У каких батарей теплоотдача лучше: стальные, алюминиевые, чугунные, биметаллические или медные?

Содержание

стальные, алюминиевые, чугунные, биметаллические или медные?

В этой статье:

От радиатора требуется немногое: чтобы грел хорошо и был безопасен. Исходя из этих простых требований и выбирается прибор. В продаже имеется несколько видов радиаторов отопления, которые отличаются формой, материалом и техническими характеристиками. Геометрия и материал, из которого он изготовлен, влияют на его мощность (теплоотдачу). 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.

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.

Биметаллические

Биметаллическая батарея

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.

Больше о плюсах и минусах читайте в нашем обзоре.

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.

Чугунные

Радиатор из чугуна

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. Перейдя по этой ссылке вы узнаете, какие чугунные батареи лучше с точки зрения дизайна, технических характеристик, тепловой мощности и способу установки.

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

Алюминиевые

Обогреватель из алюминия

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. Перейти к полному перечню технических характеристик этих моделей.

Стальные радиаторы: панельные и трубчатые

Панельный радиатор представляет собой сварную конструкцию. Она 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.

Исходя из вышесказанного, можно сделать 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.

Стальные трубчатые батареи

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).

Здесь можно больше узнать, какая модель больше подойдет в каждом конкретном случае.

Медные батареи — самые лучшие

Нажмите на фото для увеличения

Для большинства наших соотечественников медные радиаторы не по карману. Если бы не цена, они были бы самыми востребованными.

У какого радиатора лучше теплоотдача? У медного!

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.

Сравнительные характеристики разных моделей

По мнению нашей редакции оптимальный выбор (соотношение цены и качества) — чугунные радиаторы, но пальма первенства у медных!

Параметры	Медные	Чугунные	Бимет-ие	Панельные	Трубчатые	Алюм-ые
Теплоотдача, Вт	свыше 1000	80 — 160	130 — 200	180 — 735	20 — 700	125 — 180
Рабочее давление, атм	16	10 — 12	до 35	6 – 8,5	8 — 10	до 16
Опрессовочное давление, атм	50	15 — 18	52,5	13	13 — 15	24

Каждый из представленных обогревателей обладает преимуществами и недостатками. Немаловажное значение имеет не только свойства металла, но и его качество.

Вертикальные батареи отопления идеально подходят для помещений, где нет места радиаторам стандартных размеров.

Не секрет, что многие (а может быть и большинство) производителей используют в производстве радиаторов вторичное сырье. Это может отразиться на долговечности изделия (больше всех «страдают» алюминиевые батареи). За внушительную сумму покупатель рискует приобрести обогреватели, которые выйдут из строя уже через несколько лет.

Какие радиаторы лучше греют, какая реальная теплоотдача

Радиаторы в домашних условиях не дают той мощности, которая прописана в документации. Чтобы узнать реальную теплоотдачу от радиатора нужен небольшой расчет. Данные о мощности на прилавках скорее рекламируют изделие, чем информируют нас. Мы же можем рассчитывать на более скромную теплоотдачу, рассмотрим, как определить реальную мощность разных радиаторов.

Что означает мощность радиаторов указанная в документации

Мощность радиатора будет напрямую зависеть от их температуры. Чем она больше, и чем холоднее в комнате, тем больше тепла будет отдаваться. Но сколько в действительности?

Открыв паспорт, прилагаемый к радиатору, можно узнать, что одна секция радиатора обладает тепловой мощностью, например, 180 Вт. Но при маленькой оговорочке, — при «Δt = 50 град».

Что это?

Обозначение в документации Δt, или dt, или DT, или «Разница Температур», — это разница между средней температурой радиатора и температурой воздуха в комнате. Например, 60 град, минус 20 град – получаем Δt равную 40 град.

Производители указывают мощность своих радиаторов обычно при для Δt равной 50 град. Но может ли такая разность температур быть в реальности?

Какие реальные температуры отопления и воздуха

Что такое средняя температура радиатора?
Это среднее значение температур подачи и обратки. Например, — подача 70 град, обратка 50 град. Тогда в среднем в радиаторах +60 град.

Котлы имеют ограничение нагрева +80 градусов. Но их на максимум обычно никто не выкручивает и ограничиваются температурой подачи +70 град, чтобы не обжигаться о радиаторы, по крайней мере. Тогда реальная средняя температура в радиаторах окажется +60 град С.

Прохладный воздух в комнате +20 град обычно не устраивает жильцов,они стараются разогреть до +25- +27 град. В дальнейшем для расчетов примем скромные +23 град.

Таким образом, реальная Δt оказывается: 60 – 23 = 37 град.

Вычисление реальной мощности и количества радиаторов

Δt = 37 град – разница температур при «обычной» работе домашнего котла, и когда «не слишком то тепло» в доме.
Какая же будет мощность радиаторов при этом?
Оказывается, что в 1,5 раза меньше от заявленной мощности при Δt 50 градусов.

Для вычисления реальной теплоотдачи пользуются поправочными коэффициентами, чтобы не вдаваться сложные расчеты.
Если паспротная мощность указана при «Δt = 50 град», то метод вычилсения количества секций следующий.

Определяется количество секций по паспортной мощности радиатора.
Полученное значение умножается на 1,5.

Например, в комнату 10 кв. м с теплопотерями 1 кВт, нам нужно по расчету 6 секций с паспортной мощностью 180 Вт (указанной при Δt = 50 град). Тогда в реальности требуется установить, чтобы не перегревать котел, 6х1,5= 10 секций.

Но производители иногда указывают мощности и при условии «Δt = 70 град» (подача 100, обратка 80, комната 20). При Δt 70 лучше воспользоваться поправочными коэффициентами к указанной производителями мощности. Они зависят от реальной Δt.

Приведены реальная Δt в градусах, затем поправочный коэффициент.

40 – 0,48
42 – 0,51
45 – 0,56
47 – 0,60
50 – 0,65
55 – 0,73
60 – 0,82
65 – 0,91
70 – 1,0
75 – 1,09

Так, при реальной Δt 40 (63 — 23, например), нам нужно заявленную мощность умножить на 0,48, например, 210х0,48, получаем 100 Вт реальной теплоотдачи на одну секцию и отсюда вычисляем нужное количество секций.

Какая тепловая мощность у чугунных и стальных радиаторов

Мощность радиатора зависит не только от температур теплоносителя и воздуха в комнате, но и еще от двух параметров:

Площади поверхности радиатора (площадь теплоомбена).
Теплопроводности материла радиатора, — от того с какой скоростью передается тепло от теплоносителя к воздуху. Напомним, что у алюминия это значение примерно 170 Вт/м*К, а у стали и чугуна около 70 — 90 Вт/м*К

Следовательно:

У алюминиевых и биметаллических радиаторов ощутимой разницы по площади оребрения, и в материале нет, их принято считать одинаковыми по теплоотдаче, если размеры сходные.
Для чугунного радиатора с такими же габаритами, как и у алюминьки, мощность будет на 20% меньше. Сказывается заниженная площадь теплообмена и материал. Поэтому, если нет паспортных данных на чугун, можно посчитать по аналогии с алюминием и умножить на 0,8.
Для стальных панельных, при одинаковых высоте и ширине с алюминиевым радиатором, но при глубине в 1,5 раза больше (тип 30), мощность будет примерно такой же, может чуть меньше. Большей глубиной у цельных панелей добирается недостающая им площадь теплообмена.

В целом же можно сказать, что все радиаторы «греют неплохо» и мощность не является решающей характеристикой при выборе…

Выводы

При проектировании расстановки радиаторов важно правильно посчитать их реальную теплоотдачу в условиях своего дома. Нужно определиться с приемлемыми температурами теплоносителя и воздуха. Чаще принимается +70 град подача и +25 в доме. Отсюда все остальные расчеты.
Оптимальным выбором для домов и квартир остаются алюминиевые радиаторы, но качественно сделанные, с хромовым покрытием внутри. Приборы дешевле биметалла на 20%, удовлетворяют всем потребностям домашней сети отопления, имеют наибольшую удельную мощность с линейного размера, хоть это и не критически важно.
Для современных систем отопления важной характеристикой остается и тепловая инертность отопительного прибора. Чем она меньше, тем меньше температурные колебания воздуха в комнатах при обычном режиме котла «нагрел-остановился». Чугунные радиаторы в этом плане проигрывают — долго разогреваются и долго же остывают, утягивая за кривой своей тепловой инертности и наш комфорт в колебания…

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

Вид батарей	Теплоотдача секции, Вт	Максимально допустимая температура, °C
Биметаллические Eco	110	110
Алюминиевые Eco	115	110
Биметаллические Premium	130	110
Алюминиевые Premium	135	110

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.

Тип батарей	Межосевое расстояние, мм	Показатель теплоотдачи 1 секции, Вт	Рабочая температура, °C
Биметаллические Premium	350	130	110
Биметаллические Premium	500	153	110
Алюминиевые Premium	350	135	110
Алюминиевые Premium	500	165	110
Биметаллические Eco	350	110	110
Биметаллические Eco	500	139	110
Алюминиевые Eco	200	115	110
Алюминиевые Eco	350	115	110
Алюминиевые Eco	500	133	110

Как выбрать радиаторы отопления — какие лучше и почему? Обзор вариантов

Важное звено любой системы отопления — радиатор, который устанавливается в каждом из обогреваемых помещений. Именно этот прибор отвечает за то, насколько комфортные условия проживания будут созданы в вашей квартире или частном доме.

К сожалению, не каждый продавец-консультант окажет вам адекватную помощь в выборе, поэтому давайте разбираться последовательно: как правильно подойти к выбору батареи отопления, чтобы хорошо грела, красиво выглядела и по цене не «кусалась»? Так сразу ответить на этот вопрос непросто — необходимо учесть много нюансов. Мы вам расскажем, как избежать основных ошибок.

Сравнительные характеристики радиаторов отопления

На рынке обогревающего оборудования радиаторы отопления представлены изделиями, которые различаются между собой как конструктивно, так и материалами изготовления. При их выборе можно воспользоваться таблицей сравнительных характеристик наиболее популярных отопительных приборов. Данные по конкретной модели производитель указывает в техническом паспорте.

Сравнительная таблица современных радиаторов отопления

Очень часто при выборе основным критерием выступает цена и внешний вид. Бесспорно, эти моменты очень важны. И, тем не менее, они не должны быть решающими. В первую очередь следует обратить внимание на совместимость с отопительной системой по таким параметрам, как максимальное давление и тип теплоносителя. Не менее важное значение имеет коррозионная стойкость и долговечность радиатора. В конечном итоге правильный выбор сбережёт вам деньги, время и нервы. Далее рассмотрим особенности каждого типа.

Чугунные радиаторы

Чугунные батареи уже более 100 лет используются в системах теплоснабжения жилья и, до сих пор, ни один тип обогревательных приборов не превзошел их по устойчивости к коррозии и долговечности. Обладая высокой теплоотдачей, чугунные «гармошки» как нельзя лучше приспособлены для эксплуатации на просторах бывшего СНГ.

Случись аварийное отключение теплоснабжения — «чугунок» еще долго будет хранить в себе накопленное тепло и продолжит нагревать воздух. Ему не страшны критические перепады давления, гидроудары и плохое качество теплоносителя. Жесткая щелочная вода с воздушными пробками и частицами ржавчины не оказывает на батареи из чугуна такое губительное воздействие, как на остальные нагревательные приборы, а цена их намного ниже. Все упомянутые преимущества до сих пор побуждают многих наших сограждан приобретать именно эти радиаторы в качестве отопительных приборов.

К недостаткам причисляют невыразительный дизайн, громоздкость и высокую инерционность, за счет которой их невозможно использовать в современных системах отопления с терморегуляцией. Но в современной интерпретации тепловые приборы стали более стильными и привлекательными, оставив при себе потрясающую прочность и долговечность.

В отличие от громоздких «гармошек» советской эпохи, современные чугунные радиаторы являются образцом дизайна и стиля. Что же касается эксклюзивных моделей, то многие из них можно отнести к произведениям искусства.

Ознакомившись с техническими характеристиками и другими особенностями современных чугунных радиаторов, вы уже не сможете сбрасывать их с чаши весов при выборе.

Сводная таблица чугунных радиаторов

Средний срок эксплуатации составляет 35-40 лет, в реальности же многие радиаторы трудятся с 50-х годов прошлого века. Называя недостатки тепловых приборов из чугуна, все вспоминают громоздкость и большой вес, совершенно забывая о высокой тепловой инерционности. А ведь последний фактор очень важен, учитывая общую тенденцию к экономии тепла, и, как следствие, применение в отопительных контурах термостатических регуляторов протока.

В связке с чугунным радиатором не сможет работать даже самый высокотехнологичный терморегулятор – всему причиной высокая тепловая инерционность отопительного прибора

Алюминиевые радиаторы

В отличие от чугунных батарей, алюминиевые радиаторы имеют минимальную тепловую инерционность, поэтому лучше всего подходят для совместного использования с терморегуляторами.

Алюминиевые радиаторы выделяются стильным, интересным дизайном, и в процессе эксплуатации не требуют особого ухода

Высокая теплоотдача сочетается с небольшим весом, удобной секционной конструкцией и отличными эксплуатационными показателями. Если учесть, что эти факторы дополняются простотой монтажа и элегантным дизайном, то нетрудно понять причины популярности изделий из алюминиевых сплавов при обустройстве индивидуальных обогревающих систем.

