в трубах и батарее. Вам знакомы стуки и щелчки в трубах — это следствие непродолжительного, но резкого перепада давления.

3. Плохое качество воды и мелкий мусор уменьшают прочность стенок радиатора.

Источник: InMyRoom, фото: Shutterstock

1. Давление в радиаторе должно превышать давление (как рабочее, так и испытательное) в отопительной системе. В идеальных условиях эксплуатации давление в трубах отопления достигает порядка 8–10 атмосфер. Многоэтажные здания современного типа отапливаются под давлением до 12–15 атмосфер.

2. Внутренне антикоррозийное покрытие стенок радиатора должно выдерживать влияние химических элементов в воде. А толщина их обязана быть такой, чтобы частички песка и мелкие камешки ее не протерли, действуя подобно наждачной бумаге — не менее 1,11 мм.

3. Теплоотдача батареи влияет на эффективность нагрева воздуха в помещении и зависит от материала, из которого она сделана. Имейте в виду, что у стали теплоотдача ниже, чем у алюминия, а медь по этому показателю лучше чугуна.

4. Размеры радиатора должны соответствовать месту, предназначенному для монтажа. Оптимальное расстояние между окном и радиатором — от 10 см, полом и радиатором — от 6 см.

Источник: InMyRoom, фото: Shutterstock

Биметаллический радиатор — довольно неприхотливый прибор, способный выдержать давление теплоносителя в сети многоэтажных домов. Да и к качеству воды он довольно лоялен.

Устройство этого типа представляет собой комбинацию двух металлов:

• сталь — используется для изготовления коллектора;
• алюминий — применяется для изготовления ребер.

Такой тандем позволяет компенсировать недостатки каждого из материалов:

Сталь неплохо переносит гидроудары и некачественную в плане химсостава воду;
алюминий обладает хорошей теплопроводностью, что положительно сказывается на общей теплоотдаче отопительной батареи.

Изделия из биметалла плохо сочетаются с твердотопливными котлами из-за их высокой теплоотдачи. Если у вас газовый котел, а температура теплоносителя превышает 60 градусов, можете смело ставить биметалл.

В общем, биметаллическую батарею можно было бы назвать лучшей заменой традиционной чугунной, если бы не высокая цена: биметалл в два раза дороже.

Привычные “советские” радиаторы изначально проектировались под централизованную отопительную систему:

• они без проблем выдерживают гидроудары и плохое качество воды;
• их можно использовать и в системах автономного теплоснабжения;
• они достаточно эффективно греют помещение.

Но этот металл обладает высокой инертностью, поэтому устанавливать на радиаторы терморегуляторы бесполезно. Впрочем, именно инерционность в сочетании с большим объемом теплоносителя в батарее способствуют равномерному обогреву помещения.

Долговечность и низкая стоимость делает чугунные радиаторы самыми востребованными как для квартиры, так и для частного дома.

Если в доме используется твердотопливный котел, изделия из чугуна будут самым правильным выбором. Они будут долго сохранять тепло после того, как топливо прогорит.

Легкие, привлекательные на вид и удобные в монтаже алюминиевые радиаторы отопления пользуются достаточно большим спросом у потребителя. Алюминий не инерционный — он быстро нагревается, и также быстро отдает тепло. Благодаря этому свойству, батареи хорошо работают в паре с терморегуляторами.

• Но один существенный недостаток не позволяет широко их использовать: алюминий очень плохо переносит контакт с плохо подготовленной водой.

Высокая щелочность теплоносителя способна за короткий срок “убить” алюминиевый радиатор. Какого качества вода в центральном отоплении, мы все знаем. Но и в случае автономной отопительной системы далеко не каждый домовладелец в состоянии организовать водоподготовку.

Тем не менее, эти модели используются во многих загородных домах, особенно в тех случаях, когда в доме планируется внедрение автоматической системы управления теплом.

Но имейте в виду, что температура теплоносителя должна быть не менее 60 градусов.

Панельный радиатор представляет собой сварную конструкцию. Она соединена из двух пластин, на которых при помощи штамповки сформованы коллекторы и соединительные каналы.

• Для изготовления прибора используют листовую сталь толщиной 1,25 — 1,5 мм. Естественно, выдержать гидроудары, присущие центральным отопительным системам, батарея такого типа не в состоянии. При давлении 13 атм её может порвать или раздуть, да и оставлять надолго без воды не рекомендуется: сталь подвержена коррозии. А центральные системы отопления до наступления отопительного сезона стоят пустые.

Вывод: стальные панельные батареи можно использовать только в автономной системе, где для них можно создать режим наибольшего благоприятствования. Причем система должна быть закрытой: это позволит защитить батареи от попадания в них воздуха, а, следовательно, предотвратить образование коррозии металла.

Трубчатые радиаторы лучше переносят резкие перепады давления теплоносителя. На этом основании некоторые поставщики утверждают, что они пригодны для установки в многоэтажных домах. Но не стоит обольщаться: толщина стенки трубы всего 1,5 мм, а наличие сварных швов ставит это заявление под сомнение.

• Трубчатые батареи из стали лучше всего подходят для малоэтажных построек с отопительными системами закрытого типа.

С точки зрения теплоотдачи они неэффективны, да и стоимость таких конструкций в пересчете на 1 кВт очень высокая.

Специалисты заявляют, что эти модели скорее относятся к предметам декора. И действительно, трубе можно придать самую причудливую форму. Единственное преимущество трубчатого прибора — гигиеничность (у него отсутствуют труднодоступные места, где может скапливаться пыль).

У какого радиатора лучше теплоотдача? У медного! Если бы не цена, медные батареи были бы самыми востребованными.

Теплопроводность меди в значительной степени превышает аналогичный показатель у стали, чугуна и алюминия. Это означает, что медные радиаторы являются самыми эффективными приборами отопления.

Они превосходно держат гидроудары и, что немаловажно, совершенно не боятся химических примесей в теплоносителе.

На внутренней поверхности секций образуется окисная пленка, которая надежно защищает металл от разрушения. Их можно использовать как в централизованной, так и автономной системах отопления любого типа.

Оставить комментарий

Читать комментарии (3)

Чугунные радиаторы отопления – стоит ли отдать предпочтение?

Все мы знаем, что такое чугунные радиаторы отопления, но далеко не каждому известна их история возникновения, технические характеристики, а также чем современные экземпляры отличаются от своих предшественников. Все это и многое другое будет рассмотрено в материале, приведенном ниже.

Почему чугунные батареи еще популярны?

Итак, первый увесистый радиатор был представлен миру в далеком 1857 году, а вот его создателем был знаменитый российский инженер и предприниматель немецкого происхождения Франц Сан-Галли. Конечно же, батареи того времени значительно отличались внешне от тех, которые мы привыкли видеть у себя в квартире. Они представляли собой трубу довольно большого диаметра, имеющую выступающие дисковые элементы. Эта конструкция была пустой и заполнялась, впрочем, как и современные экземпляры, горячей водой. Так что несмотря на несколько иной внешний вид, суть все же остается прежней.

Как видно, такие батареи пользуются популярностью уже более века, а ведь далеко не каждому изобретению удается продержаться на плаву столь длительный период. А все благодаря тому, что чугунные радиаторы отопления имеют очень нужные человеку характеристики. Одно из главных достоинств данного материала – коррозионная стойкость, благодаря которой внутренняя поверхность отопительного прибора остается в прекрасном состоянии на протяжении многих лет.

Кроме того, следует заметить, что вода, поступающая в отопительную систему вашего дома, проходит длинный путь и превращается в химически агрессивную среду. Также не исключено попадание в систему разных абразивных частиц вроде камешков и т. д. Однако даже это не страшно чугунным батареям, так что они лучше подходят как для монтажа в частных постройках, так и в квартирах многоэтажных домов.

Следующее преимущество, игнорировать которое не стоит – это длительный эксплуатационный период. Вам скорее захочется сделать капитальный ремонт и заменить старые чугунные радиаторы на новые отопительные элементы, более современные и подходящие по дизайну, чем придется их обновлять в связи с выходом из строя. Ведь при правильном уходе срок эксплуатации может достигать полувека, а вот в идеальных условиях подобные батареи, вообще смогут отпраздновать и столетие в рабочем состоянии. Правда производители указывают в характеристиках обычно срок службы не более 30 лет, но эти данные занижены.

Нужно еще упомянуть про инерционность чугуна. Подобные агрегаты нагреваются несколько дольше их аналогов, при этом и сохраняют тепло на протяжении длительного периода, в отличие от тех же алюминиевых батарей, которые остывают буквально за считаные минуты, да и технические характеристики стали во многом несравнимы с чугуном. А толстые стенки и достаточно большое внутреннее сечение не только самым благоприятным образом отражаются на их тепловых качествах, но и являются залогом долгой работы. Да и стоимость, которую имеют чугунные радиаторы, по карману всем слоям населения.

Какие недостатки имеют радиаторы из чугуна?

С достоинствами все понятно, их действительно очень много, но следует еще упомянуть и о минусах, присущих таким элементам системы отопления. Начнем с элементарных вещей, одна секция имеет массу около 6 кг, так что, прибегнув к простейшей математике, получаем вес шестисекционного чугунного радиатора равный 36 кг. А ведь далеко не всегда можно ограничиться именно таким количеством сегментов. Такой показатель веса не только усложнит транспортировку, но также и процесс монтажа. Во-первых, с ним работать действительно тяжелее в прямом смысле. Во-вторых, из-за такого веса не каждая стена сможет выдержать батарею. Так, например, если речь идет о гипсокартонных перегородках, то лучше подстраховаться и установить радиаторы на специальных ножках.

