Греют не все секции батареи: Что делать если не греют крайние секции батареи?

Почему не все секции батареи горячие

Содержимое:
1. В чем причины не полного прогрева радиаторов
2. Как устранить неравномерную теплоотдачу
3. Влияет ли теплоноситель на качество обогрева

На самом деле, причин того, почему не греют радиаторы отопления, может быть несколько, поэтому разбираться в ситуации необходимо в каждом отдельном случае. Чтобы устранить неисправность, может потребоваться квалифицированная помощь. Добиться равномерного нагрева радиаторов можно и самостоятельно.

В чем причины не полного прогрева радиаторов

• В системе отопления не греется последний радиатор – причина заключается в недостаточной мощности циркуляционного насоса, несоблюдении углов и наклонов при монтаже трубопровода.
• Нижняя часть радиатора отопления прогревается не полностью – обычно такая проблема является характерной для алюминиевых радиаторов отопления. В некоторых случаях причиной является неправильно выставленный режим терморегулятора, установленного на подаче теплоносителя в батарею.

Как устранить неравномерную теплоотдачу

Не все проблемы можно решить самостоятельно. Плохая теплоотдача радиатора может быть следствием несоблюдения уклонов, указывать на грубые нарушения монтажа системы отопления. В таком случае придется пригласить специалиста по системам отопления.

Некоторые проблемы с отоплением получится устранить самостоятельно.

Воздушные пробки – воздух в системе отопления является неизбежным следствием заполнения труб и радиаторов теплоносителем. Характерным признаком проблемы является то, что радиатор снизу теплый, а вверху холодный.
Если секция нагревается неравномерно, можно попробовать стравить воздух из системы, воспользовавшись краном Маевского. Некоторые хозяева изначально устанавливают автоматический клапан сброса воздуха.

>

Почему нужно заменить батареи в новостройке

Застройщик может сдать дом без отделки, сантехники и даже без стен, но обязан провести систему отопления и установить радиаторы. Отлично, думают новоселы, не придется тратить деньги на их покупку. Но не все так хорошо, как кажется на первый взгляд. Почему вам все-таки придется заменить батареи в квартире в новостройке, объясняет Роман Шидлаускас — директор по развитию итальянского производителя радиаторов Global Radiatori.

Протечки

Самая серьезная очевидная причина замены батареи — она начала протекать. Не обязательно дожидаться, пока вода из радиатора зальет соседей снизу и испортит им свеженький ремонт. Бить тревогу нужно, если на приборе появилось даже небольшое количество влаги или подтеков в виде ржавчины. Никакие истории про конденсат или разницу температур здесь не работают — там, где сегодня только капля, завтра может потечь ручей.

Причина проблемы. Дело может быть как в заводском браке радиатора, так и в ошибках, допущенных при строительстве дома. К примеру, если стройка идет осенью и, понадеявшись на плюсовую температуру, строители вопреки правилам начали монтаж батарей до завершения установки оконостекления батареи были установлены до остекления дома. Но погода оказалась холоднее и, то вода в приборах них может могла замерзнуть. Это приведет к избыточному давлению в приборе и появлению трещин в прокладках между секциями радиатора.

Что делать. При приемке квартиры внимательно осмотрите батареи, не стесняйтесь ощупать их со всех сторон. Особое внимание уделите местам соединения радиаторов с трубами и прокладкам между секциями прибора. Если заметите влагу, не подписывайте акт приемки и требуйте замены радиаторов.

В случае, когда протечка обнаружена уже после приемки квартиры, есть два варианта развития событий.

В течение первых трех лет после сдачи дома в эксплуатацию за качество батарей отвечает застройщик, который должен заменить их в случае протечки. Но учтите, что новый прибор, скорее всего, будет точно таким же — тот же производитель, та же модель. Поэтому нет никакой гарантии, что новые радиаторы не потекут.

Тем, кто не готов рисковать, регулярно менять батареи, обновлять собственный и соседский ремонт, стоит самостоятельно подобрать новые приборы. Правда, приобрести и установить их придется за свой счет.

Холод 

Это вторая проблема, которая вынуждает новоселов менять радиаторы, но она может быть неочевидна во время ремонта или в летнее время. Если жильцы получили ключи летом, до наступления холодов они могут и не узнать о том, что установленные застройщиком батареи плохо греют.

Причина проблемы. Слабый обогрев говорит о том, что застройщик, вероятно, решил сэкономить и закупил неэффективные приборы. Например, конвекторы, которые часто устанавливаются в жилье эконом-класса, хоть и служат 10-15 лет, но значительно уступают другим радиаторам по уровню обогрева. Или китайские алюминиевые батареи, теплоотдача которых на самом деле часто ниже, чем заявлено в техническом паспорте. К тому же они быстрее выходят из строя и склонны к протечкам.

Что делать. Если в квартире установлены конвекторы, к сожалению, до наступления холодов нет возможности понять, как они будут греть. небольших размеров, можно сразу выбирать новые радиаторы или запасаться пледами, теплыми носками и горячительными напитками. Надежды, что они будут хорошо обогревать квартиру, практически нет. Учитывая невысокую теплоотдачу конвекторов, для прогрева до комфортных 19-21С нужны приборы крупных размеров, примерно в 1,5 раза больше обычных радиаторов.

В случае с алюминиевыми батареями можно определить качество до наступления зимы.У алюминиевых батарей нНужно проверить страну производства, которая обычно указывается на боковой стороне секций. Китайскую продукцию лучше менять сразу, не дожидаясь холодных зимних вечеров. Особенно, если дом был построен до июня 2018 года, когда государство начало пристально следить за качеством приборов отопления. Аналогично не стоит доверять и малоизвестным турецким батареям.

Если в комнатах установлены радиаторы российских и европейских производителей, скорее всего нет причин для беспокойства.

Дополнительно можно проверить наличие сертификата соответствия ГОСТу (выдается с июня 2018 года) и уровень теплоотдачи батареи, которые можно найти в интернете по названию модели (также указывается на боковой стороне секций). К примеру, нормальная теплоотдача для секции алюминиевого радиатора — 185-195 Вт. Если взять примерно одинаковые

Внешние дефекты

Царапины, сколы, подтеки краски — все это повод заменить радиаторы, которые будут смотреться как белая ворона на фоне новых обоих и чистых полов.

Причина. Подтеки краски — тот случай, когда сэкономили все. И производитель, который решил не тратиться на многоступенчатую систему окрашивания и просто разок окунул радиатор в краску. И застройщик, выбравший дешевые приборы.

Но все-таки чаще всего внешние дефекты — это результат неаккуратной работы строителей. Кто-то был невнимателен при установке, кто-то поленился прикрыть радиаторы во время строительных работ. В результате батареи потеряли презентабельный внешний вид.

Что делать. В идеале стоит внимательно осмотреть радиаторы на этапе приемки квартиры у застройщика. А при наличии царапин или сколов отказаться от подписания акта приемки, пока испорченные приборы не заменят на новые.

Подписанный акт говорит о том, что владельцы со всем согласны, поэтому если несовершенства внешнего вида были обнаружены после получения ключей, менять радиаторы придется за свой счет.

На что менять

Для того, чтобы не наступить на те же грабли с дырявыми, холодными или плохо покрашенными радиаторами, нужно внимательно отнестись к покупке. Вот основные моменты, которые стоит учесть.