Сравнительная таблица алюминиевых радиаторов отопления наиболее популярных марок

Выбирая алюминиевый радиатор, не следует забывать о том, что подобное оборудование выдвигает более высокие требования к качеству теплоносителя(воды). Вода с высоким содержанием щёлочи вызывает коррозию металла, а протекающие во время этого процесса химические реакции приводят к газообразованию. В итоге сокращается срок службы радиаторов и повышается риск межсекционных протечек. По этой причине следует отказаться от дешёвой продукции китайского производства в пользу изделий известных европейских производителей.

Вероятность межсекционных протечек фактически сведена к нулю в конструкции алюминиевых радиаторов от бренда STOUT. Оборудование производится на итальянском заводе GLOBAL, отопительные приборы адаптированы для условий эксплуатации в России. Рабочее давление каждого радиатора – 16 атмосфер, они подходят для работы с антифризом и имеют гарантию от производителя 10 лет. Современный дизайн в итальянских традициях впишется в любой интерьер, а увеличенная площадь излучения тепла повысит комфорт в помещении.

Алюминиевый радиатор отопления STOUT на 8 секций

Как свидетельствует статистика, алюминиевые радиаторы имеют практически такой же срок службы, как и стальные — не более 25 лет, тогда как биметаллические батареи можно эксплуатировать 30-35 лет, а изделия из чугуна и вовсе легко переживают полувековой рубеж.

Разрушение алюминиевых радиаторов чаще всего происходит из-за низкого качества воды и превышения допустимого давления в системе

Стальные радиаторы

Как и другое отопительное оборудование с открытыми сварными швами, стальные радиаторы требуют стабильного давления теплоносителя. По этой причине их чаще всего используют для монтажа в частных домах и других зданиях с автономным обогревом. В этом случае закрытый обогревающий контур способствует замедлению окислительных процессов, к тому же индивидуальное отопление не страдает постоянным загрязнением теплоносителя щёлочью и другими агрессивными примесями. При использовании очищенной воды и регулярном контроле напора стальные радиаторы не требуют замены в течение 20 и более лет.

Технические характеристики стальных радиаторов известных европейских производителей

Устанавливая радиаторы из стали в зданиях с центральным отоплением, следует осознавать опасность гидроударов и низкого качества теплоносителя. Резкие перепады давления и вода с примесями солей и щёлочи снижают долговечность батарей более чем наполовину. В этом случае не следует рассчитывать на срок службы оборудования более 10 лет.

Подобные отложения в трубе центрального отопления указывают на сильное загрязнение теплоносителя примесями – стальные радиаторы в этом случае лучше не использовать.

В продаже можно найти стальные радиаторы двух типов:

трубчатые,
панельные.

Преимущества первых проистекают из простой и надёжной конструкции, которая напоминает лесенку из параллельных вертикальных трубок.

Трубчатые радиаторы переживают вторую молодость, являясь объектом внимания дизайнеров и любителей современных тенденций в интерьере.

Трубчатые радиаторы более устойчивы к гидроударам, чем панельные. Их конструкция позволяет реализовать любую схему подводки и произвольное размещение в пространстве. В ассортименте трубчатых батарей встречаются как монолитные, так и секционные модели, из которых можно легко собрать батарею требуемой мощности. Простая технология изготовления находит своё отражение в доступной стоимости, а внешний вид радиатора из множества вертикальных элементов даёт широкое поле для дизайнерских изысканий. Непритязательные на первый взгляд трубчатые радиаторы не так уж и плохи в деле, если напишите свое мнение об этом в комментариях, с удовольствием по-дискутируем?

Плоские, ровные поверхности панельных радиаторов значительно облегчают уход. Именно поэтому их так любят домохозяйки

Для изготовления панельных радиаторов используются стальные зигзагообразные пластины, которые приваривают друг к другу точечной сваркой. Образованные при этом полости служат каналами, по которым циркулирует теплоноситель. Для повышения теплоотдачи производители усложняют конструкцию, собирая радиатор из трёх панелей. Обратной стороной такого улучшения является утяжеление конструкции – вес многослойных стальных теплообменников приближается к чугунным.

Для изготовления панельного радиатора используются профильные стальные пластины, пространство между которыми выступает в роли водяного контура теплообменника

Как вы сами можете видеть, такие достоинства панельных радиаторов, как низкая цена и привлекательный внешний вид, омрачают минусы в виде низких эксплуатационных показателей. Чаще всего эти отопительные приборы выбирают для нетребовательных отопительных систем бюджетной категории.

Биметаллические радиаторы

Биметаллический радиатор сочетает в себе высокую прочность и долговечность стального отопительного регистра и превосходные теплотехнические показатели алюминиевых конвекторов.

Биметаллические радиаторы неотличимы от алюминиевых приборов, но обладают более высокой надёжностью и долговечностью

Внутренние каналы прибора сваривают из цельнотянутых стальных труб, благодаря чему батарея выдерживает давление более чем в 50 атмосфер и отлично противостоит коррозии. На этот остов наплавляют алюминиевый кожух с конвекционными рёбрами. В результате такой хитрости удаётся получить изделие с максимальной теплоотдачей, низкой теплоинерционностью и сроком службы до 25 лет.

Технические характеристики популярных биметаллических радиаторов. Таблица доступна в большом размере по клику.

Кроме описанных выше монолитных биметаллических радиаторов промышленностью выпускаются алюминиево-стальные теплообменники, собранные из отдельных секций. Составная батарея проигрывает нераздельной конструкции в плане надёжности и долговечности, но зато имеет плюсы в виде гибкой регулировки тепловой мощности. Всё, что для этого понадобится – добавить или убрать несколько дополнительных секций. Кроме того, неоспоримым достоинством наборных биметаллических батарей является их высокая ремонтопригодность.

Биметаллические радиаторы STOUT Space сочетают в себе легкость монтажа, эстетику без излишеств и надежную конструкцию, которая выдерживает давление более 100 атмосфер. Изделия производятся на крупнейшем российском заводе «РИФАР» и соответствуют ГОСТ 31311-2005 «Приборы отопительные». Максимальная температура теплоносителя 135°C, гарантия от производителя – 10 лет, срок эксплуатации – 25 лет. Доступное количество секций от 4 до 14: биметаллические радиаторы можно установить как на маленькой кухне, так и в гостиной частного дома.

Биметаллический радиатор отопления STOUT в разрезе. Стальной теплообменный контур и алюминиевое оребрение делают биметаллический радиатор максимально долговечным и эффективным

Доступное количество секций от 4 до 14: биметаллические радиаторы можно установить как на маленькой кухне, так и в гостиной частного дома.

Биметаллический радиатор отопления STOUT на 8 секций

Делая свой выбор в пользу наиболее технологичных из всех существующих радиаторов, не дайте себя обмануть. В целях экономии материалов и снижения цены конечного продукта производители идут на ухищрения. В отдельных моделях из стальных труб выполняется не монолитный контур, а лишь вертикальные каналы радиатора. Что же касается горизонтальных рабочих полостей, то они отливаются одновременно с алюминиевым корпусом.

В так называемых «полубиметаллических» батареях сталь выполняет армирующую роль и не оказывает положительного влияния на срок службы. Распознать Light-версию очень просто – достаточно «прозвонить» магнитом отдельные части отопительного прибора.

В полубиметаллических радиаторах из стали выполнены только вертикальные каналы, поэтому по критериям надёжности и долговечности они не отличаются от алюминиевых.

Медные радиаторы

Медные радиаторы выгодно отличаются от других отопительных приборов тем, что их контур изготавливаются из цельнотянутой медной трубы без использования других металлов.

Про особенности работы с медными трубами и фитингами можно узнать из статьи: https://aqua-rmnt.com/uchebnik/truby/mednye-truby-i-fitingi.html

Внешний вид медных радиаторов подходит лишь для поклонников индустриального дизайна, поэтому производители комплектуют тепловые приборы декоративными экранами из дерева и других материалов.

Труба диаметром до 28 мм дополняется медным или алюминиевым оребрением и декоративной защитой из массива дерева, термопластов или композитных материалов. Этот вариант обеспечивает эффективный нагрев помещения за счет уникальной теплоотдачи цветных металлов. К слову, по показателю теплопроводности медь опережает алюминий более чем в 2 раза, а сталь и чугун — в 5-6 раз. Обладая низкой инерционностью, батарея из меди обеспечивает быстрый прогрев помещения и позволяет использовать терморегулирующую аппаратуру.

По своей теплопроводности медь уступает лишь серебру, со значительным отрывом опережая остальные металлы

Присущая меди пластичность, коррозийная стойкость и способность без вреда контактировать с загрязнённым теплоносителем позволяет использовать медные батареи в квартирах высотных домов. Примечательно то, что через 90 часов эксплуатации внутренняя поверхность медного радиатора покрывается оксидной плёнкой, которая в дальнейшем защищает отопительный прибор от взаимодействия с агрессивными веществами. Недостаток у медных радиаторов только один – слишком высокая стоимость.

Сравнительная таблица технических характеристик медных и медно-алюминиевых радиаторов

Пластиковые радиаторы

На данный момент радиаторы отопления сделанные полностью из пластика, своего рода ноу-хау. В том числе над таким типом отопителя работают и российские инженеры в Сколково. Вопреки расхожему мнению, в плане надёжности пластиковые радиаторы приближаются к изделиям из металла, а по такому показателю, как коррозионная стойкость, и вовсе не имеют себе равных. Изделия из термопластов имеют высокую механическую прочность, хорошую теплопроводность и износостойкость. Пластиковые радиаторы не отличаются большим весом, поэтому их легко транспортировать и устанавливать.

Схема пластикового радиатора

Для тех, кто сомневается в теплофизических свойствах пластика, рекомендуем вспомнить о контурах водяных тёплых полов из сшитого полипропилена. Его теплопроводность ниже, чем у жёстких термопластов, и, тем не менее, это не мешает использовать пластмассовые трубы для построения надёжных и эффективных систем напольного обогрева.

Простота изготовления и, как следствие, низкая себестоимость делают батареи из термопластов отличным предложением для тех, кто поставил себе задачу сэкономить. Существенный минус пластиковых теплообменников заключается в том, что их можно использовать только в системах со стабильным давлением до 3 атм и температурой теплоносителя не выше 80 °С. По этой причине продвижение пластиковых батарей на нашем рынке затруднено.

Электрические радиаторы

Помимо рассмотренных выше обогревающих приборов существуют и другие – те, которые не требуют подключения к отопительной системе. Наверное, вы уже догадались, что речь идёт об электрических радиаторах.

В современных электрических радиаторах сочетается высокая экономичность, надёжность и безопасность.

В зависимости от конструкции можно выделить несколько видов теплообменников, работающих от электрической сети:

масляные радиаторы;
конвекторы;
инфракрасные приборы.

Конструкция масляного радиатора больше всего напоминает традиционную отопительную батарею. В качестве теплоносителя используется минеральное масло, а нагрев осуществляется трубчатым электронагревателем (ТЭН). Закрытая конструкция способствует пожарной безопасности и мобильности устройства, к тому же масляный обогреватель не сжигает кислород и пыль. К минусам можно отнести громоздкость, низкую экономичность и возможность обжечься при касании к металлической поверхности.

Масляные радиаторы отличаются от традиционных отопительных батарей мобильностью – при необходимости их можно легко переносить с места на место

Электрические конвекторы также используют нагрев за счёт омических потерь, только в их конструкции используется не жидкостной, а воздушный ТЭН. Благодаря закрытой конструкции обогреватели этого типа имеют те же достоинства, что и масляные радиаторы. Что же касается конструкции, то она оптимизирована таким образом, чтобы прибор как можно эффективнее использовал конвекцию. К недостаткам конвектора можно отнести лишь низкую мобильность – чаще всего такие приборы предназначаются для стационарного использования.

Простая конструкция и теплопередача конвекцией способствуют надёжности и эффективности электрических конвекторов

Инфракрасные радиаторы являются самым современным типом обогревающего оборудования. В отличие от любого другого оборудования, в их конструкцию заложен принцип передачи тепла излучением.

Принцип действия инфракасных радиаторов позаимствован у Солнца – нагревается не воздух в помещении, а отражающие объекты

Нагревая не воздух, а окружающие предметы, ИК-обогреватели отличаются высокой эффективностью и при этом имеют самый высокий КПД. К недостаткам приборов, работающих аналогично Солнцу, можно отнести лишь относительно высокую стоимость.

В отличие от других радиаторов, инфракрасные приборы наиболее эффективно работают на потолке – в этом случае излучение проникает в самые отдалённые уголки помещения

Как определить оптимальный размер радиатора

Габариты радиатора оказывают влияние не только на то, сможет ли обогревающий прибор нагреть помещение до комфортной температуры, но и на экономичность отопительной системы.

Определяя размер батареи отопления, в числе прочих факторов следует учитывать ширину оконного проёма и высоту подоконника

Размеры батареи находятся в прямой зависимости с её тепловой мощностью, поэтому первым делом следует посчитать тепловые потери помещения. Для этого объём в кубических метрах умножают на 41 Вт – количество тепла, необходимое для обогрева 1 куб. м строения, расположенного в средних широтах. К искомому значению следует прибавить 20% — этот запас не будет лишним при наступлении экстремально низких температур. Зная затраты тепла, которое понадобится для поддержания комфортной температуры в комнате, можно выбрать монолитную батарею нужного размера или подсчитать количество секций модульного радиатора. В последнем случае полученную цифру следует разделить на мощность одной секции.

При определении количества секций радиаторов отопления можно воспользоваться специальной таблицей.

Таблица увеличивается при клике.

Для помещений с нестандартными потолками потребуется отопительная батарея увеличенного размера. В этом случае определиться с количеством секций радиатора поможет таблица, учитывающая высоту потолков.