Следующий за весом минус – габариты. В основном эти отопительные приспособления довольно громоздкие, что опять-таки усложняет процесс монтажа, крадет площадь и без того небольших помещений и не всегда органично вписывается в дизайн. Кроме того, чтобы их наполнить, нужен большой объем жидкости. Не самой лучшей характеристикой также является и теплоотдача всех чугунных радиаторов. А все потому что она всего на 20 % зависит от конвенции, а остальные 80 % осуществляется за счет теплового излучения. Поэтому если сравнивать их с аналогами, сделанными из других материалов, то конструкции чугунных батарей должны состоять из большего количества секций. А еще и из-за длительного остывания сплава их совместная работа с терморегуляторами невозможна.

Технические характеристики – вес, мощность и другие

Обсудив все за и против, можно перейти еще к одному важному вопросу, а именно, какие технические характеристики свойственны таким нагревательным элементам. Кто-то может думать, что важно знать только мощность, но интересно будет и многое другое. В основном все они имеют секционную конструкцию, а количество сегментов можно регулировать в зависимости от квадратуры помещения и желаемых результатов. Однако встречаются и цельнолитые экземпляры. Внутри, как уже говорилось выше, батареи полые, и по ним течет теплоноситель, максимальная температура которого может достигать целых 130 °С, хотя на практике так не всегда, бывает и 90 °С.

Когда проводятся расчеты, всегда учитываются такие параметры, как теплоотдача и мощность чугунных радиаторов. Причем последняя характеристика в основном указывается для одной секции и составляет около 160 Вт. Уже из этого значения определяется их оптимальное количество, если вам известна желаемая мощность будущей батареи. Также следует сказать пару слов и о ширине одной секции, она составляет почти 10 см, а вот о весе уже упоминалось, этот параметр колеблется от 5 до 6 кг. Еще одна важнейшая характеристика, которая играет определяющую роль – опрессовочное давление, оно достигает 15 атм. Рабочее же колеблется от 6 до 9 атмосфер.

Мастера сайта REMOSKOP.RU подготовили для Вас специальный калькулятор Расчет количества секций радиатора. Вы легко сможете рассчитать нужное количество секций.

Какие виды чугунных батарей существуют?

Одним из недостатков, которые имеют отопительные радиаторы этого типа, была указана громоздкость и, как следствие, невозможность вписаться в современный интерьер. Однако это не совсем так. Если говорить о стандартных недорогих моделях, то вы наверняка столкнетесь с вышеуказанными трудностями. Современная же продукция намного лучше гармонирует с идеями дизайнеров и может не только поднять настроение своим оригинальным и красочным внешним видом, но и легко добавит изюминку интерьеру.

Батареи бывают различной формы, имеют оригинальное литье разнообразных узоров и орнаментов. Невероятно интересными вариантами являются изделия, сделанные под старину, которые великолепно впишутся практически в любой интерьер, но лучше всего они украсят помещение, имеющее дизайн в классическом стиле. Что же насчет обыкновенных моделей, так их всегда можно покрасить, при этом разнообразие цветовой гаммы позволяет легко подобрать идеальный оттенок. А смелые эксперименты дадут возможность оригинально украсить помещение. Поэтому вам решать, какие батареи украсят ваши стены.

Радиаторы могут быть цельнолитые и секционные.

Подробнее рассмотрим конструкции чугунных радиаторов отопления и какие из них лучше. Наиболее распространенными моделями являются секционные, представляющие собой сборные устройства. Их главное преимущество – возможность регулировать габариты и мощность путем подбора числа фрагментов. Следующий же тип – цельнолитые чугунные радиаторы. К достоинствам такого вида относится отсутствие стыков, что самым благоприятным образом отражается на прочности и герметичности конструкции. А вот отрегулировать мощность и габариты не получится, данные параметры будут четко заданными. Но это не является большой проблемой, главное, правильно провести предварительные расчеты и купить батарею с мощностью, которая сразу будет соответствовать вашим запросам.

Итак, чугунные радиаторы, дизайн и технические характеристики которых были рассмотрены выше, пользуются огромной популярностью уже много десятков лет, и на сегодняшний день, несмотря на разнообразие тепловых элементов, их вклад в отопление квартир весом. А какие из них лучше подойдут для ваших целей, вы уже определите без труда.

Оцените статью: Поделитесь с друзьями!

Какие радиаторы отопления лучше для квартиры: чугунные, стальные, алюминиевые

Для покупки радиаторов важно знать, какие именно эксплуатационные условия и функции будут соблюдаться. Совершенно одинаковые на вид радиаторы могут заметно отличаться по тепловой отдаче и мощности: все зависит от материала изготовления, внутренней емкости теплоносителя и способа подключения. Чтобы определиться, какие радиаторы отопления лучше, нужно вооружиться некоторыми знаниями.

Стандартные параметры для эксплуатации

Стандартные расчеты основаны на объеме расхода в 90-125 Вт на 1 м2. отапливаемого помещения. При этом в расчете учитываются наличие в комнате окна, двери, а также стандартная высота потолка не более 3 м и температуру теплоносителя 70°C.

При нарушении стандартных параметров потолка мощность требуется увеличивать или уменьшать из расчета на высоту. Установленные в окнах стеклопакеты, обладающие низкой теплопотерей, позволяют уменьшать мощность радиаторов на 10%. Снижение температуры теплоносителя потребует увеличения мощности радиаторов или увеличения количества секций: на каждые сниженные 10°С нужно повышать мощность на 15%.

Если температура воды не превышает 50°C, то мощность увеличивают в 1,5 раза. Когда в комнате не одно окно, и это угловое помещение, то под каждым устанавливают батареи с тепловой мощностью в сумме больше нормативной в 1,7 раза.

Проводя расчеты, стоит учитывать особенности конструкции системы отопления: если подача воды производится через нижнее отверстие, а обрат через верхнее, то каждый радиатор недодает до 10% мощности. В случае подвода теплоносителя с одной из сторон, установка больше 10 секций не имеет смысла – последние секции будут греть слабо.

Из стали

К этой категории относятся тепловые приборы с высокой эффективностью и рабочим давлением в 9 атм. , выдерживающие 13 атм. опрессовки. Такие батареи востребованы в индивидуальном строительстве, или при наличии в многоэтажных застройках своего теплового пункта.

Радиаторы изготавливают из листов стали с отштампованными углублениями для теплоносителя. На тыльной стороне приваривают выступающие ребра для увеличения тепловой отдачи: они усиливают конвенционный поток воздуха. Приборы отопления изготавливают из низкоуглеродистой стали с высокими антикоррозийными свойствами. Покрытие – порошковая эмаль.

Подразделяются на две категории: панельные и трубчатые. Панельные представляют собой сплошную теплопроводимую поверхность, трубчатые – состоят из секций в виде вертикальных труб и могут быть различными по дизайну, вследствие чего их стоимость немного выше.

Из чугуна

Чугунные батареи — это классическая «гармошка» МС-140, ранее предлагаемая советским покупателям как единственный достойный радиатор отопления. И стоит признать — это действительно качественные батареи.

Главное преимущество чугунных батарей – материал изготовления. Это дает спектр таких качеств как:

• хорошая теплопроводность;
• устойчивость ко всем теплоносителям, что дает возможность использовать их при плохой подготовке теплоносителя, повышенной агрессивности среды, плохой очистке.

На долю всего потока приходится 70% тепла, из них 30% – конвективного, что дает возможность прогревать нижние и верхние зоны помещения.

Все это отлично подходит для наших условий эксплуатации, в том числе и для центрального отопления. Срок службы чугунных радиаторов доходит до 50 лет, а низкая стоимость и наличие на рынке моделей с разными техническими характеристиками увеличивает их популярность.

Из алюминия

Если сравнить радиаторы отопления из алюминия с другими материалами, то сразу можно выделить несколько особенностей — легкость, элегантность и улучшенная теплоотдача.

Изготовление и сборка

Изготовление секций таких батарей происходит методом литья или экструдированием. В каждой из секций находятся коллекторы, соединяющий вертикальный канал, а также ребра, вызывающие ускорение потоков воздуха и отдачу тепла от поверхности. Поэтому тепло в помещении распределяется оптимально.

Радиаторы собирают стальными ниппелями, укладывая между секциями прокладки из водостойкого материала. Лицевая поверхность с ребрами образует сплошную плоскость с воздухоотводами в верхней части. Тепловую мощность подбирают путем набора нужного количества секций и их высоты, при этом учитывая архитектурные особенности помещения.

Недостатки

Недостатком алюминиевого радиатора можно считать повышенные требования к химическому составу воды. Если в структуре теплоносителя есть кислота, то она неизбежно вступить в реакцию с алюминием – выделяется водород, который будет создавать шум в трубах. Методом борьбы против выделения водорода производители выбирают специальные сплавы, защищающие радиатор изнутри, а также ставят кран Маевского и специальные газоотводные системы.

Но есть и другая проблема: латунные, медные фитинги, теплообменники, соединительные стальные трубы усиливают процесс коррозии – чем больше меди, тем быстрее процесс.

Из чего выбирать

В рейтинге алюминиевых радиаторов первое место занимают итальянские производители Sira Industrie и Global Radiatori, которые имеют срок службы до 15 лет и относятся к дорогому ценовому сегменту.

Чуть менее популярны венгерские радиаторы NAMI с высокой теплоотдачей, но меньшей стойкостью к химическому балансу воды. В целом, импортные алюминиевые радиаторы действительно качественные, однако они часто не выдерживают отечественных эксплуатационных условий.

Отечественные производители Rifar и Термал, некоторые модели которых могут быть дешевле импортных почти в 2 раза. У них также хорошая теплопроводимость и жесткие требования к водородному показателю. При этом для таких батарей есть возможность использовать антифриз. Привлекает и срок эксплуатации – он часто доходит до 25 лет.