Максимальная высокая теплоотдача. К примеру, высокая теплоотдача для секции алюминиевого радиатора — 185-195 Вт. Показатель хороших стальных панельных батарей примерно на том же уровне. Если теплоотдача не превышает 150 Вт, велика вероятность, что батареи будут слабо греть. Показатель биметаллических радиаторов должен быть не ниже 170 Вт, а в идеале 180 Вт. Этому критерию лучше всего соответствуют алюминиевые, биметаллические и стальные панельные радиаторы. Конвекторы, и тем более чугунные батареи, уступают им по уровню выделения тепла.

Устойчивость к высокому pH.  С этим лучше всего справляются биметаллические приборы. Благодаря внутренней части, изготовленной из стали, они служат десятки лет в системах отопления, где некачественные алюминиевые или стальные батареи могут выйти из строя за 3-5 года, а иногда значительно быстрее — в течение года использования.

Надежность. Чем дольше производитель работает на российском рынке, тем выше вероятность того, что его продукция качественная. В приоритете европейское и российское происхождение, многолетняя гарантия. Дополнительный плюс, который дают некоторые бренды — страхование ответственности за брак за счет производителя. Производители за свой счет страхуют собственную продукцию и Проще говоря, Страховка входит в стоимость батареи и, если по вине прибора с заводским браком вы испортите свой ремонт или еще хуже ремонт соседей снизу, страховая компания возместит убытки всем пострадавшим.

Максимальное рабочее давление, не ниже 10 атмосфер. Здесь в лидерах алюминиевые и биметаллические батареи, которые выдерживают до 1650 атмосфер. А вот допустимое давление для приборов из стали и из чугуна не превышает 10 атмосфер.

Сравним.

Зима близко: какие радиаторы отопления лучше

09. 10.2020

В России зима всегда где-то рядом, и никогда не знаешь, насколько суровыми будут холода. Чтобы не примёрзнуть к кровати, установите подходящие радиаторы отопления. Какие выбрать, читайте в нашей статье.

Виды радиаторов

На смену тяжёлым и неуклюжим чугунным батареям пришли более лёгкие, практичные и мощные радиаторы. Они различаются по материалу: бывают алюминиевые, биметаллические и стальные. Рассмотрим подробнее плюсы и минусы каждого типа.

Алюминиевые

Радиаторы сделаны из одного куска металла, который отливается в форму. Изделия цельные, поэтому вероятность протечки минимальна. Радиаторы довольно мощные, стоят дешевле биметаллических, но дороже стальных. Весят изделия мало, а установить можно одному.

Плюсы

• Трубы внутри имеют большую площадь в сечении. Благодаря этому помещение быстро прогревается.
• Такие радиаторы надёжны и имеют рельефную поверхность — она позволяет быстрее нагревать помещение.
• Благодаря конструкции хорошо греют даже в холодные дни.

Минусы

• Алюминий легко деформировать, поэтому такие радиаторы чувствительны к механическим воздействиям — неосторожное обращение может повредить изделие.
• Прибор требователен к составу воды: жёсткая может повредить стенки изнутри.
• Вероятность появления коррозии.

Биметаллические

Внешняя часть таких радиаторов состоит из алюминия, а сердечник — из стали.
Биметаллические изделия сочетают преимущества стальных и алюминиевых и являются самыми популярными.

Плюсы

• Долговечны, т. к. биметаллические батареи меньше подвержены коррозии, чем алюминиевые. Служат до 20 лет.
• Не боятся скачков давления в трубопроводе. Выдерживают до 20 атмосфер. Это дополнительно защитит изделия при возможных гидроударах и повреждениях системы подачи воды.
• Имеют высокую теплоотдачу благодаря алюминию в составе.
• Устойчивы к низкому качеству воды.

Минусы

• Стоят дороже алюминиевых за счёт стали в составе.
• Не подходят для систем отопления с низким давлением из-за особенностей строения. Поэтому плохо обогревают в частных и загородных домах, где давление в системе отопления гораздо ниже, чем в многоэтажках.

Стальные

Представляют из себя две стальные пластины с углублениями и соединительными каналами. Позволяют экономить электроэнергию, т. к. быстро остывают и нагреваются. В плане надёжности уступают биметаллическим.

Плюсы

• Устойчивы к ржавчине.
• Благодаря устройству меньше забиваются пылью и грязью, чем алюминиевые и биметаллические.
• Быстро нагреваются.

Минусы

• Боятся гидроударов — это может быть критичным в период опрессовок.
• Кислород, попавший внутрь изделия, может повредить его. Поэтому подключать такие радиаторы лучше в домах, где есть своя котельная и закрытая система отопления.

Как рассчитать количество радиаторов

Ключевой параметр, который нужно учитывать — тепловая мощность, измеряется она в ваттах. Чем она выше, тем сильнее греет батарея. Однако и энергии потребляет больше. При выборе учитывайте следующее:

• количество внешних стен, обычно одна или две;
• площадь помещения;
• количество окон и их тип — деревянные или пластиковые;
• тип дома — панельный или кирпичный.

В таблице мы привели количество Вт на 1 м². Это число необходимо умножить на площадь комнаты — и вы получите оптимальную мощность радиатора.

Если в помещении окна выходят на север или же северо-восток, к конечной цифре прибавляйте 10 %. В комнате есть глубокая ниша? Ещё 5 %. Эти условия потребуют дополнительной мощности радиатора, потому что в таком помещении выше теплопотери.

Формула расчёта количества секций радиатора

((S × n) / T) + 10 % + 5 % = R

• S — общая площадь комнаты.
• n — количество Вт на 1 м², см. таблицу.
• T — тепловая мощность одной секции радиатора, указывается производителем.
• R — количество секций радиатора для этой комнаты. Число округляется в бо́льшую сторону.

Разберём на примере. Нам нужно обогреть комнату площадью 15 м², угловую, с 1 окном на север. Берём в таблице нужное значение и вставляем его в формулу. Тепловую мощность смотрим в карточке товара. Возьмём значение 135 Вт.

((15 × 120) / 135) + 10 % = 15

Значит, для этой комнаты нам понадобится радиатор с 15 секциями.

Что ещё пригодится

• Чтобы установить радиатор, необходимы кронштейны — крюки, которые вкручивают в стену и на которые вешают батарею. Количество приспособлений выбирайте в зависимости от длины и веса теплообменника.




• Для подключения радиатора к системе отопления используйте специальные комплекты. Они включают переходные гайки, воздухоотводчик, заглушку, иногда кронштейны. Также приобретите герметик, если его нет в наборе.




• Закрыть батарею отопления и защитить её от детей вам помогут экраны.




• Последняя важная группа элементов для подключения — запорно-регулирующая арматура. Сюда входят клапаны, вентили, краны, термостатические головки. Всё это позволят изменять теплоотдачу батареи и отключать её.

Выбирайте радиатор, который подходит вашей системе отопления, учитывайте его мощность — и оставайтесь в тепле 😊

Смотреть все радиаторы

Почему батареи отопления не греют, причины и методы устранения

Если зима уже на пороге, а у вас дома холодно, необходимо выяснить в чем причина. Разбираться в том, кто виноват и что делать, помогает Роман Шидлаускас — эксперт итальянского производителя радиаторов Global Radiatori.