Таблица увеличивается при клике.

Необходимо помнить, что установленный под окном радиатор должен перекрывать ¾ длины оконного проёма. В этом случае у стёкол не будет скапливаться холодный воздух, и они не будут запотевать.

Для тех, кто не хочет заниматься расчётом мощности, на нашем сайте есть удобный онлайн-калькулятор. Всё, что понадобится в этом случае – ввести параметры помещения и теплоотдачу одной секции выбранного радиатора. Все необходимые вычисления программа сделает за вас.

Общие рекомендации по выбору, которые должен знать каждый

Подводя итог сравнительной характеристике различных видов отопительных приборов, можно выделить такие основные моменты:

Для централизованной открытой тепловой сети, присутствующей в многоэтажках, как и много лет назад, наилучшим вариантом остается чугунный радиатор. Он устойчив к воздействию воды плохого качества, циркулирующей по нашим трубопроводам, и прослужит много лет. «Гармошка» выдержит перепады давления и гидроудары, при этом эффективно нагреет воздух в помещении. Небольшая цена данного вида отопительного прибора делает его вполне доступным для каждого. Однако, высокая инертность чугуна не позволит комбинировать такой радиатор совместно с терморегулятором.
Неплохая альтернатива чугунной батарее в условиях многоквартирных домов — биметаллическая на основе стали с алюминием или медью. Сталь обладает достаточной жесткостью и коррозийной устойчивостью, чтобы противостоять гидроударам и неблагоприятному химическому составу воды в центральной системе, а алюминий или медь компенсируют не самую выдающуюся теплоотдачу стали. Однако, высокая стоимость не позволяет сказать, что это будет лучший вариант.
Для закрытых систем отопления, присутствующих в частных домах, выбрать батареи, как правило, проще — здесь нет завышенного давления в отопительной системе, а вода проходит подготовку, прежде чем попасть в трубопровод. Поэтому, оптимальный вид отопительного прибора для дома — алюминиевый. Его цена доступна, дизайн хорош, теплоотдача высока. Низкая инертность такого позволит применять его совместно с системой терморегуляции.
Неплохая альтернатива алюминиевым батареям в условиях автономного теплоснабжения — стальные радиаторы. Обладая более низкой теплоотдачей, чем алюминиевые, стальные приборы для обогрева имеют много преимуществ — небольшой вес, низкая инерционность, приятный дизайн, привлекательная цена.
Стальные и алюминиевые батареи выпускаются грунтованными по внутренней плоскости нагревательного элемента для предотвращения коррозии от агрессивной среды теплоносителя. Окалина и частицы ржавчины, присутствующие в теплоносителе открытых систем отопления, приводят к механическому разрушению грунтовочного слоя внутри приборов, поэтому производители рекомендуют их эксплуатировать в закрытых системах отопления частных домов. Неплохим вариантом для открытых централизованных систем может стать медный радиатор, однако не всех порадует его стоимость.

Видео: как выбрать отопительные батареи

На этом все друзья, надеюсь вам пригодится эта информация при выборе радиатора, задавайте свои вопросы в комментариях и через форму обратной связи. С большим удовольствием на них отвечу!

Благодаря разносторонним увлечениям пишу на разные темы, но самые любимые — техника, технологии и строительство. Возможно потому, что знаю множество нюансов в этих областях не только теоретически, вследствие учебы в техническом университете и аспирантуре, но и с практической стороны, так как стараюсь все делать своими руками. Оцените статью: Поделитесь с друзьями!

Что лучше, биметаллические или алюминиевые радиаторы: сравниваем и выбираем

Чтобы определиться, какой радиатор отопления лучше, алюминиевые или биметаллические модели стоит выбрать, стоит познакомиться с плюсами и с минусами каждого типа. Только тогда можно принять правильное решение.

Что нужно знать о батареях из алюминия

Для производства таких приборов используется две технологии:

Отливка. Таким образом, изделие получается монолитным. Особую прочность ему придает отсутствие всевозможных соединений или швов.
Экструзия. Путем прессования заготовок получаются секции, которые впоследствии объединяются в батарею. Наличие соединительных узлов делает их более чувствительными к повышенному давлению.

В продаже чаще можно встретить устройства, изготовленные методом экструзии, поскольку они менее затратны в производстве. Теоретически при соблюдении всех эксплуатационных требований радиаторы одинаково надежны. Только монолитные могут работать без технического обслуживания, а сборные требуют регулярного осмотра на предмет выхода из строя соединительных узлов.

Из достоинств алюминиевых моделей нужно отметить:

Большую теплоотдачу, благодаря этому комната прогревается буквально за 15-20 мин. Это дает возможность экономить на оплате за подачу теплоносителя.
Небольшой вес, компактность, что значительно облегчает монтаж.
Наличие термоклапана, который позволяет регулировать количество жидкости в устройстве. Это позволяет экономить на отоплении.
Сборные модели можно самостоятельно дополнять новыми секциями или, наоборот, снимать ненужные. Для литых это тоже возможно, но лучше, если это будет делать специалист.

Из значимых недостатков стоит отметить чувствительность к качеству теплоносителя. К примеру, присутствующая в нем щелочь разрушает металл. Сборные радиаторы особенно уязвимы. Между секциями присутствуют прокладки, которые могут портиться под воздействием определенных веществ. Так, агрессивные составы типа антифриза разъедают резину очень быстро. Использовать их нельзя.

Попадание воды на алюминий провоцирует химическую реакцию, которая проходит с выделением некоторого количества газа. Поэтому все приспособления должны быть оборудованы краном Маевского. Большая теплоотдача тоже доставляет определенные неудобства. Батареи очень быстро становятся холодными, поэтому для поддержания комфортной температуры требуется постоянная подача теплоносителя.

Все о биметаллических приборах

Чтобы нивелировать некоторые недостатки описанных выше моделей и сохранить при этом их достоинства, разработано комбинированное оборудование. Его название говорит о том, что для его изготовления использовано два различных материала. Это алюминий и сталь, черная или нержавеющая. На рынке можно найти такие устройства двух типов.

Первый характеризуется тем, что его внутренняя часть полностью изготовлена из стали, а внешняя — из алюминия. В конструкциях другого вида стальная только труба, проходящая через изделие. Определяя, какие радиаторы лучше, алюминиевые или биметалл, мы будем рассматривать устройства первого типа, поскольку именно они являются полноценными комбинированными изделиями.

Их изготавливают под повышенным давлением путем сложного литья. В итоге получается конструкция со стальным сердечником. Если он выполнен из нержавейки, срок службы прибора увеличивается примерно на треть. Таким образом обеспечивается качественное соединение двух материалов, что обуславливает эффективную передачу тепла.

Преимуществами радиаторов из биметалла считаются:

Устойчивость к повышенному давлению жидкости в сети, что обусловлено наличием прочного сердечника.
Хорошая теплоотдача и как следствие быстрый нагрев. Это объясняется присутствием алюминия.
Возможность разогревать до повышенных температур.
Устойчивость к процессам коррозии, особенно при наличии сердечника из нержавейки.

К недостаткам изделий можно отнести быстрое остывание после прекращения подачи горячей жидкости. В некоторых случаях при недостаточном качестве жидкого теплоносителя возможна его реакция с металлическим сердечником. Она проходит с выделением газов, которые способны повредить оборудование. Стоимость таких конструкций достаточно немаленькая. Это тоже можно считать их недостатком.

Что лучше, алюминиевые или биметаллические радиаторы отопления? Сравниваем основные параметры

Становится понятно, что два типа похожи только внешне. Сравним их основные свойства.

Устойчивость к повышенному давлению

Одна из важнейших характеристик для батареи. Теплоноситель в сети движется под давлением, причем в разных системах его величина может значительно разниться. Так, для малоэтажных и индивидуальных домов она относительно невелика. Для высоток в 16 и более этажей значения намного больше. Обусловлено это тем, что чем выше расположено отапливаемое помещение, тем большее давление требуется для подъема к нему.

Кроме высоты расположения на показатель оказывает влияние и величина гидравлического сопротивления, а именно число поворотов труб, количество кранов и т.п. Нужно принять во внимание и возможные гидроудары, то есть резкие перепады внутри системы, которые возникают по целому ряду причин. Поэтому устойчивость к повышенному давлению для батареи крайне важна.

Алюминий относится к металлам с небольшой прочностью. Изготовленные из него приборы, особенно сборные модели, не способны переносить значительные перепады. Они довольно часто разрушаются в результате гидроударов. Их не рекомендуется использовать в сетях высокого давления. Сталь намного прочнее. Учитывая, что у биметаллических моделей сердечник выполнен из этого материала, они способны выдерживать 50 атм.

Устойчивость к коррозийным процессам

Алюминий, как и все сплавы железа, относятся к активным металлам. Они легко вступают в реакции с водой, что, собственно, и считается коррозией, поскольку в результате металлы окисляются и разрушаются. Однако Al делает это более активно, чем сталь, особенно нержавеющая. Учитывая, что качество залитого в системы многоквартирных домов теплоносителя традиционно низкое и в нем присутствуют химически активные примеси, процессы проходят намного быстрее.

Еще больше их ускоряет их повышенная температура жидкой среды. Производители покрывают устройства изнутри специальным защитным слоем, но это не дает большого эффекта. Теплоноситель с низким качеством обычно содержит абразивные примеси, которые царапают защиту и она становится бесполезной. Таким образом, определяясь, какой радиатор отопления выбрать — биметаллический или алюминиевый, нужно учитывать, что коррозии больше подвержен второй вариант.

Устойчивость к повышенной температуре

Стандартная температура для теплоносителя не выше 90°, даже когда на улице очень холодно. Однако в некоторых случаях в результате ошибки работников котельной, проблем с автоматикой и по ряду других причин она может превысить это значение. При перегреве теплоносителя радиаторы выходят из строя, что опасно для тех, кто проживает в доме. Алюминий не выдерживает температуру выше +110°, биметалл работает максимум при 140°.

Уровень теплоотдачи батареи

Скорость, с которой устройство отдает тепло в воздух, зависит от материала, из которого оно изготовлено. Рекордсмен среди остальных металлов по теплоотдаче aluminium. Он очень быстро нагревается и остывает. Комбинированное оборудование, изготовленное из двух материалов, имеет меньшую теплоотдачу. Это объясняется присутствием сердечника из стали. Он несколько замедляет процесс нагрева.

Однако скорость передачи тепла таких устройств все равно велика. Разница между двумя аналогичными секциями приборов разных типов составляет порядка 10-20 Вт, что в реальных условиях едва ли будет заметно. Но формально теплоотдача алюминиевых батарей выше.

Особенности монтажа

Сложностей при установке батарей обоих типов обычно не возникает. Они отличаются небольшим весом, поэтому закрепить их на стене не составляет особого труда. Все работы, связанные с подключением изделий, должны проводиться строго по правилам, чтобы предотвратить появление течей. Единственная сложность, с которой можно столкнуться, это возможность деформации приборов из более мягкого алюминия при неаккуратном обращении. Устанавливая их, следует соблюдать определенную осторожность.

Радиатор алюминиевый или биметаллический: какой выбрать для дома

Может показаться, что комбинированное изделие — лучший вариант прибора отопления. Однако такой вывод делать не стоит. Целесообразность использования различных устройств зависит от условий их эксплуатации. Так, батареи из алюминия хорошо себя зарекомендовали в сетях низкого давления. Это все системы в частных и в малоэтажных домах. Оптимальным вариантом для таких моделей считается обогрев в одно, максимум трехэтажных домах.

Лучше всего они себя «чувствуют» в системах открытого типа. Комбинированный вариант хорош для сетей высокого давления. Он способен перенести значительные гидроудары и скачки температур. Такие модели идеальны для высоток, крупных многоэтажек с большим количеством помещений и т.п. Возможно, проблемы выбора бы просто не существовало, если бы оба вида устройств имели примерно одинаковую стоимость.

Однако цена биметалла заметно выше. В перерасчете на квартиру или на дом получается существенная разница. Поэтому при выборе батарей настоятельно рекомендуется учитывать условия их эксплуатации и, исходя из этого, принимать решение. Не стоит пытаться сэкономить на качестве. Дешевые подделки не только прослужат меньше, по причине повышенного риска аварии они представляют опасность для здоровья проживающих в доме.

Текст: Инна Ясиновская

таблица и сравнение основных видов батарей, увеличение КПД

Главной характеристикой отопительных приборов является показатель их теплоотдачи. С вопросом выбора радиаторов сталкиваются чаще всего на стадии проектирования дома и его системы отопления. При расчете необходимого количества тепла для обогрева помещения нужно учитывать массу факторов.

Чтобы упростить задачу, можно воспользоваться таблицами теплоотдачи алюминиевых радиаторов отопления или батарей, изготовленных из других материалов.

При выборе радиатора нужно учитывать множество факторов

Основные виды

Если разрабатывается проект нового дома, то часто приходится искать информацию о том, у каких батарей лучше теплоотдача. Сегодня на рынке можно найти устройства, изготовленные из различных материалов, что оказывает значительное влияние на теплоотдачу прибора. Вполне очевидно, что этот показатель разный у всех видов устройств.

Чугунные батареи

Эти устройства различаются габаритами, а также числом секций в сборке. Следует заметить, что каждая секция может иметь один либо два канала. Ширина радиатора зависит от площади обогрева. Чем этот показатель выше, тем больше должно быть соединено секций. Кроме этого, нужно помнить, что на температуру внутри помещения влияют и другие факторы:

В этом видео вы узнаете, как рассчитать теплоотдачу одной секции:

Количество и габариты оконных проемов.
Число стен, контактирующих с внешней средой.
Материал строения.
Степень утепления потолка, стен, пола и т.д.