Наконец, алюминиевые радиаторы китайских производителей, которые стоят в несколько раз дешевле, также могут составить конкуренцию. Однако в этом случае нужно внимательно проверять качество – в рейтинге качественных алюминиевых батарей они занимают последнее место.

Таким образом, если в данном случае говорить о том, какие радиаторы отопления лучше, то стоит отдавать предпочтение отечественным или итальянским моделям.

Биметаллические радиаторы

Пожалуй, это лучшие радиаторы отопления. Прочность им придают стальные проводящие каналы, закрытые алюминиевыми ребрами, поэтому соприкосновение воды происходит только с металлом. Есть два варианта изготовления таких радиаторов.

Первый вариант — стальной каркас покрывают алюминием (контакт воды происходит только со сталью). Второй вариант — сталью усиливают вертикальные каналы, чтобы их толщина выдерживала большое давление. Секции соединяют между собой стальными ниппелями.

Биметаллические радиаторы обладают внеконкурентными достоинствами:

• выдерживают высокое давление при длительной нагрузке;
• устойчивы к гидроударам;
• обладают высокой теплоотдачей.

Где применимы

Рабочее давление составляет 35 атм., а опрессовочное – почти 52 атм. Емкость биметаллической секции меньше традиционной алюминиевой, и это положительно сказывается на снижении тепловой инерционности приборов.

Если говорить о том, какие батареи лучше ставить в квартире, то тестирование биметаллических радиаторов показало надежность их применения в системах отопления для высотных домов.

После сборки радиаторы окрашивают порошковой эмалью, нагревая и выдерживая при 180°C, что вполне достаточно при максимальном показателе теплоносителя 110°C. Сегодня эти радиаторы занимают первое место в рейтинге рекомендуемых приборов для использования в квартирах.

Вариант для квартиры

Если возникает дилемма, какие батареи лучше ставить в квартире, то стоит обратить внимание на два фактора: склонность центральных систем к гидроударам и необходимость максимальной экономии пространства.

Явно не рекомендуется

Сразу стоит отбросить стальные пластинчатые радиаторы, которые не держат гидроудар. При этом в качестве дизайнерского решения можно поставить панельные радиаторы, которые аккуратны и одновременно безопасны.

Стальные трубчатые радиаторы и алюминиевые также не подойдут – у них слишком тонкие стенки, которые не могут противостоять химическому воздействию далеко не самой чистой воды. Во всяком случае, лучше брать варианты отечественного производства, которые создаются с учетом «родных» эксплуатационных условий.

Подходящие варианты

Таким образом, хорошим вариантом для квартиры становятся биметаллические и чугунные радиаторы. Такие материалы способны обогревать помещение даже при невысокой температуре теплоносителя – а это нельзя исключать в случае центрального отопления, особенно в суровые морозы.

Для особняка

В сравнении с многоквартирными «этажками», радиаторы для частного дома могут использоваться практически любые. Конечно, есть ограничения по водному составу: если нет возможности поддерживать баланс кислотности, то лучше не ставить алюминиевые батареи – придется отводить воздух, да и вспомогательные крепления неустойчивы к ржавчине.

Простота и экономичность

Так, для частных домов с широкими оконными проемами подходят стальные панельные радиаторы – они перекрывают потоки холодного воздуха, избавляя от сквозняков. При этом такие батареи относятся к бюджетному варианту, но хороши в теплоотдаче, поэтому при минимальных затратах можно отдать предпочтение им.

Чуть дороже стоят трубчатые стальные радиаторы, которые отличаются лишь дизайном – он может быть привлекательней. Также на таких батареях можно сушить одежду – если этот критерий в приоритете, то стоит присмотреться к ним.

В целом, стальные радиаторы можно ставить в частном доме, если хозяева не претендуют на особое стилистическое оформление помещения и смогут постоянно пополнять теплоноситель во избежание появления ржавчины. Это простые условия эксплуатации, которые в силах исполнять любой хозяин.

Дорогие и надежные

Заслуживающие похвалы биметаллические радиаторы весьма хороши, однако особого смысла ставить их в частном доме, нет: как правило, в автономных системах отсутствуют серьезные скачки давления, да и стоимость таких батарей внушительна. Все их функции замечательно выполнят другие варианты.

Наконец, самыми надежными отопительными приборами являются чугунные радиаторы – они хорошо отдают тепло, позволяя экономить на обогреве частного дома, особенно с большой площадью. Единственный их недостаток – массивность и старомодность, однако это можно с лихвой исправить при помощи декоративных экранов и панелей.

Исследование характеристик рассеивания тепла пространственной компоновки литиевых батарей в АНПА

Для удовлетворения требований энергопотребления автономных подводных аппаратов (АНПА) источник питания обычно состоит из большого количества групп высокоэнергетических литиевых батарей. Свойства рассеивания тепла литиевой батареей не только влияют на характеристики подводного аппарата, но и создают определенные риски для безопасности. Основываясь на широком применении литиевых батарей, литиевые батареи в АПА взяты в качестве примера для исследования характеристик рассеивания тепла пространственной компоновкой литиевых батарей в АПА. С целью повышения безопасности литиевых батарей разработана модель процесса теплопередачи, основанная на уравнении сохранения энергии, и проанализированы характеристики рассеивания тепла батареей пространственной компоновки. Результаты показывают, что наиболее подходящее расстояние между ячейками и перекрестное расположение лучше, чем расположение последовательности с точки зрения характеристик охлаждения. Температурный градиент и изменение температуры внутри кабины со временем в первую очередь зависят от скорости навигации, но они мало связаны с температурой окружающей среды.

1. Введение

Поскольку автономные подводные аппараты (АНПА) развиваются в направлении больших расстояний и высоких скоростей, для поддержки навигации срочно требуется все больше мощности. Поскольку электрохимические реакции, происходящие в литий-ионных батареях, будут выделять тепло, батарейный отсек автономных подводных аппаратов долгое время работает на крупномасштабных интегрированных литий-ионных аккумуляторных батареях в ограниченном пространстве, и, таким образом, будут существовать проблемы с безопасностью и надежностью. В [1] тепло можно разделить на две части. С одной стороны, в аккумуляторном отсеке происходит накопление тепла, потому что тепло от аккумуляторного блока не может рассеиваться своевременно. С другой стороны, неравномерно излучающий тепло аккумуляторный блок вызовет локальную разницу температур, что приведет к неравномерной работе батарей и, в конечном итоге, повлияет на общую производительность батарей.

В настоящее время отечественные и зарубежные ученые сосредоточили свое внимание на проблеме безопасности АПА, использующих литиевые батареи для проведения соответствующих исследований.В [2–7] проведено исследование стратегии управления тепловым балансом литиевой батареи и системы терморегулирования, рассчитанной на непостоянное влияние срока службы батареи. В [8–10] метод сопряженной теплопередачи между жидкостью и твердым телом был использован для создания математической физической модели процесса теплопроводности внутри аккумуляторной кабины АНПА применительно к проблеме охлаждения аккумуляторной батареи. Кроме того, ток разряда аккумуляторной батареи и теплопроводность аккумуляторной батареи навигационных устройств также были проанализированы в [11], в которой программа анализа методом конечных элементов ANSYS использовалась для анализа температурного поля группы литиевых аккумуляторов АПА и обсуждения влияния различного времени разрядки. и граничные условия на поле температуры батареи.В [12], стационарный анализ теплового моделирования кабины аккумуляторной батареи АНПА был выполнен в соответствии с процессом теплопередачи ключевой точки проекта пассивного терморегулирования конструкции. Что касается тепловых аспектов аккумуляторных батарей в исследовательских работах, основное внимание уделяется области электроэнергии для транспортных средств на новой энергии. В [13] модель крупномасштабного аккумуляторного блока была создана для исследования рассеивания тепла аккумуляторным блоком; в первую очередь он был сосредоточен на области производства электроэнергии для транспортных средств на новой энергии. В [14, 15] была создана модель для прогнозирования производительности литиевых батарей для электромобилей, и влияние различных групп на производительность батареи было проанализировано в том же режиме охлаждения с 9 одноэлементными батареями в качестве батареи. пакет. Кроме того, с использованием принудительного воздушного охлаждения и материалов с фазовым переходом, охлаждающая способность автомобильного аккумуляторного блока была проанализирована на основе метода вычислительной гидродинамики в [16, 17]. Подходящая модель аккумулятора необходима для правильного проектирования и работы аккумуляторных систем с BMS.Доступны несколько подходов к моделированию: эмпирические модели, статистические модели и электрические модели [18, 19]. В [20] было исследовано локальное тепловыделение в однослойном литий-ионном аккумуляторном элементе в зависимости от -скорости и состояния заряда (SOC). В [21] комбинированная модель использовалась для изучения тепловыделения и рассеивания тепла, а также их влияния на температуру аккумуляторной батареи с вентилятором и без него при разряде постоянного тока и разряде переменного тока на основе вождения электромобиля (EV). циклы.

Существующие исследования в основном сосредоточены на разработке системы контроля теплового баланса аккумуляторной батареи. Что касается исследований схемы охлаждения аккумуляторной батареи АПА, анализы проводились только для навигации в температурном поле аккумуляторного отсека, но существует мало связей с исследованиями структурной схемы тепловых характеристик аккумуляторной батареи. Кроме того, по сравнению с электромобилями аккумуляторная кабина АПА представляет собой замкнутое компактное пространство, и использование обычных методов охлаждения, таких как охлаждение холодным ветром и растворителем, ограничено.Теплопроводность аккумуляторной батареи может быть достигнута только через корпус аккумуляторной батареи и морскую воду, и физические проблемы связаны с тем, как реализовать охлаждение аккумуляторной батареи с помощью воздушного потока, вызванного локальными колебаниями температуры внутри аккумуляторной кабины и конструкции теплопроводности.