Содержание статьи

1. Виновата управляющая компания

И погода. Есть вероятность того, что на улице еще не наступили сильные морозы, поэтому управляющая компания пока не топит по-максимуму. То есть нагревает теплоноситель, который поступает в систему отопления, не до 70^оС, а, скажем, только до 50^оС. Тогда теплоотдача секции радиатора будет, к примеру, не 160 Вт, а 110 Вт.

Сниженная температура теплоносителя — основная причина плохого обогрева

Что делать: жильцам домов, подключенных к центральной системе отопления, к сожалению, особо поделать нечего, потому что температура воды устанавливается единая на несколько районов. А вот тем, у кого есть домовая котельная, можно договориться с соседями и УК об увеличении температуры теплоносителя. Это, конечно, при условии, что всем жильцам дома холодно. Учтите, что это отразится на счетах за отопление.

2.  Виноваты соседи

Бывает, что кто-то в подъезде поменял батареи отопления в квартире, не посоветовавшись с управляющей компанией, допустим, поставил приборы помощнее. По этой причине давления в системе не хватает, чтобы подать тепло во все радиаторы во всех квартирах. Или просто сосед перекрыл свои батареи, не поставив байпас, поэтому в ваши батареи тепло не поступает вообще.

Неправильно сделанный или отрегулированный байпас может быть причиной плохого обогрева

Что делать: разговаривать с соседями, уговаривать открыть шаровые краны, если причина в отсутствии байпаса. И жаловаться в УК, если соседи изменили систему отопления в своей квартире без согласования.

3.  Виноваты монтажники

И такое может быть, особенно если мастера были без специального инженерного образования и знаний нюансов работы системы отопления. Они могли, например, установить слишком объемные радиаторы или неграмотно выбрать тип подключения. Из-за этого батареи могут прогреваться не полностью и в квартире будет холодно.

Что делать: во-первых, изначально выбирать профессиональных монтажников с рекомендациями, договором и гарантией на выполненные работы. А если проблема уже случилась, можно обратиться в УК, чтобы они прислали собственного монтажника. Но он не обязательно окажется опытнее предыдущего мастера, поэтому лучше найти на стороне грамотного опытного специалиста, который исправит проблему.

4. Виноват производитель

Можно соблюсти все правила установки, но радиатор будет слабо греть, просто потому что он так сделан. К примеру, у алюминиевых радиаторов из Китая размеры часто  меньше, чем у европейских приборов. Из-за меньшей площади они отдают меньше тепла. Также некоторые производители экономят на сырье и вместо качественного алюминиевого сплава, который хорошо передает тепло, используют дешевый металл с большим количеством примесей, что в итоге может плохо отразится на теплоотдаче прибора.

Что делать: выбирать качественные батареи с высокой теплоотдачей. Оптимальный вариант — европейские радиаторы с теплоотдачей не ниже 175 Вт на секцию. Они, кстати, и служат в два раза дольше китайских.

5. Виноваты вы

Да, сами того не замечая, вы можете снизить теплоотдачу батарей. Например, если решили «утопить» их в стене и закрыть глухим экраном, загородили шкафом или диваном. В таком положении теплу от батареи просто некуда выходить, поэтому в комнате холодно. Преградой для теплого воздуха могут служить даже плотные шторы, особенно, если окна панорамные, а радиаторы стоят по бокам и полностью скрыты за раздвинутыми шторами.

Утопленная в стене батарея будет плохо обогревать помещение

Что делать: освободить батареи от мебели и штор. Если очень хочется скрыть их, то используйте не глухие экраны, а декоративные панели с множеством отверстий со всех сторон. А чтобы не закрывать радиаторы сбоку окон, вместо обычных штор можно использовать римские.

Батареи холодные, радиаторы и теплый пол не греют?

03.03.2015 02:44

В нашей стране с ситуацией, когда батареи и радиаторы холодные, сталкивался практически каждый. Эта проблема существует не только в масштабах многоквартирных домов, но и в частном секторе. К сожалению решение вопроса почему не греют батареи и радиаторы в больших домах и квартирах лежит на плечах управляющей компании. В данной статье речь пойдет об отопительных приборах и системе отопления в частном секторе.

Исходя из опыта, батареи и трубы теплого пола могут не греть по двум основным причинам:

• отсутствие или недостаточная циркуляции теплоносителя через батарею или трубу;
• циркулирующий теплоноситель имеет низкую температуру.

Попытаемся разобраться более подробно в этих случаях:

Проблема циркуляции:

Система отопления устроена таким образом, что для поддержания постоянной температуры в контурах жидкость должна циркулировать (ходить по кругу). В котле происходит нагрев теплоносителя, а в трубах и батареях тепло отдается окружающему пространству. Если теплоноситель не прокачивается, то теплу взяться неоткуда и радиатор не греет.

Далее мы расскажем о возможных причинах отсутствия циркуляции. Речь пойдет о самых распространенных случаях, не связанных с совсем банальными проблемами, такими как «не открыли краны», «строители поставили заглушку» и так далее.

— Первым делом надо спустить воздух с радиаторов, не только холодных. Также стоит обратить внимание на схему монтажа- воздух, как правило, задерживается в самых верхних точках. К примеру, если при монтаже обходили поверху дверной проём, то желательно в верхних точках этого проёма установить автоматические воздухоотводчики. Для удаления воздуха из не греющих батарей в автоматическом режиме можно установить специальные приспособления. К примеру, автоматический воздухоотводчик. Стоит отметить, что воздух в батареях не должен появляться постоянно, если это происходит, то это является поводом задуматься откуда он берется. Как правило, воздух может приходит из крана подпитки, а в кран подпитки он может попадать из скважины. В любом случае, если Вы постоянно подпитываете и тем самым поднимаете давление в системе, значит у Вас есть утечка или неправильно работают расширительные баки. Подобная работа системы может привести к серьезному ремонта котла или к тому, что система отопления забьется. Еще одной возможной причиной появления воздуха в системе может быть химическая реакция теплоносителя с трубами или отопительным оборудованием. В этом случае также необходима комплексная промывка системы отопления.

— Далее стоит обратить внимание на насос, который должен прокачивать теплоноситель через не греющий теплый пол или холодный радиатор. Если насос вообще не работает, то это можно понять визуально. Сложнее обстоят дела с диагностикой насоса, который визуально функционирует, но мощность его упала настолько, что он уже не может прокачать необходимое количество теплоносителя. Если есть подозрение, что насос не исправен, то дешевле его заменить. Разумеется, если речь идет не о промышленном или достаточно мощном оборудовании.

— Еще одна возможная причина холодных батарей и отсутствия циркуляции — засор в системе отопления. Диагностируется эта проблема также достаточно сложно, так как засор скрыт от глаз. Фактически, эту причину можно продиагностировать только косвенно, по недостаточному протоку теплоносителя или при помощи тепловизора. В данном случае поможет лишь комплексная промывка системы, что является весьма дорогой у трудоемкой процедурой.