Так как вес чугунных батарей достаточно большой, при их монтаже приходится использовать прочные крепления. Также сегодня на рынке встречаются модели, оснащенные ножками. Среди преимуществ чугунных устройств можно отметить их нетребовательность к качеству воды. В результате внутренняя полость батареи слабо подвержена коррозии, это значительно увеличивает срок ее эксплуатации.

Следует заметить, что стоимость чугунных отопительных устройств значительно ниже в сравнении с конкурентами.

Алюминиевые радиаторы

Батареи из алюминия с внешней стороны покрыты слоем специального порошка, что позволяет увеличить устойчивость устройств к негативному воздействию внешней среды. Нанесено защитное полимерное покрытие и на внутреннюю поверхность. Отличительной чертой радиаторов из алюминия является их привлекательный внешний вид.

В этом плане они превосходят чугунные устройства. Все алюминиевые батареи можно разделить на две группы в зависимости от способа изготовления:

Литые. Батарея отливается под давлением.
Экструдированные. Из пластичного алюминия экструдируются секции, а верхняя и нижняя части радиатора отливаются. Затем все элементы конструкции склеиваются.

Устройства первого типа имеют более прочную конструкцию и способны лучше переносить гидроудары.

Подобные батареи делятся на 2 группы

Биметаллические отопительные приборы

Технические характеристики этих устройств напрямую связаны с их конструкцией — в алюминиевом корпусе находится стержень, изготовленный из антикоррозийного сплава, контактирующий с теплоносителем. В результате увеличивается антикоррозийная устойчивость и теплоотдача. Биметаллические радиаторы имеют небольшой вес, что облегчает процесс их монтажа.

Также производятся полубиметаллические приборы. В них из стали изготовлены усиливающие вертикальные трубки элементы, а с теплоносителем контактирует алюминий. Срок службы таких радиаторов ниже в сравнении с биметаллическими, как и стоимость. Таким образом, при установке батарей в системы центрального отопления стоит использовать биметаллические устройства. У биметаллических радиаторов отопления характеристики теплоотдачи самые высокие среди всех типов батарей.

Данные батареи легко устанавливать

Стальные устройства

На рынке радиаторы, изготовленные из стали, представлены в большом количестве. В соответствии с конструктивными особенностями их можно разделить на две группы — трубчатые и панельные. В первом случае устройство состоит из верхнего и нижнего коллектора, соединенных с помощью вертикальных трубок. Чтобы увеличить площадь рабочей поверхности батареи, можно соединять несколько секций.

Панельные радиаторы из стали представляют собой две пластины, соединенные точечной сваркой, между которыми циркулирует теплоноситель. Благодаря такой конструкции значительно повышается показатель теплоотдачи. Панели можно соединять, но в такой ситуации радиатор становится очень тяжелым. Оба вида стальных батарей обладают большим сроком эксплуатации. Чтобы было проще сделать выбор, можно воспользоваться таблицей теплоотдачи радиаторов отопления.

Способы установки

Показатель теплоотдачи радиаторов отопления зависит не только от материала, использовавшегося для их изготовления. Не менее важно правильно выполнить подключение устройств к системе отопления. Для этого применяется несколько способов:

Диагональный. Подающая теплоноситель труба подсоединяется сверху слева, а отвод по диагонали — справа снизу. Это наиболее эффективный способ подключения радиаторов, так как устройство полностью прогревается.
Боковой. Обе трубы подсоединяются с одной стороны. Не самый эффективный способ — если в состав батареи входит много секций, то они не смогут полностью прогреться.
Нижнее подсоединение. Трубы подсоединяется с двух сторон снизу.
Верхнее подключение. Подводящая теплоноситель труба подключается сверху слева, а отвод — снизу справа.

Увеличение теплоотдачи и КПД

Чтобы добиться максимально эффективной работы радиаторов, нужно рассчитать площадь помещения и мощность оборудования. В умеренном климате рекомендуется на каждый 1 м² помещения монтировать батареи, имеющие показатель теплопроводности от 70 до 100 Вт/м². В северных регионах не обойтись без использования более мощных устройств — 150-200 Вт/м².

Чтобы повысить показатель отдачи тепловой энергии батарей, рекомендуется:

Утепление помещений. Чтобы снизить теплопотери строения, его необходимо утеплить. Причем это нужно сделать не только изнутри, но и снаружи, не забывая о крыше. Наиболее популярным утеплителем для домов являются пенопластовые панели.
Монтаж отражателей. Чаще всего используется фольга либо пенопропилен. Отражатель необходимо установить на стене за радиатором.
Герметичность. Потери тепла в помещении значительно увеличиваются, когда есть сквозняки. Утепляя дом, нужно позаботиться об окнах и дверях.

Для обеспечения эффективной работы системы отопления зачастую достаточно правильно рассчитать показатель мощности батареи. В таблицах КПД радиаторов отопления приведен расчетный показатель, гарантированный производителем. Однако его можно увеличить благодаря нескольким простым рекомендациям:

Необходимо поддерживать батареи в чистоте, так как пыль способна значительно снижать теплопередачу радиаторов.
Окрашивать батареи стоит в темные цвета. После этого КПД может повыситься на 15%.
Увеличить площадь поверхности устройства.

При выборе радиаторов нужно внимательно изучить его технические характеристики. Благодаря некоторым мероприятиям можно увеличить эффективность работы системы отопления. Хотя монтаж радиаторов и не является сложным процессом, стоит эту работу доверить профессионалам.

Мощность и теплоотдача алюминиевых радиаторов и других батарей

Монтаж новых батарей отопления всегда влечет за собой проблему выбора, притом у большинства людей нет конкретной информации о том или другом виде радиаторов. Проведем сравнение таких важных параметров, как допустимое рабочее давление, теплоотдача алюминиевых радиаторов и других видов батарей, что поможет решить, какие радиаторы лучше, и сделать правильный выбор. Именно материал изготовления оказывает решающее влияние на основные характеристики отопительного оборудования.

Сравнение теплоотдачи радиаторов разных видов

Одним из принципиально главных параметров является тепловая мощность, есть и другие факторы, чье значение не менее важно. Выбирать радиатор только по одной этой характеристике – неправильно. Необходимо знать, при каких условиях определенный тип отопительных обогревателей выдаст определенный тепловой поток, и какой период времени он может прослужить.

Правильнее будет все технические характеристики секционных радиаторов, а конкретнее:

алюминиевые;
биметаллические;
чугунные.

Сравним отопительные батареи по следующим ключевым характеристикам, которые напрямую влияют на их подбор:

тепловая мощность;
допустимое рабочее давление;
давление опрессовки;
объем;
вес.

Важно! Максимальный уровень нагрева теплоносителя не входит в расчеты, поскольку у любого типа радиаторов данный параметр достаточно высок, что уже делает их пригодными для установки в жилых помещениях.

В частных загородных домах или коттеджах давление теплоносителя бывает не выше 3 Бар, в домах подключенных центральной системе отопления этот параметр бывает 6 -15 Бар, все зависит от того, сколько этажей в здании.

Необходимо помнить и гидроударах, данное явление не является редкостью во время пуска в работу центральных тепловых сетей. Из-за этого в такую систему подойдут не все типы радиаторов, а параметр теплоотдачи необходимо сравнивать, учитывая параметры прочности изделия.

Вес и вместительность радиаторов также играют немаловажную роль в подключении их в систему отопления в частном доме. Если знать емкость радиатора, можно легко рассчитать общий объем воды в системе и, таким образом, сделать расчет теплоотдачи конкретного радиатора или батарей отопления. Вес изделия необходимо знать, чтобы определить метод крепления к наружной стене, которая построена, к примеру, из какого-либо пористого материала (газобетон) либо по каркасной технологии.

Теплоотдача различных радиаторов отопления таблица:

У стальных радиаторов теплоотдача находится на уровне около 120 Вт.

Самая высокая тепловая мощность у медных приоров отопления – около 400Вт!

Как рассчитать сколько нужно секций?

Чтобы обогреть все помещения потребуется знать мощность, которая потребуется для каждого помещения, только после этого расчет теплоотдачи батареи. Расчет тепла, которое потребуется для обогрева помещения, необходим для того, чтобы узнать из скольких секций должен состоять радиатор.

Чтобы определить, сколько тепла потребуется для обогрева комнаты применяется довольно простая формула. Исходя от места расположения, количество берется то количество теплоты, которое потребуется на 1м3 помещения, для южной стороны это значение будет 35 Вт/ м3 и 35 Вт/м3 для северной. Таким образом, объем требуемого помещения на одну из величин и в итоге узнаем необходимую мощность.

Для расчета мощности биметаллических или алюминиевых батарей, нужно учитывать параметры указанные производителем в паспорте. Исходя из этих данных, для одной секции батареи при DT = 70. Это говорит о том чему равняется тепловой поток при температуре подачи 105 ºС, а в обратке – 70 ºС. Это учитывая что температура внутри помещения будет около 18ºС.

Исходя из данных нашей таблицы, у биметаллического радиатора, одна секция с межосевым размером 500 мм составляет 204 Вт, но с учетом того что температура теплоносителя в подаче будет 105ºС.

Расчет мощности. Нынешние системы, тем более индивидуальные настолько сильно не нагревают теплоноситель, а это означает, что тепловой поток будет меньше. Для получения реальных значений необходимо просчитать характеристику DT для конкретных условий по формуле:

DT = (tпод + tобр) / 2 – tкомн,
где: tпод – температура воды в подающем трубопроводе; tобр – то же, в обратке; tкомн – температура внутри комнаты.

После этого теплоотдачу, указанную в паспорте изделия, необходимо умножить на поправочный коэффициент, который принимается в соответствии от значений DT по таблице:

К примеру, температура теплоносителя составляет 80/60оС, температура в комнате будет равна 21оС характеристика DT будет равна (80 + 60) / 2 – 21 = 49, поправочный коэффициент при этом составит – 0.63. В этом случае тепловой поток от одной секции такого же биметаллического радиатора будет равняться 204*0.63 = 128.5 Вт. Руководствуясь этими данными, подбирается необходимое количество секций, которые будут хорошо прогревать комнату.

У каких радиаторов теплоотдача лучше?

Как это видно из приведенной таблицы, где сравниваются теплоотдачи отопительных батарей, самая высокая мощность у биметаллических радиаторов отопления. Они представляют собой ребристый алюминиевый корпус, внутри которого находится прочный сварной каркас из металлических трубок, предназначенных для протока теплоносителя.

Данный вид отопительного оборудования отлично подойдет как для установки в частном доме с индивидуальной системой, так и для централизованной системы отопления. Главным минусом таких изделий является их высокая стоимость. Однако наилучшая теплоотдача биметаллических отопительных радиаторов, часто, позволяет сделать выбор в их сторону.

Несколько ниже теплоотдача у батарей из алюминия, но они немного легче и дешевле биметаллических. Данный вид радиаторов тоже можно монтировать в любых помещениях, но с условием наличия индивидуальной котельной с узлом водоподготовки. Одним из главных недостатков таких изделий является низкая устойчивость алюминия к электрохимической коррозии из-за теплоносителя низкого качества, который, как правило, свойственен центральным теплосетям. Батареи из этого материала лучше всего монтировать в индивидуальных системах.

Довольно сильно от остальных отличается теплоотдача чугунных радиаторов, которая гораздо ниже, несмотря на большую массу и емкость секций. Кажется, что подобные данные не позволяют данным изделиям конкурировать с предыдущими. Но их главным преимуществом являются – долгий срок службы и устойчивость к коррозии. Радиаторы из серого чугуна могут прослужить полвека, абсолютно не реагируя на качество теплоносителя.

А кроме этого из-за своей вместительности и массивности у подобных радиаторов самая большая тепловой инерцией. Это говорит о том, что чугунные батареи будут оставаться теплыми достаточно долго. Если рассматривать устойчивость к высокому давлению, то здесь радиаторам из чугуна похвастаться нечем. Устанавливать их в систему с высоким давлением довольно рискованно.

Радиаторы, изготовленные из стали, будут оптимальным решением для монтажа в автономных отопительных системах. Для центрального отопления подобные изделия не самый удачный вариант, из-за низкой устойчивости к высокому давлению.

Из положительных свойств данных изделий хочется выделить небольшой вес, высокую тепловую инертность, устойчивость к коррозии и достаточно хорошие показатели теплоотдачи. Из-за более узкого проходного отверстия, чем у стандартных стояков, они забиваются гораздо реже.

Но теплоотдача не является единственным параметром, который влияет на выбор нужной модели. Конечное решение должно приниматься только после того, как будут изучены и такие параметры как прочность, рабочее давление, устойчивость к коррозии и естественно цена.

Если разобрать более широкий спектр производителей, то ведущие позиции отдаются алюминиевым изделиям, благодаря высокой теплоотдаче и другим параметрам. Биметаллические будут стоить дороже, хотя единственным их преимуществом можно назвать, пожалуй, только рабочее давление.

Более бюджетное решение – стальные радиаторы отопления, чугунные – наоборот, для ценителей. Если не смотреть на советскую модель чугунных батарей марки МС140, стандартную «гармошку», то ретро радиаторы одни из самых дорогих.