Основной вклад этой статьи двоякий: (i) мы анализируем процесс теплообмена аккумуляторной батареи транспортного средства и устанавливаем модель естественной конвекции и теплопередачи для ограниченного пространства аккумуляторного отсека и (ii) мы исследуем тепло передаточные характеристики литиевых батарей в различных пространственных распределениях.

2. Моделирование литиевого аккумуляторного отсека АПА с внешним охлаждением

В соответствии с внутренней структурой аккумуляторного отсека АПА и теоретическими знаниями в области теплопередачи, тепло, передаваемое от аккумулятора к внешней морской воде, можно резюмировать следующим образом: аспекты теплопроводности. Первая часть теплопроводности включает тепло, выделяемое аккумуляторной батареей, и процесс теплообмена между аккумуляторной кабиной и стенкой корпуса. Вторая часть процесса теплопроводности происходит между стенкой корпуса кабины и внешней стенкой корпуса.Наконец, третья часть теплопроводности — это теплообмен батареи между внешней стенкой корпуса кабины и морской водой. Процедура показана на рисунке 1.

Чтобы облегчить анализ распределения температуры в аккумуляторной кабине при различных рабочих условиях, процесс теплопередачи в аккумуляторной кабине был предложен и упрощен следующим образом: (1) Концы аккумуляторная кабина и внутренний аккумуляторный блок изолированы. (2) Распределение температуры внутри аккумуляторной кабины и аккумуляторного блока изменяется только в радиальном направлении и остается практически неизменным в осевом направлении.(3) При работе аккумуляторной кабины тепловые параметры не меняются со временем.

На основании приведенного выше анализа модель рассеивания тепла ограниченного пространства аккумуляторной кабины эквивалентна задачам постоянных свойств, внутреннего источника тепла и трехмерной нестационарной теплопередачи.

2.1. Батарея внутри модуля Анализ тепла

Внутренний процесс теплопередачи в литиевой батарее можно упростить до обычного физического, трехмерного нестационарного процесса теплопередачи внутри источника тепла.По этой причине уравнение энергии внутренней литий / тионилхлоридной батареи может быть выражено как Граничные условия: где — скорость тепловыделения всей батареи (), — это теплопроводность батареи (Вт / (м · k)), — плотность батареи (), это число Био, это удельная теплоемкость батареи (Дж / (кг · К)), и это диаметр батареи.

Когда число Био батареи меньше 0,1 в условиях естественной конвекции, внутренняя температура батареи может считаться приблизительно равномерно распределенной.Согласно гипотезе Бернарди, скорость тепловыделения в одной батарее постоянна, что приблизительно можно выразить следующим образом: где — объем отдельной батареи (), — напряжение холостого хода батареи (), — разряд напряжение батареи, — внутреннее сопротивление батареи (), — радиус батареи (), — это ток отдельной батареи.

Тепловая конвекция отдельных ячеек происходит в основном за счет конвекции воздуха и лучистого теплообмена в соответствии с уравнением идеального газа: плотность воздуха

Как показано в приведенном выше уравнении, изменение температуры может вызвать изменение плотности воздуха в аккумуляторная кабина, а естественная конвекция формируется под действием силы тяжести.Без учета влияния объемной силы и силы вязкости уравнение сохранения количества движения воздуха в аккумуляторной кабине можно выразить следующим образом: где — кинематическая вязкость воздуха (Па · с), — ускорение свободного падения (9,8 м /), — молярная масса воздуха, — давление воздуха (), — температура воздуха ().

Интегральное уравнение сохранения энергии в форме уравнения работы аккумуляторной батареи в кабине можно выразить следующим образом: где — общее количество тепла, выделяемого аккумуляторным блоком (), — это тепло, рассеиваемое из аккумуляторной кабины наружу ( ), и — тепло, поглощаемое аккумуляторной кабиной ().

Теплообмен между аккумулятором и стеной автомобиля происходит главным образом за счет естественной конвекции воздуха, а тепло, выделяемое аккумуляторной частью, рассеивается в окружающую среду через кожух. Другая часть тепла поглощается корпусом транспортного средства, что вызывает повышение температуры аккумуляторной кабины. Целью данного исследования является увеличение и уменьшение доли, тем самым снижая температуру аккумуляторного модуля: Граничные условия: где — площадь теплообмена внутренней стенки автомобиля (), — объем воздуха. внутри аккумуляторной кабины (), — плотность воздуха (), — удельная теплоемкость воздуха (Дж / (кг · К)), — теплопроводность корпуса транспортного средства (Вт / (м · К)), является коэффициент конвективной теплопередачи воздуха в аккумуляторной кабине (Вт / (м ² · k)), это температура морской воды (° C) и начальная температура в аккумуляторном отсеке (° C).

2.2. Теплообмен между внутренней и внешней стенками аккумуляторной кабины

Теплоотдачу от внутренней стены к внешней стене аккумуляторной кабины можно рассматривать как теплопроводность цилиндрической стены, которую можно выразить следующим образом: где — общая тепло через переборку и водообмен (), — площадь теплопередачи внутренней стенки (), — эквивалентная теплопроводность стенки батареи (Вт / (м · k)), — температура внутренней части батареи стена (° C).

2.3. Теплообмен между внешней стенкой корпуса транспортного средства и морской водой

Во время движения под водой между внешней стенкой аккумуляторной кабины и морской водой происходит принудительная конвекция, которую можно выразить следующим образом: где происходит теплообмен между аккумуляторной кабиной и морская вода (), — площадь теплопередачи внутренней стенки (), — внешний диаметр корпуса транспортного средства (), — температура внешней стенки (° C), — температура морской воды (° C), — коэффициент теплопередачи принудительной конвекции между внешней стеной и морской водой (Вт / (м ² · K)).

Коэффициент теплопередачи принудительной конвекции между внешней стенкой и морской водой связан со скоростью движения, которая может быть определена числами Рейнольдса и Нуссельта конвективной теплопередачи между внешней стенкой и морской водой: без учета потока морской воды, где — теплопроводность морской воды (Вт / (м · К)), — число Нуссельта конвективной теплопередачи между корпусом транспортного средства и морской водой, Re — число Рейнольдса конвективной теплопередачи между корпусом транспортного средства и морской водой, Pr — Число Прандтля морской воды, — кинематическая вязкость морской воды (), — относительная скорость () между морской водой и транспортным средством, — это барицентрическая скорость транспортного средства (), и — характерная длина аккумуляторной кабины ().

3. Анализ влияния пространства и расположения на характеристики рассеивания тепла аккумуляторным блоком

На основе литий-ионного аккумуляторного блока для внешней тепловой модели подводного пространства и поскольку аккумуляторный отсек АПА представляет собой закрытое и компактное пространство, расстояние между батареями и комбинированные типы для распределения температурного градиента внутри батарейного отсека имеют большое значение. В этой статье в качестве примера для анализа ячеек с разным пространством и различными перестановками выбран литий / тионилхлоридный аккумулятор обмоточного типа с названием 18650.Числовые параметры, относящиеся к одной батарее 18650, показаны в таблице 1.

3.

1. Влияние расстояния между батареями на температурное поле батарейного блока

Область описывается с помощью треугольных элементов, общее количество которых составляет примерно 20 000. Сетки, наиболее близкие к профилям батарей, были уточнены треугольными граничными элементами для описания граничного потока с достаточной точностью. Расстояние между двумя соседними ячейками одинаковое, а расстояние между границей и батареями остается постоянным.Расстояния между батареями постоянно меняются в зависимости от формы и постоянного количества батарей.

Используя 5 одиночных батареек 18650 в качестве объектов, исследуется пространство между батареями (). Температура батарейного отсека определяется, когда значения равны,,,,,,,,, и (где — диаметр батареи). Распределение температуры показано на рисунке 2.

В таблице 2 представлены разницы температур внутри аккумуляторного отсека, когда батареи расположены на разном расстоянии между элементами.Вариации разницы температур в аккумуляторном отсеке при различных расстояниях между элементами показаны на рисунке 3.

Таблица 2 и рисунок 3 показывают, что с увеличением расстояния между батареями внутренняя температурный градиент постепенно уменьшается. Изменение температуры внутри батарейного отсека стабильное, и при увеличении расстояния между батареями температура снижается на 0,01 ° C, с.Следовательно, оптимальное расстояние между батареями.

3.2. Влияние расположения батарей на температурное поле блока батарей

Исходя из предположения о наиболее подходящем расстоянии () от батареи внутри модели, 15 отдельных батарей 18650 разделены на три части как объекты, каждая из которых состоит из 5 батарей и расстояние между батареями. В этой статье мы исследуем влияние последовательного расположения и перекрестного расположения батарей на температурное поле аккумуляторной батареи.Первый ряд и третий ряд батарейного блока перемещаются влево на, а второй ряд перемещается вправо на. Распределение температурного поля в аккумуляторной батарее показано на рисунке 4.

(a) Последовательное расположение
(b) Поперечное расположение
(a) Последовательное расположение
(b) Поперечное расположение

Рис. показывает, что разница температур между аккумуляторными блоками составляет 1,19 ° C при последовательном расположении и что разница температур между аккумуляторными блоками составляет 1.06 ° C при перекрестном расположении. Сравнение двух наборов данных показывает, что перекрестное расположение лучше, чем последовательное, с точки зрения температурного градиента.