Проблема низкой температуры теплоносителя:

— Одной из причин негреющих (холодных) батарей может быть малая мощность котельного оборудования. К примеру, был построен дом около 400м2 и установлен бойлер косвенного нагрева на 200 литров, смонтирован котел на 40-45кВт. Все работало исправно и все батареи грели, до того времени, пока хозяин не построил баню с бассейном и запитал все это от уже имеющегося котла. Разумеется, мощности греющего оборудования стало недостаточно и тут же батареи стали холодными. В подобной ситуации только два пути решения проблемы не греющих батарей: замена котла на более мощный или установка дополнительного котла.

— Более распространенная причина – забитый теплообменник котла. В следствие этого уменьшается теплосъем с поверхности котлового блока и теплоноситель недостаточно разогревается. Как бороться с этой проблемой можно узнать из нашей статьи, основная идея которой– промывка теплообменника химикатами.

-Достаточно часто встречаются проблемы и с неправильным монтажом гидравлической части, в следствии чего часть батарей могут не греть и оставаться холодными. Эта проблема – симбиоз плохой циркуляции и недостаточной температуры теплоносителя. Метод её решения – модернизация или полная реконструкция гидравлической части системы отопления.

Характеристики алюминиевых и биметаллических радиаторов

Мощность радиаторов отопления биметаллических и алюминиевых

Тепловая мощность (или теплоотдача) измеряется в ваттах. От нее зависит то, насколько хорошо оборудование будет греть при идентичных условиях. Также ее учитывают при расчете количества секций.

Мощность 1 секции зависит от материала изготовления, высоты прибора и емкости теплоносителя. Все эти характеристики обязательно указываются в техническом паспорте оборудования, который прилагается к товару.

Мощность 1 секции биметаллического радиатора высотой 500 мм варьируется от 170 до 210 ВТ от 100 до 190 ВТ теплоэнергии, для приборов высотой 350 мм — 120-140 Вт, а для 300 мм – от 100 до 145 Вт теплоэнергии. Специалисты, занимающиеся монтажом отопительных систем в свою очередь, рекомендуют брать за основу нижний критерий или даже еще ниже, так как известны случаи завышения характеристик выпускаемого оборудования производителями. Чтобы избежать ошибок в расчетах и достичь нужной мощности рекомендуется учитывать этот факт.

Также в расчет необходимо брать место монтажа. Если радиатор монтируется под окном или рядом с ним, то необходимо увеличить количество секции, так как вместо 120-150 Вт тепловой энергии от прибора высотой 350 мм в реалии получим всего 100-120 Вт.

Мощность 1 секции в алюминиевом радиаторе Profi 500 по данным производителя находится в пределах 180-230 Вт. Для оборудования высотой в 350 мм этот показатель варьируется от 120 до 160 Вт. У моделей разных производителей мощность разная, стандартов здесь нет.

Рабочее давление

Это важная характеристика оборудования, она показывает, при каком рабочем давлении разрешается эксплуатировать радиатор. В продаже есть алюминиевые радиаторы двух видов: выдерживающие до 16 атмосфер и классические, рассчитанные выдерживать до 6 атмосфер. В зависимости от этих характеристик выбираются радиаторы для эксплуатации в частных отопительных системах или для подключения к тепловым магистралям высокого давления.

В домах с автономной системой отопления среднее значение давления не более 10 атмосфер. В системах, подключенных к центральным сетям отопления рабочее давление выше, оно достигает 15 атмосфер. Если система отопления подключена к тепловым магистралям, то это значение может быть еще выше и достигать отметки 30 атмосфер. Эти данные нужно учитывать при выборе радиаторов.

У каждого вида радиатора свое разрешенное рабочее давление. У биметаллических моделей варьируется от 16 до 49 атмосфер. Точные технические характеристики смотрите в техническом паспорте прибора или выясняйте у консультанта магазина. В сопровождающей товар документации также содержится информация об испытании оборудования под опрессовочным давлением. Это значение в 1,5 раза превышает рабочее давление.

При выборе оборудования учитывают, что в системе отопления централизованного типа стандартное давление не превышает 15 атмосфер, а в индивидуальных автономных системах оно не более 10 атмосфер. Также нужно знать, что биметаллические радиаторы выдерживают гидроудары до 6 МПа, а алюминиевые всего 4,8 МПа. Исходя из этих характеристик, специалисты рекомендуют алюминиевые приборы использовать в автономных отопительных системах, чтобы они дольше служили, а биметаллические – для подключения к центральному отоплению.

Предельная температура и объем теплоносителя

Радиаторы биметаллического типа выдерживают воду температурой до 90 градусов по Цельсию. А алюминиевые – температуру теплоносителя до 110 градусов С. Объем теплоносителя рассчитывается путем умножения количества секций на емкость одной из них. Он зависит от высоты прибора и толщины оболочки. Для алюминиевых секций это значение – 250-460 мл.

Емкость секций биметаллического отопительного оборудования меньше, чем у алюминиевого. Стандартные значения в среднем следующие: для батареи с межосевым расстоянием 200 мм емкость канала теплоносителя – 0,1-0.16 литров. Для приборов с расстоянием между осями в 350-мм – 0,15-0,2 литра.

Продукция каждого производителя отличается параметрами и техническими характеристиками, это относится к любому типу отопителей. Например, в алюминиевом радиаторе Profi 500 — это всего 0,28 литра, а на 10-секционный радиатор уйдет 2,8 литра. 

Какой радиатор выбрать?

Подведем итоги, биметаллический радиатор рекомендуется устанавливать в городские квартиры, офисы, производственные и промышленные помещения, которые подключены к центральным системам отопления с высоким рабочим давлением. Если у вас собственный коттедж, частный дом или даже резиденция с отдельным котлом отопления, то рекомендуется приобретать алюминиевые радиаторы.

При выборе обращаем внимание не только на рабочее давление и мощность, но и на размеры оборудования. Для стандартных подоконников выбирают модели высотой 500 мм, расстояние до подоконника должно быть около 10-15 см. В ином случае устанавливаем радиаторы высотой 350 мм. Другой немаловажной для потребителя характеристикой является цена оборудования. Алюминиевые приборы стоят дешевле на 15-20 %, чем биметаллические.

Радиатор отопления плохо греет в квартире

Здравствуйте! 2 года назад установили биметаллический радиатор Рифар. Работал отлично. В этом году радиатор не прогревает помещение. Стояк горячий, трубы на вход и выход горячие (нижняя чуть холоднее). А сам корпус радиатора прогревается только в верхней части. Примерно раз в 15 минут в радиаторе раздается щелчок. Открывала кран Маевского, но воздуха нет. Сантехник из ЕДС, который и менял радиатор, говорит, что такого просто не может быть и отказывается смотреть. Дело в том, что это квартира-студия (6 этаж 10-этажного дома) и радиатор всего один на всю квартиру. Помогите, пожалуйста, разобраться, в радиаторе проблема или в чём-то другом?

Полина

Ответы эксперта

Здравствуйте, Полина.

В том, что «такого просто не может быть» Ваш сантехник, конечно же, ошибается. В своей беде Вы не одиноки и связана она, скорее всего, как с особенностями отопительной системы квартиры-студии, так и с другими причинами, которые возникают помимо Вашего участия. Поскольку мы будем устанавливать диагноз дистанционно, не обессудьте, если не будут учтены какие-то факторы – все предположения строятся исключительно на Ваших словах.