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 высокоэнергетических групп литиевых батарей. Свойства рассеивания тепла литиевой батареей не только влияют на характеристики подводного аппарата, но и создают определенные риски для безопасности. Основываясь на широко распространенном 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 батареями 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 аккумуляторах, будут генерировать тепло, аккумуляторный 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 аккумуляторной кабине происходит накопление тепла, потому что тепло от аккумуляторной батареи не может рассеиваться своевременно. С другой стороны, неравномерно излучающий тепло аккумуляторный блок вызовет локальную разницу температур, что приведет к неравномерной работе аккумуляторов и, в конечном итоге, повлияет на общую производительность аккумуляторов.

В настоящее время отечественные и зарубежные ученые сосредоточили свое внимание на проблеме безопасности АНПА, использующей литиевые батареи для проведения соответствующих исследований.В [2–7] было проведено исследование стратегии управления тепловым балансом литиевой батареи и системы терморегулирования, рассчитанной на непостоянное влияние срока службы батареи. В [8–10] метод сопряженной теплопередачи «жидкость-твердое тело» был использован для создания математической физической модели процесса теплопроводности внутри аккумуляторной кабины АНПА применительно к проблеме охлаждения аккумуляторной батареи АПА. 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], анализ стационарного 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] была создана модель крупномасштабного аккумуляторного блока для исследования рассеивания тепла аккумуляторным блоком; в первую очередь он был сосредоточен на области электроэнергетики для транспортных средств на новой энергии.В [14, 15] модель для прогнозирования производительности литиевых батарей была создана 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 использованием BMS.Доступны несколько подходов к моделированию: эмпирические модели, статистические модели и электрические модели [18, 19]. В [20] локальное тепловыделение в односекционном литий-ионном аккумуляторном элементе было исследовано 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 движения электромобиля (EV). циклы.

Существующие исследования в основном сосредоточены на разработке системы контроля теплового баланса аккумуляторной батареи. Что касается исследований схемы охлаждения аккумуляторной батареи АПА, анализ проводился только для навигации в температурном поле аккумуляторного отсека, но с исследованиями структурной схемы тепловых характеристик аккумуляторной батареи мало что связано. 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, вызываемого 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 теплообмена, 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 предположен 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
Процесс внутренней 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 (), — 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, можно считать, что внутренняя температура батареи распределена приблизительно равномерно.Согласно гипотезе Бернарди, скорость тепловыделения в отдельной 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 теплопереноса 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 (), а — температура воздуха ().
Интегральное уравнение сохранения энергии в виде уравнения работы аккумуляторной батареи кабины можно выразить следующим образом: где — общее количество тепла, выделяемого аккумуляторной батареей (), — это тепло, рассеиваемое из аккумуляторной кабины наружу ( ), и — тепло, поглощаемое аккумуляторной кабиной ().
Теплообмен между аккумулятором и стеной автомобиля происходит в основном за счет естественной конвекции воздуха, а тепло, выделяемое аккумуляторной частью, рассеивается в окружающую среду через кожух. Другая часть тепла поглощается корпусом транспортного средства, что приводит к повышению температуры аккумуляторной кабины. Целью данного исследования является увеличение и уменьшение доли, тем самым снижая температуру аккумуляторного модуля: Граничные условия: где — площадь теплопередачи внутренней стенки транспортного средства (), — 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 принудительный конвекционный теплоперенос, который можно выразить следующим образом: где теплообмен между аккумуляторной кабиной и морской воды (), — 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 числом Рейнольдса и числом 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 выбрана обмоточная литий-тионилхлоридная батарея с названием 18650.Числовые параметры, относящиеся к одной батарее 18650, показаны в таблице 1.
Параметр Значение
Диаметр [м] 0,018
Длина [м] 0,065
Масса [кг] 0,048
Внутреннее сопротивление [] 0,03–0,06
Плотность [кг · м ⁻³] 2900
Удельная теплоемкость [Дж · кг ⁻¹ · K ⁻¹] 1000
Эквивалентная теплопроводность [Вт · м ⁻¹ · K ⁻¹] 3
Номинальное напряжение [В] 3.6
Номинальная мощность [А · ч] 2,5
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 аккумуляторного отсека определяется, когда значения равны,,,,,,,, и (где — диаметр аккумулятора). Распределение температуры показано на Рисунке 2.
В таблице 2 представлены разницы температур внутри батарейного отсека, когда батареи расположены на разном расстоянии между элементами.Изменения разницы температур в аккумуляторном отсеке при различных расстояниях между элементами показаны на рисунке 3.
Расстояние между элементами (м)
Значение разницы температур (° C) 0,68 0,63 0,59 0.56 0,53 0,51 0,50 0,49 0,48 0,47

Таблица 2 и рисунок 3 показывают, что по мере увеличения расстояния между батареями внутренний 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 батарейного блока
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 последовательного 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 энергетическим оценкам, для аккумуляторной батареи требуется не менее 189 батарей при использовании 18650 литий / тионилхлоридных батарей.
Параметр Значение
Скорость 4 кН
Полет 70 км
Мощность 180 Вт
Рабочее напряжение 21 В ~ 30 В
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 уточнены 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 и — максимальная площадь поперечного сечения транспортного средства.
Следовательно, ток через одну батарею равен выходной мощности отдельной батареи () и ее номинальному напряжению (). это общее количество ячеек батареи в теле.
Видно, что выделение тепла отдельной батареей связано со скоростью транспортного средства.Выберите скорость автомобиля 4 узла, 5 узлов и 6 узлов. Рабочие параметры батарей при различных скоростях показаны в Таблице 4.
Скорость / кН Ток одной батареи / А Коэффициент поверхностной теплоотдачи (Вт / (м ² · K)) Тепловая мощность (Вт / м ³)
4 0,27 1564 172
5 0.52 2854 655
6 0,90 4094 1958
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 плавания 4 узла разница температур составляет 1,58 ° C; при скорости 5 узлов разница температур составляет 4,60 ° C; а при скорости 6 узлов разница температур составляет 10,96 ° C.
Таким образом, 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 производства 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 по мере увеличения скорости автомобиля.
4.2.2. Влияние различных температур окружающей среды на зависимость температуры внутри кабины от времени
Для 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, температуры морской воды составляют 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 аккумуляторном отсеке равна 1.59 ° C при температуре воды 20 ° C.