4. Анализ теплового моделирования пространственной компоновки аккумуляторной батареи подводного аппарата

На основе предыдущего обсуждения возьмите батареи, расположенные крест-накрест. Дополнительно выберите расстояние между батареями как; команда проекта разработала литиевый аккумулятор для АПА определенного типа для исследования (рис. 5).Изучается пространственная структура и компоновка его батареи. Кроме того, моделирование распределения температуры в аккумуляторном отсеке АПА при различных скоростях и различной температуре моря выполняется для исследования влияния скорости транспортного средства и температуры воды на распределение температуры в салоне.

4.1. Схема пространственной структуры аккумуляторной батареи подводного аппарата

Некоторые технические характеристики силовой передачи подводного аппарата показаны в таблице 3.Согласно оценкам энергопотребления, для аккумуляторной батареи требуется не менее 189 батарей при использовании 18650 литий / тионилхлоридных батарей.

Формула для расчета количества батарей выглядит следующим образом: где — количество необходимых батарей, — это полет (), — мощность АПА (), — скорость АПА (), — номинальное напряжение батареи 18650 (), — номинальная емкость батареи 18650 ().

Батарейный блок объединяет 189 батарей в 7 последовательных групп, каждая из которых включает 27 параллельных батарей. Аккумуляторный блок был установлен в аккумуляторной кабине диаметром 200 мм, чтобы обеспечить рабочее напряжение от 21 до 30 В. См. Рисунок 6 для конструкции.

4.2. Анализ теплового моделирования литиевой батареи AUV

Согласно предположениям анализа, модель рассеивания тепла ограниченного пространства аккумуляторной кабины эквивалентна задачам постоянных свойств, внутреннего источника тепла и двумерной нестационарной теплопередачи.Поперечное сечение аккумуляторной кабины было принято в качестве расчетной области, и программа предварительной обработки ANSYS была использована для построения модели анализа методом конечных элементов путем выбора типа ячейки, определения параметров материала, геометрического моделирования и генерации ячеек.

Домен описывается треугольными элементами, общее количество которых составляет примерно 72 000. Общее количество узлов составляет примерно 7300, и некоторые сетки, наиболее близкие к профилям батарей и навигационной оболочки, были дополнены треугольными граничными элементами для описания граничного потока с достаточной точностью.Сетка модели была разделена, как показано на рисунке 7.

4.2.1. Влияние скорости плавания на температуру внутри аккумуляторного отсека, изменяющуюся во времени

Аккумуляторы для подводных кают имеют разную температуру нагрева в единицу времени при плавании с разной скоростью. После анализа направление, в котором транспортное средство испытывает сопротивление (направление скорости центра тяжести), противоположно направлению навигации. А именно, линия скорости находится в направлении, противоположном оси.Безразмерные коэффициенты могут быть выражены как мощность транспортного средства можно выразить следующим образом: где — сопротивление транспортному средству, — коэффициент сопротивления, — плотность морской воды, — это максимальная площадь поперечного сечения транспортного средства.

Следовательно, ток через одиночную батарею равен выходной мощности одиночной батареи () и ее номинальному напряжению (). это общее количество ячеек батареи в теле.

Видно, что выработка тепла отдельной батареей связана со скоростью транспортного средства.Выберите скорость автомобиля 4 узла, 5 узлов и 6 узлов. Рабочие параметры батарей при различных скоростях показаны в Таблице 4.

После разряда батарей в течение 10 часов анализ моделирования показывает, что распределение температуры в аккумуляторная кабина выглядит так, как показано на рисунке 4, когда температура морской воды составляет 15 ° C, а скорость плавания составляет 4 узла, 5 узлов и 6 узлов. Более того, кривая изменения максимальной температуры во времени представлена ​​на рисунке 8.

После непрерывной разрядки в течение 10 часов кривая максимальной температуры аккумуляторного отсека с течением времени показана на Рисунке 9.

Как показано на Рисунках 8 и 9, температура морской воды составляет 15 ° C, а температура разряда время 10 ч. При скорости 4 узла разница температур составляет 1,58 ° C; при скорости 5 узлов разница температур 4,60 ° C; а при скорости 6 узлов разница температур составляет 10,96 ° C.

Следовательно, по мере увеличения скорости автомобиля максимальная температура внутри аккумуляторного отсека увеличивается, и соответственно увеличивается разница температур.Причины этого явления резюмируются следующим образом: по мере увеличения скорости подводного аппарата скорость выделения тепла увеличивается, и в единицу времени выделяется больше тепла. Поскольку коэффициент поверхностной теплопередачи невелик, тепловыделение батареи в единицу времени меньше, чем теплораспределение кожуха в единицу времени, что приводит к концентрации тепла и увеличению максимальной температуры. Кроме того, минимальной температурой всегда является температура окружающей среды, которая остается неизменной, а температура аккумуляторного отсека увеличивается с увеличением скорости автомобиля.

4.2.2. Влияние различных температур окружающей среды на зависимость температуры внутри кабины от времени

Для обеспечения точности выберите навигационные скорости 4 узла, 5 узлов и 6 узлов, чтобы изучить влияние температуры морской воды на распределение температуры внутри кабины аккумуляторной батареи, когда температура воды составляет 10 ° C, 15 ° C и 20 ° C соответственно.

После непрерывной разрядки аккумуляторов в течение 10 часов анализ моделирования показывает, что, когда крейсерская скорость транспортного средства составляет 4 узла, температура морской воды составляет 10 ° C, 15 ° C и 20 ° C, и показано распределение температуры аккумуляторного отсека. на рисунке 10.

После непрерывной разрядки в течение 10 часов кривая максимальной температуры аккумуляторного отсека с течением времени показана на рисунке 11. Как показано на рисунках 10 и 11, после того, как подводный аппарат плывет со скоростью 4 узла и непрерывно работает в течение 10 часов, разница внутренней температуры аккумуляторного отсека составляет 1,57 ° C при температуре воды 10 ° C; разница внутренней температуры аккумуляторного отсека составляет 1,58 ° C при температуре воды 15 ° C; а внутренняя разница температур в батарейном отсеке равна 1.59 ° C при температуре воды 20 ° C.

После непрерывной разрядки аккумуляторов в течение 10 часов анализ моделирования показывает, что, когда крейсерская скорость транспортного средства составляет 5 узлов, температура морской воды составляет 10 ° C, 15 ° C и 20 ° C, а распределение температуры аккумуляторного отсека показана на рисунке 12.

После непрерывной разрядки в течение 10 часов кривая максимальной температуры аккумуляторного отсека с течением времени показана на рисунке 13. Как показано на рисунках 12 и 13, после того, как подводный аппарат плывет со скоростью 5 узлов и непрерывно работает 10 ч, разница внутренней температуры аккумуляторного отсека составляет 4. 55 ° C при температуре воды 10 ° C; разность внутренней температуры аккумуляторного отсека составляет 4,60 ° C при температуре воды 15 ° C; а внутренняя разница температур в аккумуляторном отсеке составляет 4,65 ° C при температуре воды 20 ° C.

После непрерывной разрядки аккумуляторов в течение 10 часов анализ моделирования показывает, что, когда крейсерская скорость транспортного средства составляет 6 узлов, температура морской воды составляет 10 ° C, 15 ° C и 20 ° C, а распределение температуры аккумуляторного отсека показан на рисунке 14.

После непрерывной разрядки в течение 10 часов максимальная температура внутри аккумуляторного отсека с течением времени показана на Рисунке 15. Как показано на Рисунках 14 и 15, после того, как подводный аппарат плывет со скоростью 6 узлов и непрерывно работает в течение 10 часов. разность внутренней температуры аккумуляторного отсека составляет 10,84 ° C при температуре воды 10 ° C; разница внутренней температуры аккумуляторного отсека составляет 10,96 ° C при температуре воды 15 ° C; а внутренняя разница температур в аккумуляторном отсеке составляет 11. 07 ° C при температуре воды 20 ° C.

Подводя итог, можно сказать, что температура воды практически не влияет на разницу температур внутри аккумуляторных отсеков. Причины этого явления резюмируются следующим образом: скорость тепловыделения батареями в единицу времени и коэффициент теплопередачи принудительной конвекции между внешней стенкой транспортного средства и морской водой не изменяются и почти равны при постоянной скорости движения. Когда температура морской воды увеличивается, общая температура в аккумуляторной кабине увеличивается, но разница температур в основном не меняется.

5. Заключение

В этой статье, используя теоретический анализ в сочетании с реальной ситуацией и программой конечных элементов ANSYS, мы устанавливаем объем литиевых батарей для подводной тепловой модели. Затем мы изучаем пространственное расположение тепловых характеристик и делаем следующие выводы: (1) существует корреляция между температурой подводного аккумуляторного отсека и расстоянием между батареями. По мере увеличения расстояния между батареями градиент температуры постепенно изменяется, и когда он достигает определенного порога, градиент постепенно стабилизируется.(2) Различные варианты и комбинации батарей влияют на температурный градиент. Поперечное расположение лучше последовательного с точки зрения градиента температуры. (3) Скорость движения влияет на изменение градиента температуры и максимальной температуры внутри аккумуляторной кабины с течением времени. Чем выше скорость и ток разряда батареи, тем больше тепла выделяют батареи. Затем температура увеличивается быстрее, и для достижения устойчивого состояния требуется меньше времени.(4) Повышение температуры морской воды может вызвать общее повышение температуры в аккумуляторной кабине. Однако это почти не влияет на температурный градиент и однородность.

Конкурирующие интересы

Авторы заявляют, что у них нет конкурирующих интересов.

Благодарности

Эта работа была поддержана Национальным фондом естественных наук Китая (NSFC) в рамках гранта 51509205 и Китайским фондом естественных наук провинции Шэньси 2015JQ5136.

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 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, используйте 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 уточнить у системного администратора.

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 файле 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.