Итак, поехали. Отопление работало первые годы хорошо, следовательно, критические ошибки в монтаже отпадают. Можно предположить лишь, что из-за плохого качества теплоносителя системы центрального отопления внутренние каналы радиаторов (а они у биметаллических радиаторов имеют достаточно маленькое сечение) засорились. В этом случае горячая вода либо перестанет циркулировать совсем, либо направится по «малому кругу» — участку с наименьшим гидравлическим сопротивлением. Конечно, вероятность столь масштабного засора мала, но сбрасывать ее с чаши весов не стоит – всем известно, сколько мусора вымывается из не менявшихся с середины 50-х годов труб и радиаторов.

Вторая причина может быть связана с понижением давления в стояке. Поскольку радиатор у Вас один, то можно предположить, что его длина составляет не три-четыре секции, а более десяти. Пока давления теплоносителя хватало, он нормально циркулировал по всем секциям. Сейчас же это стало проблематичным. К слову, происходит подобное не только из-за нерадивости теплопоставляющей организации, но из-за чрезмерно «умных» соседей, которые различными хитрыми способами снижают гидравлическое сопротивление отопления в собственной квартире.

Решение проблемы зависит от того, какая разводка используется в Вашем доме. В одном случае помогает установка байпаса, в другом – наоборот, перекрывание этого узла краном. В третьем решить проблему помогает замена питающей магистрали и обратки трубами с увеличенным сечением, в четвертом – смена подключения на диагональное, в пятом – установка циркулирующего насоса и т. д.

Всё, что Вам можно посоветовать – найти хорошего, думающего сантехника. Поверьте, для специалиста разобраться с Вашей проблемой будет несложно. А того, который сказал «быть такого не может», не стоит пускать даже на порог квартиры – эти слова красноречиво свидетельствуют о непрофессионализме.

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!

Методики разогрева аккумуляторных батарей при отрицательных температурах для автомобилей: последние достижения и перспективы

Аннотация

Электромобили играют решающую роль в снижении расхода топлива и выбросов загрязняющих веществ для более экологичного транспорта. Литий-ионные батареи, являясь наиболее дорогим, но наименее изученным компонентом электромобилей, напрямую влияют на запас хода, безопасность, комфорт и надежность автомобиля. Однако общие характеристики тяговых батарей значительно ухудшаются при низких температурах из-за снижения скорости электрохимической реакции и ускоренного ухудшения здоровья, например, литиевого покрытия.Без своевременных и эффективных действий такое ухудшение характеристик вызывает эксплуатационные трудности и угрозу безопасности электромобилей. Разогрев / предварительный нагрев аккумуляторной батареи особенно важен при эксплуатации электромобилей в холодных географических регионах. С этой целью в данной статье рассматриваются различные стратегии предварительного нагрева батарей, включая внешний конвективный и кондуктивный предварительный нагрев, а также последние достижения в области внутреннего нагрева. Кратко описывается влияние низкой температуры на батареи с точки зрения производительности элементов, а также свойств материалов.Также освещаются вопросы терминологии, связанные с разминкой. Подробно представлена ​​структура систем управления батареями (BTMS) при низких температурах, включая ключевые конструктивные соображения на разных уровнях интеграции батарей и общую классификацию подходов к разогреву на внешние и внутренние группы. Далее представлен всесторонний обзор литературы по различным стратегиям разминки, а также разработаны основные принципы, преимущества, недостатки и потенциальные улучшения каждой стратегии.Наконец, обсуждаются будущие тенденции в методах разогрева батарей с точки зрения ключевых технологий, многообещающих возможностей и проблем.

ключевые слова

Литий-ионные батареи

Низкотемпературные

Электромобили

Система управления температурой

Стратегии предварительного нагрева

Сокращения

BEV

аккумуляторный электромобиль

BTMS

Системы управления температурой аккумулятора

CCD

Постоянный ток разряда

теплообменник охлаждающей жидкости

COP

коэффициент полезного действия

CPCM

композитный материал с фазовым переходом

CVD

разряд постоянного напряжения

DC / DC

постоянный ток в постоянный ток

ECT

электрохимико-термический

EEC

эквивалентная электрическая схема

EMS

управление энергопотреблением стратегия

HESS

гибридная система накопления энергии

HEV

гибридный электромобиль

HVAC

отопление, вентиляция и кондиционер

ICE

двигатель внутреннего сгорания

IGBT

биполярные транзисторы с изолированным затвором

SEI

твердоэлектролитный межфазный

MHPA

массив микротепловых труб

PCM

материалы с фазовым переходом

PHEV

подключаемый гибридный электромобиль

PTC

положительный температурный коэффициент

RETC

пониженный электротермический соединенный

SAC

синусоидальный переменный ток

самонагревающийся литий-ионный аккумулятор SHLB

UDDS

График вождения городского динамометра

Рекомендуемые статьи Цитирующие статьи (0)

Xiaosong Hu (SM’16) получил степень доктора философии.В 2012 году получил докторскую степень в области автомобильной инженерии Пекинского технологического института, Китай. Он проводил научные исследования и защитил докторскую диссертацию. В период с 2010 по 2012 год защитил диссертацию в Автомобильном исследовательском центре Мичиганского университета, Анн-Арбор, США. В настоящее время он является профессором Государственной ключевой лаборатории механических трансмиссий и кафедры автомобильной техники Университета Чунцина, Чунцин, Китай. В период с 2014 по 2015 год он работал докторантом на факультете гражданской и экологической инженерии Калифорнийского университета в Беркли, США, а также в Шведском центре гибридных автомобилей и на факультете сигналов и систем Технологического университета Чалмерса, Гетеборг. , Швеция, с 2012 по 2014 год.В 2014 году он также был приглашенным научным сотрудником Института динамических систем и управления Швейцарского федерального технологического института (ETH), Цюрих, Швейцария. Научные интересы включают технологии управления батареями, а также моделирование и контроль электрифицированных транспортных средств. Доктор Ху опубликовал более 100 статей для журналов и конференций высокого уровня. Он был лауреатом нескольких престижных наград / наград, в том числе образовательной премии SAE Ralph Teetor в 2019 году, премии Emerging Sustainability Leaders в 2016 году, стипендии Марии Карри ЕС в 2015 году, премии ASME DSCD Energy Systems за лучшую работу в 2015 году и награды за лучшую докторскую степень в Пекине.Докторская диссертация в 2013 году. Он является старшим членом IEEE

Юшэн Чжэн получил степень бакалавра машиностроения в Университете Чунцин в 2018 году. В настоящее время он получает степень магистра наук. Имеет степень в колледже автомобильной инженерии при Чунцинском университете, Чунцин, Китай. Его исследовательские интересы включают терморегулирование аккумуляторных батарей и диагностику литиевых покрытий при низких температурах.

Дэвид А. Хоуи получил степень бакалавра и магистра медицины в Кембриджском университете, Кембридж, Великобритания, в 2002 году и докторскую степень.Докторская степень в Имперском колледже Лондона, Лондон, Великобритания, в 2010 году. Он доцент кафедры инженерных наук Оксфордского университета, Оксфорд, Великобритания, где возглавляет группу, занимающуюся моделированием, диагностикой и контролем электрохимических энергетических устройств. и системы. Он является редактором журнала IEEE Transactions on Sustainable Energy, а также старшим членом IEEE и членом ECS.