После непрерывной разрядки аккумуляторов в течение 10 часов анализ моделирования показывает, что при крейсерской скорости транспортного средства 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; разница 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, чем последовательное, с точки зрения температурного градиента. (3) Скорость движения влияет на изменение температурного градиента 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.
Произошла ошибка при настройке пользовательского файла cookie
Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности. Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.
Настройка вашего браузера для приема файлов cookie
Существует множество причин, по которым cookie не может быть установлен правильно. Ниже приведены наиболее частые причины:
В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки своего браузера, чтобы он принимал файлы cookie, или чтобы спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
Ваш браузер спрашивает вас, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались. Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, 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 проконсультироваться с системным администратором.
Почему этому сайту требуются файлы cookie?
Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу. Чтобы предоставить доступ без файлов cookie потребует, чтобы сайт создавал новый сеанс для каждой посещаемой страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.
Что сохраняется в файле cookie?
Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в cookie; никакая другая информация не фиксируется.
Как правило, в файлах cookie может храниться только информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта. Например, сайт не может определить ваше имя электронной почты, пока вы не введете его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступа к остальной части вашего компьютера, и только сайт, который создал файл cookie, может его прочитать.
Исследование теплового взаимодействия и рассеивания тепла цилиндрических литий-ионных аккумуляторных элементов
Abstract
Цилиндрические литий-ионные аккумуляторы широко используются в качестве источника питания для электрических и гибридных транспортных средств из-за их компактных размеров и высокой удельной мощности. Аккумуляторная батарея 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 КПД по току 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 к себе 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 распределение деталей.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 критических справочных материалов при проектировании конструкции аккумуляторной батареи и планировании стратегий охлаждения.
Ключевые слова
Цилиндрическая литий-ионная батарея
Численное моделирование
Рекомендуемые статьиЦитирующие статьи (0)
© 2017 Автор (ы). Опубликовано Elsevier Ltd.
Рекомендуемые статьи
Цитирующие статьи
Battery Thermal Management
Температурные эффекты
Пределы рабочих температур
Все батареи зависят от своего действия в электрохимическом процессе, будь то зарядка или разрядка, и мы знаем, что эти химические реакции в некотором роде зависят от температуры.Номинальная производительность батареи обычно указывается для рабочих температур где-то в диапазоне от + 20 ° C до + 30 ° C, однако фактическая производительность может существенно отличаться от этого, если батарея эксплуатируется при более высоких или более низких температурах. См. Температурные характеристики для получения типичных графиков производительности.
Закон Аррениуса говорит нам, что скорость, с которой протекает химическая реакция, увеличивается экспоненциально с повышением температуры (см. Срок службы батареи).Это позволяет получать больше мгновенной энергии от батареи при более высоких температурах. В то же время более высокие температуры улучшают подвижность электронов или ионов, уменьшая внутренний импеданс ячейки и увеличивая ее емкость.
В верхней части шкалы высокие температуры могут также вызвать нежелательные или необратимые химические реакции и / или потерю электролита, что может вызвать необратимое повреждение или полный выход батареи из строя. Это, в свою очередь, устанавливает верхний предел рабочей температуры для аккумулятора.
В нижней части шкалы электролит может замерзнуть, что приведет к ограничению низкотемпературных характеристик. Но значительно выше точки замерзания электролита производительность батареи начинает ухудшаться, поскольку скорость химической реакции снижается. Даже если батарея может работать при температурах до -20 ° C или -30 ° C, производительность при 0 ° C и ниже может быть серьезно снижена.
Обратите также внимание на то, что нижний рабочий предел температуры батареи может зависеть от ее состояния заряда.Например, в свинцово-кислотном аккумуляторе по мере разряда аккумулятора сернокислый электролит становится все более разбавленным водой, и его точка замерзания соответственно увеличивается.
Таким образом, аккумулятор необходимо поддерживать в ограниченном диапазоне рабочих температур, чтобы можно было оптимизировать как емкость заряда, так и срок службы. Поэтому для практической системы может потребоваться как нагрев, так и охлаждение, чтобы поддерживать ее не только в рабочих пределах, указанных производителем батареи, но и в более ограниченном диапазоне для достижения оптимальной производительности.
Управление температурой — это не просто соблюдение этих ограничений. Батарея подвержена нескольким одновременным внутренним и внешним тепловым воздействиям, которые необходимо контролировать.
Источники тепла и водоотводы
Электрический нагрев (Джоулев нагрев)
При работе любой батареи выделяется тепло из-за потерь I ² R, поскольку ток течет через внутреннее сопротивление батареи, независимо от того, заряжается она или разряжается.Это также известно как Джоулев нагрев. В случае разряда общая энергия в системе фиксирована, а повышение температуры будет ограничено доступной энергией. Однако это все еще может вызвать очень высокие локальные температуры даже в батареях с низким энергопотреблением. Во время зарядки такое автоматическое ограничение не применяется, поскольку нет ничего, что могло бы помешать пользователю продолжать накачивать электрическую энергию в аккумулятор после того, как он полностью зарядился. Это может быть очень рискованная ситуация.
Разработчики аккумуляторов стремятся поддерживать внутреннее сопротивление ячеек как можно более низким, чтобы минимизировать тепловые потери или тепловыделение внутри батареи, но даже с сопротивлением элементов всего 1 миллиОм нагрев может быть значительным.См. Примеры в разделе «Влияние внутреннего импеданса».
Термохимический нагрев и охлаждение
Помимо джоулева нагрева, химические реакции, происходящие в ячейках, могут быть экзотермическими, добавляясь к выделяемому теплу, или они могут быть эндотермическими, поглощая тепло в процессе химического воздействия. Поэтому перегрев с большей вероятностью будет проблемой при экзотермических реакциях, в которых химическая реакция усиливает тепло, выделяемое током, а не эндотермическими реакциями, когда химическое воздействие ему противодействует.В аккумуляторных батареях, поскольку химические реакции обратимы, химические вещества, которые являются экзотермическими во время зарядки, будут эндотермическими во время разряда и наоборот. Так что от проблемы никуда не деться. В большинстве случаев джоулев нагрев будет превышать эффект эндотермического охлаждения, поэтому меры предосторожности все же необходимо принимать.
Свинцово-кислотные аккумуляторы экзотермичны во время зарядки, а аккумуляторы VRLA склонны к тепловому разгоне (см. Ниже). NiMH-элементы также являются экзотермическими во время зарядки, и по мере приближения к полной зарядке температура элемента может резко повыситься.Следовательно, зарядные устройства для никель-металлгидридных элементов должны быть спроектированы так, чтобы определять это повышение температуры и отключать зарядное устройство, чтобы предотвратить повреждение элементов. Напротив, никелевые батареи с щелочными электролитами (NiCad) и литиевые батареи эндотермичны во время зарядки. Тем не менее, при зарядке этих аккумуляторов возможен тепловой разгон, если они подвержены перезарядке.
Термохимия литиевых элементов немного сложнее, в зависимости от степени внедрения ионов лития в кристаллическую решетку.Во время зарядки реакция сначала является эндотермической, а затем переходит в слегка экзотермическую в течение большей части цикла зарядки. Во время разряда реакция обратная, сначала экзотермическая, затем переходящая в слегка эндотермическую на протяжении большей части цикла разряда. Как и другие химические составы, эффект джоулевого нагрева больше, чем термохимический эффект, пока ячейки остаются в пределах своих проектных ограничений.
Внешнее тепловое воздействие
Тепловое состояние аккумулятора также зависит от окружающей среды.Если его температура выше температуры окружающей среды, он будет терять тепло из-за теплопроводности, конвекции и излучения. Если окружающая температура выше, аккумулятор будет нагреваться от окружающей среды. Когда температура окружающей среды очень высока, система терморегулирования должна работать очень усердно, чтобы поддерживать температуру под контролем. Одиночный элемент может очень хорошо работать при комнатной температуре сам по себе, но если он является частью аккумуляторной батареи, окруженной аналогичными элементами, все генерирующими тепло, даже если он несет одинаковую нагрузку, он может значительно превысить свои температурные пределы.
Температура — ускоритель
Конечным результатом термоэлектрических и термохимических эффектов, возможно, усиленных условиями окружающей среды, обычно является повышение температуры, и, как мы отметили выше, это вызывает экспоненциальное увеличение скорости протекания химической реакции. Мы также знаем, что при чрезмерном повышении температуры может произойти много неприятностей
Активные химические вещества расширяются, вызывая набухание клетки
Механическое искажение компонентов ячейки может привести к короткому замыканию или разрыву цепи
Могут происходить необратимые химические реакции, вызывающие необратимое снижение количества активных химикатов и, следовательно, емкости элемента
Продолжительная работа при высоких температурах может вызвать растрескивание пластиковых частей элемента
Повышение температуры вызывает ускорение химической реакции, повышение температуры еще больше и может привести к тепловому разгоне
Газы могут выделяться
Давление внутри ячейки
Ячейка со временем может разорваться или взорваться
Могут выделяться токсичные или легковоспламеняющиеся химические вещества
Судебные иски последуют за
Тепловая мощность — конфликт
По иронии судьбы, поскольку инженеры по аккумуляторным батареям стремятся втиснуть все больше и больше энергии во все меньшие объемы, разработчику приложений становится все труднее получить ее снова.К сожалению, большая сила батарей, изготовленных по новой технологии, также является источником их наибольшей слабости.
Теплоемкость объекта определяет его способность поглощать тепло. Проще говоря, для заданного количества тепла, чем больше и тяжелее объект, тем меньше будет повышение температуры, вызванное теплом.
В течение многих лет свинцово-кислотные батареи были одними из немногих источников питания, доступных для приложений с большой мощностью.Из-за их большого размера и веса повышение температуры во время работы не было большой проблемой. Но в поисках меньших и легких батарей с большей мощностью и плотностью энергии неизбежным следствием является уменьшение тепловой емкости батареи. Это, в свою очередь, означает, что для данной выходной мощности повышение температуры будет выше.
(Это предполагает аналогичный внутренний импеданс и аналогичные термохимические свойства, что не обязательно так.В результате отвод тепла является серьезной инженерной проблемой для аккумуляторов с высокой плотностью энергии, используемых в мощных приложениях. Разработчики ячеек разработали инновационные методы строительства ячеек, чтобы отводить тепло от ячейки. Разработчики аккумуляторных батарей должны найти столь же инновационные решения, чтобы избавить аккумулятор от тепла.
Температурные характеристики аккумуляторных батарей EV и HEV
Аналогичные конфликты возникают с аккумуляторами электромобилей и сверхвысокого напряженияАккумулятор электромобиля большой, с хорошей способностью рассеивать тепло за счет конвекции и теплопроводности и подвержен небольшому повышению температуры из-за своей высокой теплоемкости. С другой стороны, батарея HEV с меньшим количеством ячеек, но каждая из которых имеет более высокий ток, должна выдерживать ту же мощность, что и батарея EV, менее чем на одну десятую размера. Благодаря более низкой теплоемкости и более низким характеристикам рассеивания тепла это означает, что аккумулятор HEV будет подвергаться гораздо более высокому повышению температуры.
Принимая во внимание необходимость поддерживать работу элементов в допустимом температурном диапазоне (см. Срок службы в разделе «Отказы литиевой батареи»), аккумулятор электромобиля с большей вероятностью столкнется с проблемами, связанными с поддержанием его тепла на нижнем конце диапазона температур, в то время как аккумулятор HEV с большей вероятностью будет иметь проблемы с перегревом в условиях высокой температуры, даже если они оба рассеивают одинаковое количество тепла.
В случае электромобиля при очень низких температурах окружающей среды самонагрев (нагрев I ² R) за счет протекания тока во время работы, скорее всего, будет недостаточным для повышения температуры до желаемых рабочих уровней из-за большого размера батареи и для повышения температуры могут потребоваться внешние нагреватели. Это может быть обеспечено за счет отвода части емкости батареи на обогрев. С другой стороны, такое же тепловыделение I ² R в аккумуляторной батарее HEV, работающей в высокотемпературных средах, может привести к тепловому разгоне, и необходимо обеспечить принудительное охлаждение.
См. Также Технические характеристики EV, HEV и PHEV в разделе «Тяговые батареи»
.
Термический побег
Рабочая температура, достигаемая в батарее, является результатом увеличения температуры окружающей среды за счет тепла, выделяемого батареей. Если аккумулятор подвергается чрезмерному току, возникает возможность теплового разгона, что приводит к катастрофическому разрушению аккумулятора.Это происходит, когда скорость выделения тепла внутри батареи превышает ее способность рассеивания тепла. Это может произойти при нескольких условиях:
Первоначально тепловые потери I ² R зарядного тока, протекающего через элемент, нагревают электролит, но сопротивление электролита уменьшается с температурой, так что это, в свою очередь, приведет к более высокому току, вызывающему еще более высокую температуру, усиление реакции до достижения состояния выхода из-под контроля.
Во время зарядки зарядный ток вызывает экзотермическую химическую реакцию химических веществ в элементе, которая усиливает тепло, выделяемое зарядным током.
Или во время отвода тепла, возникающего в результате экзотермического химического воздействия, генерирующего ток, усиливается резистивный нагрев из-за протекания тока внутри элемента.
Слишком высокая температура окружающей среды.
Недостаточное охлаждение
Если не приняты какие-либо защитные меры, последствия теплового разгона могут привести к расплавлению элемента или повышению давления, что приведет к взрыву или возгоранию, в зависимости от химического состава и конструкции элемента. См. Более подробную информацию в разделе «Неисправности литиевых батарей».
Система терморегулирования должна держать все эти факторы под контролем.
Примечание
Температурный разгон может произойти во время зарядки свинцово-кислотных аккумуляторов с регулируемым клапаном, когда выделение газа запрещено, а рекомбинация способствует повышению температуры. Это не относится к залитым свинцово-кислотным аккумуляторным батареям, поскольку электролит выкипает.
Регуляторы температуры
Обогрев
Относительно легко справиться с низкотемпературными условиями эксплуатации.В простейшем случае в батарее обычно достаточно энергии для питания самонагревательных элементов, которые постепенно доводят батарею до более эффективной рабочей температуры, когда нагреватели могут быть отключены. В некоторых случаях достаточно, чтобы аккумулятор не перезаряжался, когда он не используется. В более сложных случаях, например, с высокотемпературными батареями, такими как батарея Zebra, работающая при температурах, значительно превышающих нормальные температуры окружающей среды, может потребоваться некоторый внешний обогрев, чтобы довести батарею до рабочей температуры при запуске, и может потребоваться специальная теплоизоляция для поддержания температуру как можно дольше после выключения.