Исследование теплового взаимодействия и рассеивания тепла цилиндрических литий-ионных аккумуляторных элементов

Abstract

Цилиндрические литий-ионные аккумуляторы широко используются в качестве источников питания для электрических и гибридных транспортных средств из-за их компактных размеров и высокой удельной мощности. Батарейный блок обычно состоит из сотен цилиндрических литий-ионных аккумуляторных элементов в несколько рядов. Поскольку расстояние между элементами батареи составляет всего несколько миллиметров, тепловое состояние батареи напрямую влияет на эффективность тока и срок службы батареи.Для обеспечения надлежащего функционирования аккумуляторной батареи необходимо тщательно исследовать и контролировать рассеивание тепла вокруг аккумуляторных элементов. Этот вопрос, несомненно, важен и привлекает все большее внимание. Исследователи разработали несколько моделей распределения переходной температуры в литий-ионной батарее во время цикла разряда, а также изучили терморегулирование различных типов аккумуляторных блоков. Однако из-за компактной и сложной конструкции внутри аккумуляторного блока сложно одновременно выявить полное тепловое состояние и подробное распределение.В этой работе методы трехмерного моделирования были использованы для решения вышеупомянутых вопросов о комбинации нескольких цилиндрических литий-ионных аккумуляторных элементов. Существующие модели тепловыделения в литий-ионной батарее определяются как тепловые граничные условия. Изучены течение и конвекция на промежутке. Переходные тепловые взаимодействия и конвекции между соседними аккумуляторными элементами были исследованы, чтобы изучить влияние интервалов и правил выделения переходного тепла. Достигнутые результаты могут быть использованы в качестве критически важного ориентира при проектировании конструкции аккумуляторной батареи и планировании стратегий охлаждения.

Ключевые слова

Цилиндрическая литий-ионная батарея

Численное моделирование

Рекомендуемые статьиЦитирующие статьи (0)

Просмотреть аннотацию

© 2017 Автор (ы). Опубликовано Elsevier Ltd.

Рекомендуемые статьи

Ссылки на статьи

Как отвод тепла от аккумуляторной батареи электромобиля?

Температура ядра элементов используемой литий-ионной батареи не должна превышать 80–90 ° C. Тем не менее, эти умеренные значения не являются случайностью: они являются результатом управления температурным режимом батарей, при котором тепловыделение согласовывается с регулированием мощности.В частности, какие методы используются для отвода этого тепла?

Почему необходимо отводить тепло, выделяемое используемой батареей?

Аккумуляторная батарея состоит из модулей, которые сами состоят из ячеек. Каждая ячейка имеет ограниченное количество энергии, и перед производителями стоит задача разработать батареи с максимально возможной плотностью энергии.

Неизбежное производство тепла

Электрические батареи естественным образом выделяют тепло, поскольку протекающие химические реакции являются экзотермическими.Итак, чем мощнее батарея, тем больше тепла она выделяет . Следовательно, рассеивание калорий электрической батареи имеет двойную цель:

• для ограничения термического старения компонентов;
• , чтобы увеличить количество энергии, которое может генерировать каждая ячейка.

Полезная информация

Аккумуляторы для электромобилей имеют диапазон заряда / разряда от 20 до 80%

Плотность энергии: количество электроэнергии, которое может быть сохранено для данного объема.

Плотность мощности: , насколько быстро аккумулятор может обеспечивать энергию.

Какие материалы можно использовать для отвода тепла, выделяемого электрической батареей?

Существует ряд материалов, которые после резки и обработки способны удалять калории, выделяемые элементами электрических батарей. Однако следует иметь в виду, что хороший электрический изолятор редко бывает отличным проводником тепла. Таким образом, выбор материалов, способных рассеивать тепло, является вопросом компромисса между:

• диэлектрические свойства,
• тепловой класс,
• механических характеристик,

Стоимость

• ,
• , любые другие ограничения, указанные в технических характеристиках батареи.

Пленки теплопроводящие

Основная цель этих пленок — электрическая изоляция, большинство коммерческих пленок имеют относительно низкую теплопроводность, редко превышающую 0.2 Вт / мК. Тем не менее, продукты , такие как Kapton® MT +, имеют более высокую теплопроводность , около 0,75 Вт / мК. В любом случае всегда можно наложить несколько типов пленки, чтобы получить более эффективный многослойный материал.

Термоклейкие ленты

Эти термоленты изготовлены из клеящих масс, которые обладают хорошей теплопроводностью (от 1 до 2 Вт / мК). У них две функции:

• механическая сборка;
• тепловыделение.

Термопрокладки

Эти гибкие материалы силиконового или акрилового типа обладают очень высокой теплопроводностью, иногда более 3 или даже 4 Вт / мК. Если разрезать по нужным размерам, они могут быть размещены между элементами батареи и вставлены охлаждающими пластинами и радиаторами (теплоотводом) , как в электронике.

Элементы можно дополнительно изолировать друг от друга с помощью пенопласта.Эти материалы, также называемые «компрессионными подушками», обеспечивают тепловой контакт и оптимальное рассеивание тепла, поддерживая постоянное давление на ячейки.

Термомастики и пасты

Мастики и пасты из-за их консистенции наносятся с помощью шприца или аналогичного устройства. Их можно использовать для герметизации стыков между системой охлаждения и аккумуляторной батареей с целью рассеивания тепла.

Жидкие продукты

Также доступны теплопроводники в жидкой форме, называемые «заполнителями зазоров», поскольку они используются для заполнения пустых пространств.Они позволяют исключить присутствие пузырьков, а воздух является очень хорошим теплоизолятором. Также существует теплопроводников в виде жидких клеев .

Заключение

В аккумуляторах электромобилей производство тепла неизбежно. Это тепло можно отвести с помощью материалов в виде пленок, липких лент, подушечек, термомастических материалов или даже жидких продуктов.

Радиатор из углеродного волокна

делает батареи более безопасными для электромобилей, велосипедов и т. Д.

NASA Technology

За последние годы батареи прошли долгий путь.В частности, литий-ионные батареи более мощные, долговечные и компактные, и они служат источником питания для все большего числа устройств, от умных часов и телефонов до электромобилей и даже самолетов с электрическим приводом.

Тем не менее, одна из самых больших проблем, связанных с этими батареями с высокой плотностью энергии, — это управление теплом и, в частности, предотвращение короткого замыкания, которое может взорваться.

Поскольку батареи генерируют энергию, они также выделяют тепло, которое может повредить чувствительную электронику поблизости. Батареи большего размера обычно состоят из пакетов из десятков или сотен ячеек, работающих вместе, что означает еще больше тепла.

Более серьезной проблемой для литий-ионных аккумуляторов является явление, называемое тепловым разгоном, когда элемент перегревается, что может быть вызвано скрытым дефектом, который появляется примерно в одном из каждых 5 миллионов литий-ионных элементов. Это может вызвать катастрофическую реакцию у соседей и вызвать цепную реакцию. Это не только губительно для электроники, но и может привести к опасному для жизни взрыву.

Для отвода тепла батареи часто включают радиатор: проводящий материал (чаще всего медь или алюминий), отводящий тепло от элемента. В некоторых случаях в радиаторах используется материал с фазовым переходом, который «впитывает» тепло при плавлении или испарении, объясняет Эрик Дарси из Космического центра Джонсона, который работал над батареями для НАСА более трех десятилетий.

Так было с массивной батареей на 350 ампер-часов для позже отмененного корабля для возвращения экипажа X-38. Первоначальная конструкция батареи перегревалась во время эксплуатационных испытаний отчасти потому, что она была прикреплена к непроводящему композитному материалу в автомобиле, а не к металлу, что не позволяло ей эффективно отводить тепло.

Работая с компанией Energy Science Labs, основанной Тимом Ноулзом, они превратили основание батареи в радиатор с помощью 30 фунтов воска, пропитанного углеродным волокном, чтобы сделать его более проводящим.

Однако новый радиатор также добавил к массе транспортного средства 120 фунтов, что вряд ли идеально, когда дело дошло до требований запуска.

Передача технологий

В 2014 году Energy Science Labs объединились с Кэмпбелл, штат Калифорния, KULR Technology, которая также занимается терморегулированием, и вместе они продолжили сотрудничество с НАСА.

Начиная с проекта батареи X-38, теплоотводы с фазовым переходом KULR использовались и улучшались в различных проектах НАСА с помощью прибора Neutron Star Interior Composition Explorer, установленного на борту Международной космической станции в июне 2017 года.

«Мы являемся прямым бенефициаром технологического прогресса, которого требует НАСА, а также финансирования, которое НАСА предоставляет команде, чтобы позволить нам выйти за пределы возможного», — говорит президент компании KULR Майкл Мо.

В серии исследований инноваций малого бизнеса (SBIR) заключает контракт, говорит Дарси: «KULR доказало, что НАСА могло бы сэкономить половину или более массы основания батареи X-38, если бы мы использовали испарительный радиатор», используя воду вместо воска.Это связано с тем, что при испарении воды от аккумулятора отводится в 10 раз больше тепла, чем при плавлении воска.

KULR также воспользовался преимуществом продвинутой батареи, которую Дарси создал во время творческого отпуска в Национальной лаборатории возобновляемой энергии (NREL) в Колорадо: устройство внутреннего короткого замыкания (ISC), которое значительно упрощает тестирование на тепловой разгон.

Чтобы гарантировать, что аккумуляторная батарея построена с достаточными гарантиями, чтобы предотвратить распространение отказа одной ячейки, инженерам необходимо увидеть, что происходит, когда ячейка выходит из строя.Это означает перегрев или пробивание элемента во время работы, что трудно сделать в середине аккумуляторной батареи, где происходят некоторые из наиболее опасных коротких замыканий.