Гектор Э. Перес (S’14 – M’17) получил степень бакалавра машиностроения в Калифорнийском государственном университете, Нортридж, Калифорния, США, в 2010 году, степень магистра инженерных наук в области машиностроения в Мичиганском университете. Анн-Арбор, штат Мичиган, США, в 2012 г., и докторская степень.Докторская степень в области системной инженерии, полученная в Калифорнийском университете в Беркли, Беркли, Калифорния, США, в 2016 году. В настоящее время он является научным сотрудником Калифорнийского университета в Беркли и Мичиганского университета. Его текущие исследовательские интересы включают моделирование, оценку, оптимальное управление и экспериментальную проверку энергетических систем. Д-р Перес был стипендиатом Фонда Форда для докторантуры и стипендий GEM, AACC O, премии Hugo Shuck Best Paper Award, премии ACC за лучшую студенческую работу, премии ASME DSCC Energy Systems за лучшую работу и премии ASME DSCC за лучшую работу. Награда в сессии «Системы возобновляемой энергии».

Аойф М. Фоли получила степень бакалавра наук (с отличием) и докторскую степень. степени Университетского колледжа Корка, Корк, Ирландия, в 1996 и 2011 годах, соответственно, и степень магистра наук. Получила степень в Тринити-колледже, Дублин, Ирландия, в 1999 году. Она проработала в промышленности до 2008 года. В настоящее время она преподает в Школе механической и аэрокосмической инженерии Королевского университета Белфаста, Белфаст, Великобритания. Ее исследовательские интересы включают ветроэнергетику, энергетические рынки, хранение энергии и электромобили. Она дипломированный инженер (2001 г.), научный сотрудник отдела инженеров Ирландии (2012 г.) и главный редактор журнала Elsevier Renewable and Sustainable Energy Reviews.

Майкл Пехт (S’78-M’83-SM’90-F’92) получил степень бакалавра акустики, степень магистра в области электротехники и инженерной механики и степень доктора философии. степень в области инженерной механики в Университете Висконсина в Мэдисоне, штат Висконсин, США, в 1976, 1978, 1979 и 1982 годах, соответственно. Он является основателем Центра усовершенствованной инженерии жизненного цикла (CALCE) Университета Мэриленда, Колледж-Парк, штат Мэриленд, США, где он также является профессором кафедры. Он возглавлял исследовательскую группу в области прогнозирования.Доктор Пехт — профессиональный инженер и научный сотрудник IEEE / ASME / SAE. Он получил премию IEEE для студентов-преподавателей и премию Международного общества сборки и упаковки микроэлектроники (IMAPS) Уильяма Д. Эшмана за достижения в области анализа надежности электроники. Он был главным редактором IEEE Transactions on Reliability в течение восьми лет и младшим редактором IEEE Transactions on Components and Packaging Technology

Crown Copyright © 2019 Издано Elsevier Ltd.

BU-806a: Как нагрев и нагрузка влияют на срок службы батареи

Узнайте о температуре и о том, как старт-стоп сокращает срок службы стартерной батареи.

Тепло убивает все батареи, но не всегда удается избежать высоких температур. Это случай с аккумулятором внутри ноутбука, стартерным аккумулятором под капотом автомобиля и стационарными аккумуляторами в жестяном укрытии под палящим солнцем. Как правило, каждое повышение температуры на 8 ° C (15 ° F) сокращает срок службы герметичной свинцово-кислотной батареи вдвое.Это означает, что аккумулятор VRLA для стационарных применений, рассчитанный на 10 лет при 25 ° C (77 ° F), будет работать только 5 лет при постоянном воздействии 33 ° C (92 ° F) и 30 месяцев при постоянном хранении в пустыне. температура 41 ° C (106 ° F). Если аккумулятор поврежден из-за нагрева, его емкость не может быть восстановлена.

Согласно исследованию режима отказа BCI 2010 г., стартерные батареи стали более термостойкими. В исследовании 2000 года повышение температуры на 7 ° C (12 ° F) повлияло на срок службы батареи примерно на один год; в 2010 г. допуск к жаре был увеличен до 12 ° C (22 ° F).Другие статистические данные показывают, что в 1962 году стартерная батарея прослужила 34 месяца; технические усовершенствования увеличили продолжительность жизни в 2000 году до 41 месяца. В 2010 году BCI сообщила, что средний возраст стартерных батарей составляет 55 месяцев, при этом более холодный Север — 59 месяцев, а более теплый Юг — 47 месяцев. Из разговорных свидетельств 2015 года выяснилось, что батарея, хранившаяся в багажнике автомобиля, прослужила на год дольше, чем в моторном отсеке.

Срок службы батареи также зависит от активности, и срок службы сокращается, если батарея подвергается нагрузке из-за частой разрядки.Проворачивание двигателя несколько раз в день вызывает небольшую нагрузку на стартерную батарею, но это меняет режим старт-стопа микрогибрида. Микрогибрид выключает двигатель внутреннего сгорания (ДВС) на красный свет светофора и перезапускает его, когда движение возобновляется, в результате чего происходит около 2000 микроциклов в год. Данные, полученные от производителей автомобилей, показывают снижение мощности примерно до 60 процентов после 2 лет использования. Для увеличения срока службы автопроизводители используют специальные системы AGM и другие системы. (См. BU-211: Альтернативные аккумуляторные системы.)

На рисунке 1 показано падение емкости со 100 процентов до примерно 50 процентов после того, как батарея была подвергнута 700 микроциклам. Испытание на моделирование старт-стоп было проведено в лабораториях Cadex. CCA остается высоким и показывает снижение только примерно после 2000 циклов.

При последовательном соединении напряжение каждой ячейки должно быть одинаковым, и это особенно важно в больших стационарных аккумуляторных системах. Со временем отдельные элементы выходят из строя, но применение выравнивающего заряда каждые 6 месяцев должно вернуть элементы к аналогичным уровням напряжения. (См. BU-404: Уравнивающий заряд). Что делает эту услугу настолько сложной, так это предоставление правильного средства правовой защиты для каждой ячейки. В то время как выравнивание будет стимулировать нуждающиеся клетки, здоровая клетка подвергнется стрессу, если выравнивающий заряд будет применен неосторожно.Гелевые и AGM аккумуляторы менее подвержены перезарядке, чем залитые батареи, и применяются другие условия выравнивания.

Залитые свинцово-кислотные батареи — одна из самых надежных систем и хорошо подходят для жаркого климата. При хорошем обслуживании эти батареи служат до 20 лет. К недостаткам можно отнести необходимость полива и хорошей вентиляции.

Когда в 1980-х годах был представлен VRLA, производители заявляли о продолжительности жизни, аналогичной затопленным системам, и телекоммуникационная отрасль была соблазнена перейти на эти необслуживаемые батареи.К середине 1990 года стало очевидно, что жизнь VRLA не дожила до затопленного типа; типичный срок службы VRLA составляет 5–10 лет, что составляет менее половины от затопленного эквивалента. Кроме того, было замечено, что воздействие на аккумуляторы VRLA температур выше 40 ° C (104 ° F) может вызвать тепловой пробой из-за высыхания.