Охлаждение
Для маломощных батарей достаточно обычных схем защиты, чтобы поддерживать батарею в рекомендуемых пределах рабочих температур. Однако цепи большой мощности требуют особого внимания к управлению температурным режимом.
Проектные цели
Защита от перегрева —
В большинстве случаев это просто включает в себя мониторинг температуры и прерывание пути тока, если температура при достижении температурных пределов достигается с использованием обычных схем защиты.Хотя это предотвратит повреждение аккумулятора от перегрева, оно, тем не менее, может отключить аккумулятор до того, как будет достигнут предел допустимой нагрузки по току, что серьезно ограничит его производительность.
Рассеивание избыточного тепла —
Удаление тепла из батареи позволяет переносить более высокие токи до достижения температурных пределов. Тепло выходит из батареи за счет конвекции, теплопроводности и излучения, и задача разработчика блока состоит в том, чтобы максимизировать эти естественные потоки, поддерживая низкую температуру окружающей среды, путем обеспечения прочного, хорошего теплопроводного пути от батареи (с использованием металлических охлаждающих стержней или пластин между ними). ячейки, если необходимо), максимально увеличив площадь его поверхности, обеспечив хороший естественный поток воздуха через или вокруг блока и установив его на проводящей поверхности.
Равномерное распределение тепла —
Даже несмотря на то, что тепловая конструкция батареи может быть более чем достаточной для рассеивания общего тепла, выделяемого батареей, внутри батареи все же могут быть локализованные горячие точки, которые могут превышать указанные температурные пределы. Это может быть проблемой для ячеек в середине многоячеечной упаковки, которая будет окружена теплыми или горячими ячейками по сравнению с внешними ячейками в упаковке, которые обращены к более прохладной среде.
Температурный градиент аккумулятора может серьезно повлиять на срок его службы. Закон Аррениуса указывает, что с увеличением температуры на каждые 10 ° C скорость химической реакции увеличивается примерно вдвое. Это создает несбалансированную нагрузку на элементы в батарее, а также усугубляет любой возрастной износ элементов. См. Также «Взаимодействие между ячейками и балансировка ячеек».
Разделение ячеек во избежание этой проблемы увеличивает объем упаковки.Для выявления потенциальных проблемных участков может потребоваться тепловидение.
Пассивное рассеивание можно еще больше улучшить, установив ячейки в блок из теплопроводящего материала, который действует как теплоотвод. Передача тепла от ячеек может быть максимизирована, если для этой цели используется материал с фазовым переходом (PCM), поскольку он также поглощает скрытую теплоту фазового перехода при переходе из твердого в жидкое состояние. Находясь в жидком состоянии, конвекция также вступает в игру, увеличивая потенциал теплового потока и выравнивая температуру в аккумуляторном блоке.Для этого применения доступны высокопроводящие графитовые губчатые материалы, пропитанные воском, который поглощает дополнительное тепло, когда температура достигает точки плавления.
Минимальная прибавка в весе —
Для приложений с очень большой мощностью, таких как тяговые батареи, используемые в электромобилях и HEV, естественного охлаждения может быть недостаточно для поддержания безопасной рабочей температуры, и может потребоваться принудительное охлаждение. Это должно быть последним средством, поскольку это усложняет конструкцию батареи, увеличивает ее вес и потребляет электроэнергию.Однако, если принудительное охлаждение неизбежно, первым выбором будет принудительное воздушное охлаждение с помощью вентилятора или вентиляторов. Это относительно просто и недорого, но теплоемкость теплоносителя, воздуха, который предназначен для отвода тепла, относительно мала, что ограничивает его эффективность. В худшем случае может потребоваться жидкостное охлаждение.
Для очень высоких скоростей охлаждения требуются рабочие жидкости с более высокой теплоемкостью. Вода обычно является первым выбором, поскольку она недорогая, но можно использовать и другие жидкости, такие как этиленгликоль (антифриз), которые имеют лучшую теплоемкость.Вес хладагента, насосы для его циркуляции, рубашки охлаждения вокруг ячеек, трубопроводы и коллекторы для транспортировки и распределения хладагента, а также радиатор или теплообменник для его охлаждения — все это значительно увеличивает общий вес, сложность и стоимость. батареи. Эти штрафы вполне могут перевесить выгоды, которые, как ожидается, будут достигнуты за счет использования химического состава батарей с высокой плотностью энергии.
Рекуперация тепла
В некоторых приложениях, например в электромобилях, как указано выше, есть возможность использовать отработанное тепло для обогрева салона, и большинство автомобильных систем включают в себя некоторую форму интеграции управления температурой аккумуляторной батареи с системами управления климатом транспортного средства.Однако это полезно только в холодную погоду. В жарком климате высокая температура окружающей среды ложится дополнительным бременем на управление температурным режимом батареи.
% PDF-1.6 % 3203 0 объект > эндобдж xref 3203 82 0000000016 00000 н. 0000003272 00000 н. 0000003654 00000 н. 0000003700 00000 н. 0000003847 00000 н. 0000004241 00000 п. 0000004293 00000 н. 0000004345 00000 п. 0000004424 00000 н. 0000005542 00000 н. 0000006173 00000 п. 0000006429 00000 н. 0000007065 00000 н. 0000007315 00000 н. 0000007782 00000 н. 0000008044 00000 н. 0000036751 00000 п. 0000061987 00000 п. 0000078039 00000 п. 0000078186 00000 п. 0000078387 00000 п. 0000082843 00000 п. 0000095972 00000 п. 0000116605 00000 н. 0000116680 00000 н. 0000116806 00000 н. 0000116910 00000 н. 0000116955 00000 н. 0000117065 00000 н. 0000117110 00000 н. 0000117212 00000 н. 0000117257 00000 н. 0000117431 00000 н. 0000117476 00000 н. 0000117604 00000 н. 0000117649 00000 н. 0000117813 00000 н. 0000117858 00000 н. 0000117995 00000 н. 0000118040 00000 н. 0000118212 00000 н. 0000118257 00000 н. 0000118471 00000 н. 0000118516 00000 н. 0000118694 00000 н. 0000118739 00000 н. 0000119151 00000 п. 0000119196 00000 н. 0000119450 00000 н. 0000119495 00000 н. 0000119661 00000 н. 0000119706 00000 н. 0000119864 00000 н. 0000119909 00000 н. 0000120293 00000 н. 0000120338 00000 н. 0000120478 00000 н. 0000120523 00000 п. 0000120807 00000 н. 0000120851 00000 н. 0000121085 00000 н. 0000121129 00000 н. 0000121229 00000 н. 0000121273 00000 н. 0000121453 00000 н. 0000121497 00000 н. 0000121631 00000 н. 0000121675 00000 н. 0000121829 00000 н. 0000121873 00000 н. 0000121993 00000 н. 0000122037 00000 н. 0000122153 00000 н. 0000122197 00000 н. 0000122347 00000 н. 0000122390 00000 н. 0000122578 00000 н. 0000122621 00000 н. 0000122757 00000 н. 0000122800 00000 н. 0000003034 00000 н. 0000001980 00000 н. трейлер ] / Назад 1914808 / XRefStm 3034 >> startxref 0 %% EOF 3284 0 объект > поток h ެ ToLg z = h = Q [aX62 @ 1hl, NIcM ( , KpD 94dTl ا} Xfwh> y} _
Сколько тепла выделяет свинцово-кислотная батарея?
Сколько тепла выделяет свинцово-кислотная батарея?
Иногда нам задают очень интересные вопросы.Недавно нас спросили, сколько тепла выделяет промышленная резервная батарея. Честно говоря, это зависит от того, кого вы спрашиваете. У разных производителей аккумуляторов разные ответы на этот вопрос, и разные методы расчета дают существенно разные ответы.
Выделяемое или генерируемое тепло иногда называют «потерей тепла».
Автор данной статьи не дает рекомендаций по методам, приведенным ниже. Статья подготовлена, чтобы показать, что существует конфликт между различными используемыми методами.
В общих чертах вопрос задается для расчета требований к вентиляции, и в этой статье исследуются различные методы и демонстрируется изменчивость результатов.
Тепло выделяется при подзарядке, подзарядке и разрядке. Тепло, выделяемое при зарядке, является конечным, т.е. когда аккумулятор полностью заряжен, тепло больше не выделяется, но в этот момент аккумулятор переходит в фазу плавающего заряда, и пока аккумулятор находится на зарядке, тепло выделяется. Тепло, выделяемое при разряде, также ограничено, потому что после полной разрядки аккумулятора тепло не выделяется.Следовательно, мы должны рассмотреть три условия:
1) нагрев при подзарядке.
2) нагрев на плавающем заряде.
3) нагрев при разряде.
Все мы знаем, что свинцово-кислотные батареи тяжелые и имеют большую тепловую массу. Из-за этого во время перезарядки, плавающего заряда и разряда тепло, генерируемое внутри элементов, не будет немедленно рассеиваться в окружающую атмосферу, и существуют разные мнения о том, насколько быстро это будет происходить.Частично разногласия являются результатом разных размеров и форм элементов или моноблоков, составляющих батарею, а также того, являются ли они типами VRLA AGM, VRLA GEL или вентилируемыми.
В общих чертах, тепло — это ватты, а ватты можно рассчитать из V x I (вольт x ампер) или мы можем использовать I2R (амперы x амперы x сопротивление). Этот принцип эти формулы могут использоваться для расчета выделяемого тепла.
В этой статье в примерах используется следующая система батарей.В примерах рассматривается следующее: —
a) Аккумуляторная батарея мощностью 300 кВт в течение 15 м при температуре 20 ° C до не менее 408 В (в среднем 1,70 В на канал).
b) Батарея состоит из 3 параллельных цепочек, каждая из которых состоит из 40 моноблоков на 12 В; то есть 240 ячеек.
c) Напряжение холостого хода 2.27Vpc = 545V.
г) Номинальная емкость каждой гирлянды составляет 110 Ач, т.е. общая емкость батареи 330 Ач.
e) Внутреннее сопротивление каждого моноблока равно 3.8мОм. Это значение взято из информации производителя аккумулятора. Следовательно, сопротивление батареи составляет 3,8 мОм x 40 блоков / 3 струны = общее сопротивление 50,7 мОм.
f) Полностью заряженный ток холостого хода 1 мА на Ач = 330 мА. Значение 1 мА на Ач соответствует I-поплавку. (примечание ниже) значение из BS EN 50272.
g) Параметры заряда: ток 10% (33 А) и постоянное напряжение 2,27 В на канал (544,8 В).
(Примечание) — Полностью заряженный ток холостого хода можно получить у производителя батареи.Однако в соответствии с BS EN 50272 (Требования безопасности для вторичных батарей и их установки) типичное значение можно найти в таблице 1. В таблице приведены значения тока при зарядке с помощью зарядных устройств IU или U. Хотя эти значения используются для расчета выбросов газа при зарядке, их также можно использовать для оценки силы тока при полной зарядке. На практике это значения для наихудшего сценария со встроенным запасом прочности.
Для вентилируемых свинцово-кислотных аккумуляторов, свинцово-кислотных аккумуляторов VRLA и для никель-кадмиевых аккумуляторов значение указано как 1 мА на Ач для условий плавающего напряжения.Мы должны рассматривать Ah как номинальное значение при скорости 10 часов для свинцово-кислотного продукта и 5 часов для продукта NiCd.
Во-первых, нам нужно определить «перезарядку», и в этом контексте мы имеем в виду ток / время, необходимое для возврата емкости, удаленной для предыдущей разрядки. Мы только рассматриваем время полной зарядки.
Количество выделяемого тепла существенно не меняется, даже если параметры подзарядки могут отличаться. Например, ток зарядного устройства, то есть 5%, 10% или 15% C10 ампер, или при использовании истинного плавающего напряжения (например.г. 2.27Vpc) или повышенное напряжение (например, 2,40Vpc), существенно не изменяют выделяемое тепло или тепловые потери от батареи. Однако выделяемое тепло будет существенно отличаться в зависимости от глубины предыдущего разряда. Для промышленных резервных батарей и в этой статье мы рассматриваем характеристику перезарядки при постоянном напряжении / ограниченном токе; иначе известный как метод IU или модифицированного постоянного потенциала, такой как 2,27 В на канал или 2,40 В на канал или аналогичный, с ограничением тока.
На этом этапе стоит отметить, что некоторые производители аккумуляторов считают, что количество тепла, выделяемого при перезарядке, можно рассчитать с использованием того же метода, как если бы аккумулятор находился на плавающем заряде.Этот метод используется ниже в п. 1.1). Эта точка зрения принята, потому что любое тепло, выделяемое при перезарядке, не будет немедленно выделено из-за тепловой массы батареи.
Вычисления тепла усложняются, если мы принимаем во внимание удельные тепловые характеристики аккумулятора и, по крайней мере, один производитель аккумуляторов представил результаты, основанные на фактическом типе и конфигурации аккумулятора. Это не помогает определить количество тепла, выделяемого для каждой конфигурации батареи, и нам нужно что-то гораздо более простое для использования в повседневной ситуации.В конце концов, мы смотрим на типичное значение, которое может использоваться для целей охлаждения помещения, а не на конечную «лабораторную оценку». На практике хорошее приближение является достаточно точным.
Отсюда следует, что если количество тепла, выделяемого при перезарядке, меняется с предыдущим разрядом, все остальные параметры в целом не имеют значения. Затем мы можем оценить количество тепла, выделяемого при перезарядке, в зависимости от предыдущего разряда. Чтобы сделать расчет немного более точным, мы должны оценить время до полной зарядки на основе характеристик IU и предыдущей глубины разряда.У большинства производителей есть таблицы или даже программный метод определения времени до различных состояний заряда, включая время полной зарядки. Однако в целом можно сказать, что время до полной зарядки будет много часов, но время до 80% будет зависеть от характеристики IU. Во время перезарядки большая часть тепла будет выделяться в виде потерь, вплоть до того, что батарея будет заряжена на 80%, что будет составлять «постоянный ток» части перезарядки. Во время фазы постоянного тока i.е. до 80% заряда, тепло можно оценить с помощью принципа I2R. От 80% до 100% ток поплавка может использоваться для расчета тепла. Некоторые производители аккумуляторов считают, что ток заряда от 80% до 100% вдвое превышает теоретический ток холостого хода. В контексте реальной жары это можно рассматривать как разумный метод. Этот метод используется в п. 1.2) ниже.
1.1) Учитывая, что нагрев такой же, как если бы аккумулятор находился на плавающем заряде, мы имеем: —
V x I = W или альтернативный метод I2R = W.
1.1.1) В x I = Вт.
Единственная проблема — решить, какое напряжение и какой ток использовать.
Для напряжения разумно рассматривать напряжение как фактическое напряжение холостого хода на клеммах батареи.
Для тока разумно использовать значение I float, как определено в BS EN 50272.
Рассчитать на 1 блок: —
2,27 В на канал x 6 ячеек x 110 мА = 1,498,2 мВт
Следовательно, для блоков 40 x 3 = 1498.2 x 40 x 3 = 179 784 мВт = 179,784 Вт.
Это тепло будет на время перезарядки 76 часов. Следовательно, тепло можно выразить как 180 Вт x 76h = 13 680 Втч , но более 76h = 180 Вт.
1.1.2) I2R = Вт
Мы можем использовать тот же ток, что и выше, то есть я плаваю, а для напряжения R мы можем использовать сопротивление блока, то есть 3,8 мОм. Из расчета на 1 блок: —
110 мА x 110 мА x 3.8 мОм. = 0,04598 мВт
Следовательно, для блоков 40 x 3 = 5,5176 мВт.
Это тепло будет на время перезарядки 76 часов. Следовательно, тепло можно выразить как 5,5176 мВт x 76ч = 0,42Втч , но за время перезарядки 76 часов = 5,5 мВт.
1.2) Нагрев до 80% заряда плюс нагрев от 80 до 100% заряда
1.2.1) Нагреть до 80% заряда
Учитывая описанную выше систему аккумуляторов, мы знаем, что ток перезарядки будет составлять 33 А до 80% заряда, а с 80% мы будем использовать 2-кратный плавающий ток, то есть, если мы используем метод 2-кратного плавающего тока, ток 330 х 2 = 660 мА.Нам нужно установить состояние заряда после разряда. Предположим наихудший случай максимального тока на 15 м: —
Максимальный ток = 300кВт x 1000 / 408В = 735A
Удаленная емкость = (735 А x 15 м) / 60 = 184 Ач или 146 Ач заряженных (330 Ач — 184 Ач).
Эти 184 Ач соответствуют 56% разряженным или 44% заряженным.
Мы знаем, что ток перезарядки 33 А (11 А на цепочку) будет течь до тех пор, пока аккумулятор не будет заряжен на 80%.Состояние заряда 80%: = 330Ач x 0,8 = 264Ач.
Время от 146Ач в аккумуляторе в конце предыдущего разряда до 264Ач в аккумуляторе = 118Ач / 33А = 3,6ч.
Теперь мы можем оценить тепло от начала подзарядки до 80% заряда, как показано ниже.
Использование I2R на блок: —
11A x 11A x 3,8 мОм = 495,8 мВт.
Следовательно, для блоков 40 x 3 = 59,496 мВт