Устройство ISC Дарси позволяет инженерам по запросу инициировать короткое замыкание в аккумуляторной батарее. Получающийся в результате сбой больше похож на случайные неисправные ячейки, которые появляются в реальной жизни, а это означает, что тесты более точны. KULR подписала эксклюзивную лицензию на технологию, которая была совместно запатентована NREL и NASA, и будет производить ее в больших масштабах для своих клиентов, чтобы улучшить свои собственные испытания на безопасность.

В 2015 году KULR подписал контракт с Дарси на еще один проект НАСА по разработке защиты от теплового разгона (TRS) для литий-ионных аккумуляторных батарей скафандров. Компания, опираясь на концепции, над которыми она работала с НАСА, Министерством обороны и другими на протяжении десятилетий, решила использовать водяной теплоотвод, заключенный в углеродное волокно. Как было доказано в проекте X-38, испарительные радиаторы позволяют сэкономить на весе и размере. Точно так же углеродное волокно очень легкое и может выдерживать чрезвычайно высокие температуры, что необходимо, когда литий-ионные элементы могут достигать 1800 ° F при тепловом разгоне.

Поскольку теплообменникам требуется большая площадь поверхности для передачи тепла, компания построила свой TRS с использованием углеродного волокна, переработанного в бархат, материала, впервые разработанного Ноулз. «Бархат имеет на порядок большую площадь поверхности, чем плоские материалы», — отмечает Мо.

Компания KULR построила несколько прототипов, и Дарси провела их испытания, включая тестирование с помощью триггерной ячейки устройства ISC. «Одно из его исследований показало, что наша TRS была самой легкой и поддерживала самую низкую температуру из всех, что он тестировал», — говорит Мо.

Льготы

Это обнадежило, поэтому компания продолжала работать. «К 2017 году TRS был готов к коммерческому использованию в прайм-тайм», — говорит он. «Для точной настройки углеродного волокна требуется множество настроек: сколько жидкости находится в системе, а также какой корпус должен быть, чтобы он вписался в конечный продукт клиента. Гораздо больше исследований было посвящено тому, как встроить эту технологию в систему ».

К началу 2019 года компания уже видела TRS в некоторых продуктах своих клиентов: одна автомобильная компания проходила финальные испытания перед запуском в коммерческую эксплуатацию, а несколько других, как ожидается, будут делать то же самое к концу года. .«Это будет во всех категориях», — говорит Мо, — от спутников и космических аппаратов до электрических велосипедов и скутеров и, в конечном итоге, электромобилей, дронов и самолетов.

TRS играет роль, говорит он, делая любые батареи более безопасными и мощными. Батареи работают лучше — заряжаются и разряжаются быстрее — при оптимальных температурах, поэтому хорошее управление температурой всегда было важным. Но угроза теплового взрыва в литий-ионных батареях «представляет новый класс риска для этих продуктов», — говорит Мо; Теперь управление температурным режимом является критически важным вопросом безопасности.

Снижение веса за счет использования углеродного волокна также важно, особенно в транспортных средствах: «Каждая унция веса высасывает сок из аккумулятора, сокращая запас хода», — отмечает Мо.

Компания также стала одним из основателей Глобального альянса по безопасности аккумуляторов вместе с НАСА, Министерством энергетики, Национальной лабораторией возобновляемых источников энергии, Китайским национальным альянсом по хранению энергии, а также несколькими производителями аккумуляторов и логистическими компаниями. По словам Мо, группа будет работать над созданием и продвижением передовых методов обеспечения безопасности батарей, используя устройство ISC Дарси и TRS KULR в качестве отправной точки.

Он считает, что НАСА предоставило средства для создания такого высокотехнологичного продукта. «НАСА заставило нас создать что-то весьма экзотическое для начала», — говорит он, — с высоким запасом прочности и соответствующим бюджетом. «А затем, в последующие годы, речь действительно идет о том, как существенно сэкономить на материалах и производстве для конечного потребителя, где на счету буквально каждая копейка».

Аккумуляторы для гибридных и подзарядных электромобилей

В большинстве подключаемых к электросети гибридов и полностью электрических транспортных средств используются подобные литий-ионные батареи.

Системы накопления энергии, обычно аккумуляторы, необходимы для гибридных электромобилей (HEV), гибридных электромобилей (PHEV) и полностью электрических транспортных средств (EV).

Типы систем хранения энергии

В HEV, PHEV и электромобилях используются следующие системы хранения энергии.

Литий-ионные батареи

Литий-ионные батареи в настоящее время используются в большинстве портативных бытовых электронных устройств, таких как сотовые телефоны и ноутбуки, из-за их высокой энергии на единицу массы по сравнению с другими системами хранения электроэнергии.Они также имеют высокое отношение мощности к весу, высокую энергоэффективность, хорошие высокотемпературные характеристики и низкий саморазряд. Большинство компонентов литий-ионных аккумуляторов можно переработать, но стоимость рекуперации материалов остается проблемой для отрасли. Министерство энергетики США также поддерживает премию за переработку литий-ионных аккумуляторов, чтобы найти решения для сбора, сортировки, хранения и транспортировки отработанных и выброшенных литий-ионных аккумуляторов для последующей переработки и восстановления материалов.В большинстве современных PHEV и электромобилей используются литий-ионные батареи, хотя точный химический состав часто отличается от химического состава батарей для бытовой электроники. Продолжаются исследования и разработки, направленные на снижение их относительно высокой стоимости, продление срока их полезного использования и решение проблем безопасности в отношении перегрева.

Никель-металлогидридные батареи

Никель-металлогидридные батареи, обычно используемые в компьютерном и медицинском оборудовании, предлагают разумную удельную энергию и удельные мощности.Никель-металлогидридные батареи имеют гораздо более длительный срок службы, чем свинцово-кислотные, и безопасны и устойчивы к неправильному обращению. Эти батареи широко используются в HEV. Основными проблемами никель-металлгидридных батарей являются их высокая стоимость, высокий саморазряд и тепловыделение при высоких температурах, а также необходимость контролировать потери водорода.

Свинцово-кислотные батареи

Свинцово-кислотные аккумуляторы

могут быть разработаны с учетом высокой мощности, а также недорогими, безопасными и надежными. Однако низкая удельная энергия, плохие характеристики при низких температурах, а также короткий календарный и циклический срок службы препятствуют их использованию.В настоящее время разрабатываются современные высокомощные свинцово-кислотные аккумуляторы, но эти аккумуляторы используются только в коммерческих транспортных средствах с электрическим приводом для вспомогательных нагрузок.

Суперконденсаторы

Ультраконденсаторы хранят энергию в поляризованной жидкости между электродом и электролитом. Емкость накопления энергии увеличивается с увеличением площади поверхности жидкости. Ультраконденсаторы могут обеспечить транспортным средствам дополнительную мощность во время разгона и подъема на холм и помочь восстановить энергию торможения.Они также могут быть полезны в качестве вторичных накопителей энергии в транспортных средствах с электрическим приводом, поскольку помогают электрохимическим аккумуляторам выравнивать мощность нагрузки.

Утилизация батарей

Транспортные средства с электрическим приводом относительно новы для автомобильного рынка США, поэтому лишь небольшое количество из них подошло к концу своего срока службы. В результате доступно немного бывших в употреблении аккумуляторов для электромобилей, что ограничивает масштабы инфраструктуры по переработке аккумуляторов. По мере того как электромобили становятся все более распространенными, рынок утилизации аккумуляторов может расшириться.

Широко распространенная переработка аккумуляторов предотвратит попадание опасных материалов в поток отходов как в конце срока службы аккумулятора, так и во время его производства. В настоящее время ведется работа по разработке процессов утилизации аккумуляторов, которые минимизируют воздействие на жизненный цикл литий-ионных и других типов аккумуляторов в транспортных средствах. Но не все процессы переработки одинаковы:

• Плавка : В процессе плавки восстанавливаются основные элементы или соли. Эти процессы в настоящее время используются в больших масштабах и могут принимать различные типы батарей, включая литий-ионные и никель-металлгидридные.Плавка происходит при высоких температурах, и органические материалы, включая электролит и угольные аноды, сжигаются в качестве топлива или восстановителя. Ценные металлы извлекаются и отправляются на аффинаж, чтобы продукт был пригоден для любого использования. Остальные материалы, включая литий, содержатся в шлаке, который теперь используется в качестве добавки в бетон.
• Прямое восстановление : С другой стороны, в некоторых процессах переработки напрямую восстанавливаются материалы, пригодные для аккумуляторных батарей. Компоненты разделяются различными физическими и химическими процессами, и все активные материалы и металлы могут быть восстановлены.Прямое восстановление — это низкотемпературный процесс с минимальными энергозатратами.
• Промежуточные процессы : Третий тип процесса находится между двумя крайностями. В таких процессах можно использовать несколько видов аккумуляторов, в отличие от прямого восстановления, но извлекать материалы дальше по производственной цепочке, чем при плавке.

Разделение различных материалов батарей часто является камнем преткновения при извлечении ценных материалов. Таким образом, конструкция аккумуляторной батареи, учитывающая разборку и переработку, важна для успеха электромобилей с точки зрения устойчивости.Стандартизация батарей, материалов и конструкции элементов также упростит переработку и сделает ее более рентабельной.

См. Отчет: «Технико-экономическая целесообразность использования отработанных аккумуляторов электромобилей в стационарных установках».

Дополнительная информация

Узнайте больше о исследованиях и разработках аккумуляторов на страницах Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии, посвященных хранению энергии, и на странице Управления автомобильных технологий Министерства энергетики США.