Отказ автомобильных аккумуляторов в Северной Америке

Исследование режимов отказа в 2005 году было проведено Douglas, East Penn., Exide Technologies и Johnson Controls. Образец батарейного пула включал 2681 батарею, испытанную в период с 2003 по 2004 год.Основные моменты:

• Срок службы батареи в среднем составил 50 месяцев. Это улучшение по сравнению с предыдущими годами, когда было всего 41 месяц (2000 г.) и 34 месяца (1962 г.). Улучшенные материалы продлевают срок службы батареи.
• Северные и южные районы Северной Америки имеют разную продолжительность жизни. Батареи в более теплом климате умирают раньше, чем в более прохладных регионах. См. Рис. 2.
• Закороченные ячейки и сбои сети являются основными причинами сбоев аккумуляторов в этом исследовании.

Рис. 2: Режим отказа в зависимости от региона, относящегося к температуре.
Батареи, используемые в северной части Северной Америки, служат дольше, чем батареи на юге.
^{Источник: Исследование, проведенное Douglas, East Penn., Exide Technologies и Johnson Controls}

Отказ европейских автомобильных аккумуляторов

На рисунке 3 показано распределение режимов отказа более 800 стартерных батарей AGM, проведенное Johnson Controls Энергетические решения EMEA. Результаты были представлены на AABC Europe 2017 в Майнце, Германия.

^{Источник: Johnson Controls Power Solutions EMEA на AABC Europe 2017 в Майнце, Германия}

Рис. 3. Анализ режима отказов в Европе. Самый большой отказ — это массовый износ в зависимости от использования, отражающийся в снижении емкости и повышении внутреннего сопротивления.

В таблице 4 кратко описаны причины отказа, полученные из исследования JCI.

Таблица 4: Причины отказа в процентах от более 800 батарей AGM в конце срока службы.

Вышеупомянутое исследование JCI, определяющее окончание срока службы аккумулятора, дает результаты, аналогичные результатам теста, проведенного немецким производителем автомобилей класса люкс в 2007 году с участием 175 стартерных аккумуляторов. В этом испытании были исключены батареи, вышедшие из строя из-за перегрева (высокое внутреннее сопротивление), и результаты представлены на рисунке 5. Горизонтальная ось представляет емкость; внутреннее сопротивление, коррелирующее с CCA, отложено по вертикальной оси.CCA измеряли в соответствии со стандартами DIN и IEC.

Срок службы большинства батарей истекает при прохождении через линию емкости, расположенную слева от зеленого поля на рисунке 5. Очень немногие батареи выходят из строя из-за падения через линию CCA. Уменьшение емкости происходит при нормальном использовании в основном из-за потери активной массы. Вспомогательная энергия, такая как старт-стоп, нагревательные элементы и механические действия двери, ускоряют потерю мощности. Повышенное внутреннее сопротивление является побочным эффектом активной потери массы, но оценка емкости является более надежным предиктором окончания срока службы.Это выделено серой точкой на батареях. См. Также: BU-806: Отслеживание емкости и сопротивления батареи как часть старения.

Рис. 5: Емкость и CCA 175 стареющих стартерных батарей.

Большинство батарей проходит через линию емкости; немногие терпят неудачу из-за низкого CCA. Батареи устанавливались в багажник и эксплуатировались в умеренном климате.

Примечание: Тест был проведен немецким производителем автомобилей класса люкс. Аккумуляторы, поврежденные нагреванием, были ликвидированы.

Метод испытаний: Емкость и CCA были протестированы в соответствии со стандартами DIN и IEC.

Комментарии

Некоторые производители тестеров батарей заявляют, что измеряют емкость только при измерении внутреннего сопротивления. Рекламные функции, которые выходят за рамки возможностей оборудования, сбивают с толку отрасль, заставляя поверить в то, что сложные тесты можно проводить с помощью базовых методов. Приборы, основанные на сопротивлении, могут идентифицировать умирающую или разряженную батарею, но это делает и пользователь по плохой работе двигателя.См. Также BU-905: Проверка свинцово-кислотных батарей.

Батареи в портативном мире

Материал по Battery UIniversity основан на незаменимом новом 4-м издании « Batteries in a Portable World — A Handbook on Battery for Non-Engineers », которое доступно для заказа через Amazon.com.

Литий-ионные аккумуляторы

— мощные, но с недостатком

Литий-ионные аккумуляторы работают так же, как и большинство других химических аккумуляторов.Частица с электрическим зарядом (в данном случае ион лития) перемещается к одному выводу при подаче энергии и к другому выводу при отборе энергии.

Литий-ионные аккумуляторы на самом деле представляют собой семейство аккумуляторов, потому что химический состав терминала и других частей различается. У них более высокая плотность энергии, что означает, что они могут хранить больше киловатт-часов работы на единицу веса и объема, чем другие химические вещества.

Но у них есть недостатки. Во-первых, в то время как все батареи нагреваются, что заставляет некоторые из их частей расширяться, химический суп, в котором плавают ионы в литий-ионной батарее, электролит, расширяется больше, чем электролиты других химикатов, говорят эксперты.Поскольку литий-ионный аккумулятор всегда герметичен, он должен выдерживать давление расширения. В противном случае он сломается или сломается внутри.

Электролит в литий-ионной батарее содержит углеводороды. Таким образом, он будет гореть или, по крайней мере, подвергаться химической реакции где-то, кроме огня, с выделением тепла и дыма. Если электролит в свинцово-кислотном аккумуляторе вытечет, это вызовет проблемы, но он не сгорит.

Все батареи выделяют тепло при зарядке и разрядке.Никакие перезаряжаемые химические батареи не обладают 100-процентной эффективностью. Другими словами, они никогда не возвращают столько энергии, сколько было вложено в них. Энергия, которая не проходит туда и обратно, превращается в тепло.

Если литий-ионный аккумулятор небольшой, то он имеет большую площадь поверхности по сравнению с объемом его ингредиентов и может хорошо излучать тепло. Если он большой или это пакет из многих ячеек, необходимо установить систему охлаждения или проложить путь для прохождения воздуха.

Когда литий-ионные батареи впервые начали коммерческое производство, в начале 1990-х годов они были небольшими по размеру для портативных устройств.Однако теперь, когда они переезжают в автомобили и самолеты, они намного больше. Батареи Boeing 787 на 50–100 процентов больше, чем типичные для автомобилей свинцово-кислотные аккумуляторы. Аккумуляторы, используемые в электромобилях, намного больше.

Почему автомобильные аккумуляторы плохо работают в холодную погоду

Запуск автомобиля холодным зимним утром может быть неприятным, если вы не проявили инициативу накануне вечером. Когда не удается запустить двигатель, часто это связано с аккумулятором. Почему аккумулятор более чувствителен, чем другие процессы в автомобиле? Ответ заключается в способности батареи преобразовывать химическую энергию в электрическую с минимальным выделением тепла и относительно небольшом количестве тепловой энергии, доступной при низких температурах.

Начало работы

Я помню одну осень несколько лет назад, когда я купил новую машину. Следующая зима была одной из самых холодных за несколько лет. В течение двух недель градусник в саду показывал температуру ниже -10 ° C (14 ° F).