Этот ток будет течь 3.6h, что может быть выражено как 214Wh.
ПРИМЕЧАНИЕ. Внутреннее сопротивление промышленных аккумуляторов существенно не меняется от 100% заряженных до 10% заряженных. Следовательно, принцип I2R действителен.
1.2.2) Нагрев с 80% до 100% заряда
Нам необходимо установить время от 80% заряда до полного заряда, и производитель батареи должен предоставить эту информацию. Однако разумным предположением для оценки тепла было бы 72 часа.Принято считать, что полностью разряженный аккумулятор можно перезарядить, используя постоянный ток и ток перезарядки от 5% до 15% в течение 72 часов. Если мы предполагаем полные 72 часа, мы рассматриваем наихудший сценарий.
Теплоотдача блока теперь может быть оценена как: —
110 мА x 110 мА x 3,8 мОм. = 0,04598 мВт
Следовательно, для блоков 40 x 3 = 5,5176 мВт.
Это тепло будет на время перезарядки 72 часа.Следовательно, тепло можно выразить как 5,5176 мВт x 72h = 0,40 Втч , и если мы удвоим это значение, мы получим 0,79 Втч.
Складывая 1.2.1) с 1.2.2) получаем 214 Втч + 0,79 Втч = 215 Втч. Это время полной зарядки, равное 215 Втч / 76 часов = 2,83 Вт
Большинство производителей аккумуляторов рассматривают тепловыделение при подзарядке как простое выражение вольт x ток. V x I = W, то есть вольт x ток = ватт. В качестве альтернативы может использоваться принципал I2R.
Для получения информации о токе мы можем связаться с производителем батарей или обратиться к международным стандартам, таким как BS EN 50272.
Теперь мы можем произвести расчет. Ниже приведен расчет для той же батареи, о которой говорилось выше, то есть для батареи, состоящей из 40 моноблоков на 12 В по 330 Ач. Можно сделать два альтернативных расчета. В 2.1) мы используем метод V X I, а в 2.2) мы используем метод I2R.
2.1) С учетом метода V x I: —
Считаем за 1 блок: 2.27 В на канал x 6 ячеек x 1 мА на А · ч x 110 А · ч = 1,496 Вт.
Следовательно, для полной батареи из 40 блоков и 3-х струн: —
1,496 Вт x 40 x 3 = 180 Вт.
Это тепло будет генерироваться, пока батарея находится в режиме постоянного заряда.
2.2) С учетом метода I2R: —
Рассмотрим для одного блока: 110 мА x 110 мА x 3,8 мОм = 0,04598 мВт
Следовательно, для блоков 40 x 3 = 5.5176 мВт или 0,005 Вт.
Это тепло будет генерироваться, пока батарея находится в режиме постоянного заряда.
Интересно, что многие производители аккумуляторов не указывают значение тепла, выделяемого при разряде, потому что свинцово-кислотные аккумуляторы считаются эндотермическими. Однако производители обычно соглашаются с тем, что все внутренние компоненты и внешние соединения имеют сопротивление и будут выделять тепло при протекании тока.
Опять же, можно использовать простой математический расчет, и большинство производителей батарей принимают I2R как разумное приближение к потерям тепла при разряде.Нам нужно знать ток разряда и внутреннее сопротивление аккумуляторной системы.
Используя ту же батарею 40 x 12 В, разряженную на 300 кВт на 15 м, нам сначала нужно изменить 300 кВт на ток, который можно использовать в расчетах. «Безопасный вариант» — это рассмотреть конец напряжения разряда, а затем рассчитать максимальный ток. Конечное напряжение разряда было задано равным 408 В (см. Выше). Следовательно, максимальный ток составляет 300кВт x 1000 / 408В = 735А.
Потери тепла рассчитываются как: —
735A x 735A x 50.7 мОм = 27,4 кВт.
Это может быть выражено как Вт-ч, т. Е. 27,4 кВт x 0,25 ч = 6,85 кВт-ч
Поскольку аккумулятор имеет тепловую массу, может пройти много часов, прежде чем это тепло передается в окружающий воздух. Батарея в этой статье будет весить приблизительно 4800 кг. Некоторые производители считают, что тепло, рассеиваемое в комнате, будет распределяться в 10 раз больше времени разряда. В этом примере это будет 2,5 часа. Это будет 2.74кВт за 10ч.
Стоит посмотреть на общие размеры и вес батареи, чтобы оценить потери тепла по сравнению с физическими параметрами батареи. Если бы тепло производилось в пределах 1 м3, это было бы значительно. Однако, если бы тепло находилось в пределах 10 м3, воздействие было бы минимальным. Следующие параметры являются реальными для батареи из блоков 3 x 40 x 110 Ач x 12 В, что дает такую перспективу.
Несмотря на то, что размеры и вес, указанные ниже, являются действительными, мы должны помнить, что подставка открытого типа с большим свободным объемом вокруг моноблоков.Общий объем с учетом открытого пространства внутри ячеек, а также между рядами и ярусами рассчитывается как: —
3,7 x 0,8 x 1,3 = 3,8 м3
Тип стойки: 2 ряда по 3 яруса открытого стального типа.
Длина: 3,7 м
Глубина: 0,8 м
Общая высота: 1.3м
Объем: 3,8 м3
Вес: 4000 кг
Трудно обосновать результаты нагрева, когда батарея находится на подзарядке или в режиме плавающего заряда, потому что батареи не соответствуют стандартным электрическим характеристикам, и поэтому результаты должны быть сомнительными. Мы знаем, что закон Ома применительно к батареям не работает. Во многом это связано с характеристиками ОБРАТНОЙ ЭДС аккумуляторов, что делает расчеты V x I сомнительными.Следовательно, любые математические результаты, основанные на этом принципе, должны вызывать подозрение. Соответственно, расчеты V x I должны вызывать подозрение. Чтобы понять это более полно, мы можем рассчитать теоретический ток холостого хода, используя метод I = V / R. В наших примерах мы знаем, что приложенное напряжение холостого хода составляет 2,27 В на канал, то есть 13,62 В для блока из 6 ячеек 12 В, и мы знаем, что сопротивление составляет 3,8 МОм. По закону Ома ток холостого хода должен быть I = V / R = 13,62 В / 3,8 мОм = 3584 А. Ясно, что это неверно.
Если расчеты V x I ненадежны, мы также должны подвергнуть сомнению результаты I2R.Что мы действительно знаем, так это то, что ток — это реальная величина, и внутреннее сопротивление также реально. Поэтому, надеемся, результаты должны быть более точными!
Результаты I2R более реальны, потому что мы знаем, что такое ток, и мы знаем внутреннее сопротивление продукта. Результаты I2R для подзарядки очень малы, и с практической точки зрения нагрев можно не учитывать. В данном примере это всего 5,5 мВтч.
Опять же, если результаты I2R более реальны, а метод V x I ненадежен, то 0.005 Вт тепла на плавающем заряде снова можно считать несущественным.
Единственный метод, который, похоже, используется для нагрева при разряде, — это I2R, и, как и ожидалось, нагрев при разряде значительно выше, чем при подзарядке или плавающем заряде. Что мы должны помнить, так это то, что тепло не будет прекращено немедленно, и необходимо произвести некоторую оценку времени, в течение которого оно будет прекращено. Без сомнения, это будут часы, а не минуты, но это вопрос мнения без консультации с инженером-теплотехником.
При подзарядке и подзарядке нагревается очень мало, особенно если учесть массу аккумулятора. Это к счастью, потому что, хотя используются разные методы, результаты незначительны, если рассматривать их в контексте отвода тепла из аккумуляторной.
Что касается тепла, выделяемого при разряде, ситуация иная, потому что большинство производителей аккумуляторов считают метод I2R наиболее точным. Кроме того, мы можем более легко принять результаты, потому что при разряде нет обратной ЭДС.В этом примере выделяемое тепло может быть выражено как 27,4 кВт · ч, но, учитывая массу батареи, мы должны учитывать, что это тепло будет отдаваться в течение более длительного времени, чем фактический период разряда, равный 15 мес. Не все производители считают, что время разряда в 10 раз превышает время разряда, но ясно, что тепло не будет отдано мгновенно.
Решение проблем с нагревом батареи с помощью теплообмена
Аккумуляторные технологии являются неотъемлемой частью нашей жизни: от смартфонов до массивных электрохимических систем хранения энергии и от гибридных автомобилей до полностью электрических самолетов наша зависимость от аккумуляторов постоянно растет.Однако эта технология далека от совершенства, и оптимизация конструкции батареи, особенно с точки зрения управления температурой и теплопередачей, является сегодня ключевой задачей для инженеров и производителей.
Хотя литий-ионные батареи являются лучшими перезаряжаемыми батареями на сегодняшний день, они страдают двумя основными недостатками: (1) они разлагаются, хотя и медленно, и (2) они довольно чувствительны к нагреванию. В этой статье мы сосредоточимся на втором аспекте — более конкретно, мы рассмотрим использование численного моделирования для понимания управления температурой и теплопередачи в аккумуляторных технологиях.Хотя большая часть нижеследующего обсуждения касается аккумуляторных батарей, используемых в электромобилях, оно применимо к любой технологии, в которой используется литий-ионная технология.
На производительность и срок службы батареи, помимо прочего, влияют конструкция батареи, используемые материалы и рабочая температура. Для аккумуляторных блоков, используемых в электрических или гибридных транспортных средствах, рабочая температура (обычно в диапазоне 20 ° C — 35 ° C) имеет решающее значение для достижения максимальной эффективности. Работа при более низких температурах влияет на емкость, в то время как более высокие температуры снижают срок службы.Отчеты показывают, что пробег электромобилей может сократиться на 60% при температуре окружающей среды ниже –6 ° C и примерно на 50% при эксплуатации при 45 ° C. Еще одним фактором, влияющим на срок службы аккумуляторных блоков, является внутреннее распределение температуры. Разница более чем примерно на 5 ° C в элементе / модуле (многие из которых могут находиться внутри блока) снижает общий срок службы, а также емкость. На Рис.01 показано распределение температуры в стандартной аккумуляторной стойке.
Рис.01: Распределение температуры в стандартной аккумуляторной стойке.Температура указана в Кельвинах. (Источник: SimScale Public Projects)
Как показано, в нормальных условиях температура может находиться в диапазоне от 25 ° C до 35 ° C. Несомненно, тепловое поведение аккумуляторов в реальных условиях эксплуатации оказывает сильное влияние на их полезность во всех приложениях, поэтому поддержание эффективного и точного управления температурным режимом имеет первостепенное значение.
Обзор подхода на основе моделирования
Численное моделирование систем терморегулирования оказалось отличным способом разработки и улучшения конструкции батареи при значительно меньших затратах, чем при физических испытаниях.Хорошо продуманный и продуманный подход к моделированию может помочь точно предсказать тепловую физику внутри батареи и, следовательно, может выступать в качестве полезного инструмента на ранних этапах процесса проектирования.
Для оценки тепловых характеристик аккумуляторной батареи использовалось множество различных имитационных моделей — от простых моделей сосредоточенной емкости на одном конце спектра до полноценных трехмерных имитационных моделей на другом. Однако все эти модели построены с использованием одних и тех же основных частей фундаментального уравнения баланса энергии: (а) Каковы источники тепловыделения? б) Каковы геометрические и термические свойства аккумуляторных элементов? И, наконец, (c) Какой механизм охлаждения используется? В разных моделях эти компоненты учитываются с разной степенью точности, чтобы соответствовать желаемой точности и соображениям стоимости.
Тепло вырабатывается из двух источников:
Электрохимический процесс, связанный с выделением тепла в результате химических реакций внутри батареи.
Джоулевое нагревание, также известное как омическое нагревание или тепло, выделяемое за счет электрического тока.
Оба эти источника необходимо рассматривать с помощью их собственных основных уравнений. Каждый из них зависит от свойств материала, местной температуры и, конечно же, от применяемой геометрии. Однако общепринятой практикой является использование экспериментально подтвержденных уравнений модели для обоих этих аспектов, чтобы значительно сэкономить на некоторых вычислениях, а также упростить структуру моделирования.
Геометрия аккумуляторных элементов и всего блока также может играть потенциально важную роль в характеристиках теплопередачи системы. Все более распространенным становится использование полных трехмерных геометрий (представленных в виде моделей САПР) в качестве исходных данных для анализа, а не относительно упрощенное двухмерное приближение. Свойства материалов различных компонентов получены из данных производителя или из других экспериментальных исследований.
Наконец, конвекция обычно является основным методом отвода тепла (излучение играет минимальную роль, если вообще играет) в окружающую среду.Теплопроводность внутри батареи может рассматриваться или не учитываться в зависимости от желаемой точности моделирования.
Изучите три основных механизма теплопередачи в нашей мастерской термического анализа. Посмотрите наше тепловое моделирование прямо сейчас!
Собираем все вместе
Возможно, самый простой подход — это использование модели сосредоточенной емкости. Это метод переходной проводимости, который предполагает, что температура твердого тела пространственно однородна и является функцией только времени.Не вдаваясь в подробности, нетрудно заметить, что этим подходам недостает значительных деталей. Тем не менее, бывают случаи, когда эти модели при тщательном внедрении могут предоставить довольно точные данные о переходных процессах при очень низких затратах.
С другой стороны, подробное тепловое моделирование (например, предоставленное SimScale) может обеспечить более целостный обзор задействованной термодинамики, учитывая поток жидкости и теплопередачу внутри аккумуляторного модуля или блока. Таким образом, можно разработать более совершенные системы охлаждения аккумуляторов.Это моделирование позволяет использовать точные спецификации свойств материала, геометрических деталей, а также начальных и граничных условий. Если все настроено эффективно, можно ожидать очень точных результатов. Методы CFD были с большим успехом применены к термическому анализу. Инструменты облачного моделирования позволяют значительно снизить общие вычислительные затраты, одновременно предоставляя подробные пространственные и переходные данные. Это может иметь неоценимое значение для установления фундаментально правильного понимания рассматриваемой теплофизики.
Моделирование конструкции батареи с помощью CFD
Пример успешного моделирования аккумуляторной батареи CFD можно найти в работе Yi, Koo & Shin в их статье «Трехмерное моделирование теплового поведения модуля литий-ионной аккумуляторной батареи для гибридных электромобилей», опубликованной в журнале «Журнал» Энергии ». Модуль литий-ионной батареи был установлен, как показано на рис. 02.
Рис. 02: Установка CFD для аккумуляторного модуля LIB (Источник: J. Yi, B. Koo и CB Shin, «Трехмерное моделирование теплового поведения литий-ионного аккумуляторного модуля для гибридных электромобилей», Энергия, т.7, pp. 7586-7601 (2014)
Полученное распределение температуры внутри модуля после 1620 секунд разряда и теплопередачи показано на рис. 03.
Рис. 03: Распределение температуры ячеек LIB после 1620-х годов (Источник: Дж. Йи, Б. Ку и CB Шин, «Трехмерное моделирование теплового поведения модуля литий-ионной батареи для гибридных электромобилей», Энергия vol.7, pp. 7586-7601 (2014)
Выводы
Мультифизический характер этой проблемы означает, что в каждом из этих подходов были внесены упрощения в несколько аспектов.Поэтому всегда есть возможности для улучшения. В приведенном ниже списке показаны лишь некоторые из этих сложных аспектов:
Более точное моделирование химического состава аккумулятора и циклов заряда / разряда;
Батареи, которые состоят из широкого спектра материалов, включая тонкие слои металлов (покрывающих элементы), пористые материалы и т. Д .;
Если в конструкции батареи используется несколько слоев из разных материалов, внутренний материал может быть анизотропным по своей природе;
Если свойства материала конструкции батареи, как правило, не очень хорошо известны, это может значительно повлиять на точность моделирования; и
Моделирование потока охлаждающей жидкости всегда является сложной задачей из-за сложной геометрии и возможной турбулентности жидкости.
Увеличение вычислительной мощности позволило исследователям точно и эффективно учитывать большее количество этих аспектов. Повышение нашей уверенности в предсказательной способности такого моделирования. Несмотря на остающиеся проблемы, численное моделирование внесло огромный вклад в разработку более совершенных систем терморегулирования при проектировании батарей и будет продолжать делать это в обозримом будущем!
Посетите все наши блоги SimScale здесь, чтобы найти больше полезных статей!
.