Важность терморегулирования стационарных литий-ионных накопителей энергии

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

Увеличение числа развертываний аккумуляторных систем хранения энергии (BESS) показывает важность успешного проектирования охлаждения.Уникальные проблемы систем литий-ионных батарей требуют тщательного проектирования. Низкая предписанная рабочая температура аккумулятора (от 20 ° до 25 ° C) требует холодильной системы охлаждения, а не прямого охлаждения окружающим воздухом. Малый допустимый перепад температуры, не более 5 ° C между самой горячей и самой холодной батареей, требует почти идеального распределения воздуха. А быстрые изменения мощности со временем требуют жесткого контроля. Без надлежащего управления температурой перегрева ячейки выйдут из строя, выйдут из строя или даже загорятся _{[2] [3]} .

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

1. Уравнения общего баланса массы и энергии для выбора размеров охлаждающего оборудования;
2. Transient FEA для изучения переходного режима и методов управления; и,
3. Программа CFD для оценки распределения воздушного потока и возникающих в результате колебаний температуры.

Расчет системы охлаждения с учетом общего баланса энергии и массы

Получение правильной емкости и возможностей регулирования температуры для BESS приведет к повышению производительности и увеличению срока службы батарей.Недостаточный размер системы охлаждения может привести к перегреву аккумулятора. Превышение размеров системы охлаждения может привести к коротким циклам работы системы охлаждения и большим колебаниям температуры воздуха при включении и выключении устройства.

Тепло, выделяемое аккумуляторами

Тепловыделение от аккумуляторов — это самая большая нагрузка, поэтому ее наиболее важно точно предсказать. Тепло является результатом энтропии реакции и потерь энергии активации, электрического и ионного сопротивления и химического переноса. _{[4] [5] [6]} Вырабатываемое тепло обычно равномерно между 20% и 80% состояния заряда (SoC). Выделение тепла значительно возрастает, когда разряд достигает 0 SoC и когда заряд достигает 100% SoC, как показано на рисунке 1.

Рис. 1. Тепло, генерируемое в течение цикла при скорости 1 C, показывающее повышение тепла в конце разряда и в конце заряда.

Литий-ионный аккумулятор обычно выделяет тепло в соответствии с поведением I ² R , которое можно преобразовать в безразмерную форму: параметр α является постоянным для типа аккумулятора и не зависит от размера массива и расположения комплектов аккумуляторов. согласованный.

Из-за деградации тепловыделение увеличивается в течение срока действия проекта. Производители аккумуляторов сообщили о росте от 35% до 70%. Выделение тепла увеличивается при более низких температурах, приблизительно α / α _ref = √T _ref / T в пределах от 10 ° до 50 ° C, исходя из 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 на около 0.25% от максимальной мощности постоянного тока. Тепло, выделяемое освещением, коммуникационным оборудованием, источниками питания и контроллерами, остается относительно постоянным с течением времени и составляет от 500 Вт до 1 кВт тепла.

Тепло также поступает из внешней среды. Коммерческое программное обеспечение для определения размеров HVAC точно рассчитывает тепловую нагрузку на окружающую среду. Общее приближение, которое работает для одноэтажных зданий, расположенных в умеренном климате, — 1 тонна охлаждения на 500 футов ² .

Сумма тепловых нагрузок

Используя описанные выше расчеты, в таблице 1 показаны требования к охлаждению литий-ионной системы BESS на МВтч батарей при различных скоростях заряда.

Таблица 1. Типичные тепловые нагрузки для шкафа мощностью 1 МВтч при различных показателях теплопроводности.

Выбор оборудования HVAC

Номинальная мощность ОВКВ основана на наборе номинальных условий _[7] . Фактическая мощность системы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха ниже номинальной в большинстве приложений хранения энергии из-за более высоких наружных температур, более низких внутренних заданных температур 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 практическому правилу для аккумулирования энергии номинальная мощность оборудования HVAC должна быть на 150% больше, чем явная охлаждающая нагрузка, требуемая на основе приведенных выше расчетов.

Теплообмен между охлаждающим воздухом и аккумуляторными модулями

Сегодня в большинстве стационарных систем BESS в качестве среды для охлаждения батарей используется воздух. В дополнение к системе охлаждения надлежащего размера для корпуса, модули также должны иметь правильно разработанный метод локальной передачи тепла охлаждающему воздуху.Уравнение стационарной теплопередачи для локального охлаждения модуля может быть описано уравнением:

Где U ’ [Вт / ° C] — это общий коэффициент теплопередачи, который включает передачу тепла от ячеек к поверхности и конвекцию тепла от поверхности к воздуху. Поверхность охлаждения может быть внутренней по отношению к модулю и / или внешнему корпусу модуля.

Чтобы поддерживать температуру батареи ниже максимальной, необходимо выполнение двух условий.Во-первых, общий коэффициент теплопередачи должен быть достаточным при выполнении уравнения:

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

Эти два условия должны быть проверены, и если они не срабатывают, то никакая мощность HVAC не сможет поддерживать охлаждение батареи. Если ограничением является передача тепла через модуль к поверхности и от поверхности к воздуху, то модуль необходимо перепроектировать для лучшей теплопередачи.

Рекомендации по переходным процессам для определения размера системы охлаждения

На рисунке 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 нестационарная тепловая модель была использована для оценки многих проектных решений, таких как:

• Определите количество охлаждения, необходимое в конкретном случае использования, на основе профиля нагрузки приложения;
• Определите, требуется ли ступенчатое охлаждение и если да, то какие ступени;
• Определить влияние различных методов контроля температуры;
• Оценить эффективность регулировки тепловых масс как в модуле, так и в корпусе;
• Оцените эффективность регулировки воздушных потоков в шкафу и в модулях.

В качестве примера ISO New England публикует профиль переходной нагрузки для моделирования диспетчеризации частотного регулирования для систем накопления энергии _[8] . В переходной модели использовался компонент BESS мощностью 2 МВт / 1 МВтч с литий-ионными батареями с принудительным воздушным охлаждением. Графики на Рисунке 3 показывают 24-часовой отрезок с результирующими циклами HVAC и температурами воздуха в основаниях корпуса для конкретного корпуса и конструкции HVAC. Модель показывает, что, хотя батареи могут вырабатывать 60 кВт тепла в течение коротких периодов времени, для поддержания заданной температуры воздуха всегда требуется не более 21 кВт охлаждения.На основе анализа 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 2 МВт / 1 МВт-ч с несколькими ступенями 3-RT для кондиционирования воздуха для охлаждения в течение 1 дня в случае интенсивного использования с данными ISO Новой Англии .

Достижение сбалансированного распределения воздуха с помощью CFD

Другой ключевой аспект системы охлаждения — это то, как воздух проходит через корпус, чтобы поддерживать батареи в допустимом диапазоне температур.Анализ CFD отлично подходит для расчета пространственных значений температуры, статического давления, скорости и направления воздушного потока.

Анализ

CFD помог принять важные проектные решения, такие как:

• проверить достаточную площадь поперечного сечения для потока воздуха через шкаф,
• выберите места для воздушных заслонок и дефлекторов,
• определяет оптимальный размер, форму и места расположения приточных каналов,
• обеспечивает направление для оптимизации положений лопаток в регистрах подачи,
• определяет значение и расположение воздушных преград между оборудованием или вокруг него, а
• определить эффективность дополнительных вентиляторов / нагнетателей в корпусе для увеличения HVAC.

Анализ CFD был использован для анализа потока воздуха и результирующих температур для корпуса, содержащего батареи с настенными блоками HVAC на обоих концах. В анализе использовались данные о батареях и данные HVAC от соответствующих производителей. На рисунке 4 показаны графические результаты профилей температуры в трех плоскостях по осям x, y и z. Эти профили подробно описывают поток воздуха через корпус и результирующую температуру. Легко увидеть, как холодный воздух (синий) вводится и как он распределяется.Эта информация была использована для улучшения конструкции воздуховодов.

Рис. 4. Результаты CFD, показывающие плоскости с векторами температуры и воздушного потока.

Заключение

Батареи выделяют тепло, как и другое электрическое оборудование, однако по гарантиям производителя требуется низкая температура и очень узкое окно, в котором батареи могут работать. Несмотря на то, что разработка системы терморегулирования для аккумуляторного шкафа накопителя энергии представляет эти уникальные проблемы, инструменты, представленные в этой статье, используются с успехом.

Номенклатура

Список литературы

 [1] P. P. X. Z. G. C. J. S. C. C. Qingsong Wang, «Тепловой разгоном вызвал пожар и взрыв литий-ионной батареи»,  Journal of Power Sources,  vol. 208, стр. 210-224, 2012.

[2] С. Г. Т. Ф. Тодд М. Бандхауэр, "Критический обзор тепловых проблем в литий-ионных батареях",  J. Electrochemical Society,  vol. 158, нет. 3, стр. R1-R25, 2011.

[3] М. О. Л. Л. Дж.Л. X. Х. Г. Лю, «Анализ тепловыделения литий-ионного аккумулятора во время зарядки и разрядки с учетом различных факторов влияния»,  J Therm Anal Calorim,  vol. 116, стр. 1001-1010, 2014.

[4] С. Г. Т. Ф. Ф. Тодд М. Бандхауэр, «Зависимое от температуры электрохимическое тепловыделение 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.125, с. 1501-1517, 2017.

[6] «Данные о тепловыделении аккумуляторных батарей», конфиденциально изготовитель аккумуляторов, 2016 г.

[7] ASHREA STD 16,  Метод испытаний для номинальной мощности комнатного кондиционера и тепловой мощности агрегированного оконечного кондиционера,  2016.

[8] ISO New England, «Данные имитационного автоматического управления генератором (AGC) заданных значений», [Online]. Доступно: https://www.iso-ne.com/isoexpress/web/reports/grid/-/tree/simulated-agc. [Доступ 2016 г.].

[9] Д. Ф.-Ф. М. Г.Бретт Саймон, "U.S. Energy Storage Monitor", GTM Research / ESA, 2018. 

.