Однажды февральским утром, во время лыжных каникул в горах Швеции, я вышел на подъездную дорожку к коттеджу, чтобы завести машину, надеясь обеспечить приятную и комфортную короткую поездку для семьи по дороге к подъемнику. Включив зажигание, машина еле завелась.Автомобиль издал звук, показывающий, что шесть цилиндров работали не так гладко, как обычно. Прошла почти минута, прежде чем двигатель заработал должным образом. Поскольку машина была новой, меня это насторожило. Очень медленно ЖК-дисплей между спидометром и тахометром ожил, показывая -35 ° C (-31 ° F). Сегодня утром не кататься на лыжах!

Как инженер-электрохимик, мои мысли переместились от катания на склонах к старой доброй технологии свинцово-кислотных аккумуляторов, которая в то время могла обеспечивать пиковый ток для запуска стартера и запуска двигателя при первом коротком повороте двигателя. ключ.

Эта проблема не ограничивается только батареями — двигатель внутреннего сгорания также сталкивается с проблемами при экстремально низких температурах. Смазочное масло становится гуще, реакции горения становятся вялыми, и конденсат может замерзнуть в критических частях топливной системы. Моя машина, однако, завелась. Любой электромобиль, не подключенный к электросети такой холодной ночью, вероятно, вообще не завелся бы.

В чем причина такой разницы? Ответ находится в способе преобразования химической энергии в механическую:

• Двигатель внутреннего сгорания преобразует химическую энергию, хранящуюся в топливе, в тепло, которое затем преобразуется в механическую энергию.
• Двигатель электромобиля преобразует химическую энергию аккумулятора в электрическую, которая затем преобразуется электродвигателем в механическую энергию. Он выделяет очень небольшое количество тепла по сравнению с двигателем внутреннего сгорания.

Преобразование тепловой энергии в механическую энергию в двигателе внутреннего сгорания дает много тепла с первого такта, чтобы быстро нагреть двигатель, позволяя автомобилю почти мгновенно уехать. Тем не менее, медленное тепловыделение, которое происходит при экстремальных температурах в электромобиле, не дает того же ощущения.Процитирую Леса Гроссмана: «Это физика, это неизбежно».

Обратите внимание, что эффективность преобразования химической энергии в механическую в электромобиле намного выше, поскольку потери в батарее и в электродвигателе относительно невелики.

Помимо вопросов эффективности и тепловыделения — и прежде, чем мы обсудим аккумулятор, — давайте сравним процессы, которые могут вызвать трудности в холодную погоду в электрических и обычных автомобилях.

Сравнение процессов на автомобилях

Начнем с электродвигателя и двигателя внутреннего сгорания.Можно представить, что электродвигатель меньше подвержен воздействию низких температур по сравнению с двигателем внутреннего сгорания. У него меньше движущихся частей, и, поскольку движущиеся части в основном разделены воздушными зазорами, он должен требовать меньше смазки и быть менее чувствительным к низким температурам.

Трансмиссия электромобиля также менее сложна, чем трансмиссия вагона внутреннего сгорания, поскольку электродвигатель может работать в широком диапазоне нагрузок с отличным крутящим моментом.Кроме того, электромобиль может иметь несколько двигателей (например, один спереди и один сзади) и, таким образом, не использовать большую часть трансмиссии, необходимую для работы с полным приводом. Это означает, что электромобиль не требует сложной коробки передач, которую нужно смазывать. Следовательно, электромобиль должен быть менее чувствителен к температуре и по этим причинам.

Наконец, электромобиль не требует сложной топливной системы с насосами, клапанами, датчиками, форсунками и т. Д.Это также должно сделать его менее чувствительным к низким температурам по сравнению с обычным автомобилем, с меньшим количеством компонентов, которым препятствует нарастание льда.

Как и ожидалось, плохо работает при низких температурах именно аккумулятор. Фактически, влияние низких температур на работу батарей можно наблюдать в самых разных приложениях, от военной техники и космических приложений до сотовых телефонов и клавиатур домашней сигнализации. Этот компонент, очевидно, менее важен в двигателе внутреннего сгорания, которому для запуска двигателя требуется только короткий пиковый ток.Сравните это с электромобилем, которому требуется постоянный ток. Поэтому давайте более внимательно рассмотрим характеристики батареи и то, как на нее влияет температура.

Температурно-зависимые свойства батареи

Батарея состоит из двух пористых электродов: положительного и отрицательного. Материал электронно-проводящего электрода состоит из упакованных частиц электродного материала. Пустота между этими частицами создает пористость электродов (см. Рисунок ниже).

Два электрода разделены электролитом. Кроме того, оба пористых электрода содержат поровый электролит в пустоте между частицами твердого материала электрода. На рисунке ниже показан процесс разряда батареи с сильно преувеличенным размером частиц.

Потери в батарее при заданном состоянии заряда показаны на следующем рисунке, на котором показаны вольт-амперные кривые для положительного (красный) и отрицательного электродов (синий) с рабочей точкой, заданной i ₁ и -i ₁ на соответствующем электроде.Можно предположить, что потенциалы положительного и отрицательного электрода измеряются с помощью электрода сравнения в середине электролита (см. Рисунок выше). Это необходимо для получения потенциалов двух отдельных электродов и учета омических потерь с обеих сторон электрода сравнения.

Потенциал элемента уменьшается по сравнению с напряжением открытого элемента (см. Ниже) из-за потерь активации (из-за кинетики электрохимической реакции), потерь при переносе массы и омических потерь.Обратите внимание, что катодный ток на положительном электроде определяется как отрицательный, а анодный ток на отрицательном электроде определяется как положительный. Это связано с тем, что полярность электролита внутри батареи противоположна полярности внешней цепи.

Напряжение открытого элемента

Разность потенциалов электрода при нулевой плотности тока называется напряжением открытого элемента при заданном состоянии заряда, как показано на предыдущем рисунке. 0}} \ right)

, где E — напряжение элемента, {\ Delta S} — изменение энтропии реакции батареи, z — количество перенесенных электронов, а F — постоянная Фарадея.Это означает, что для батареи с чистой реакцией разряда с положительным изменением энтропии ({\ Delta S}) напряжение элемента увеличивается с температурой. Для батареи с отрицательным изменением энтропии напряжение ячейки уменьшается с увеличением температуры.

Большинство литий-ионных аккумуляторов, используемых в современных электромобилях, имеют слегка отрицательное или очень небольшое изменение энтропии, что означает, что напряжение разомкнутой ячейки немного увеличивается при понижении температуры. Одно это фактически улучшило бы производительность при более низких температурах.Однако изменение напряжения открытого элемента в зависимости от температуры относительно невелико по сравнению с другими параметрами, около 0-0,4 мВ / К, что составляет менее 30 мВ в диапазоне очень низких температур (-35 ° C, -31 ° C). ° F) до комнатной температуры. Таким образом, мы можем исключить термодинамику чистой реакции разряда как причину плохой работы при низких температурах.

Физические свойства электролита и электродов

Физические свойства электролита имеют большое влияние на производительность аккумулятора.Температура влияет на проводимость и коэффициенты диффузии в электролите, таким образом также влияя на эффективную проводимость и коэффициенты диффузии в порах электролита.

Электропроводность электролита может увеличиваться на один или несколько порядков от очень низких температур (-35 ° C, -31 ° F) до комнатной температуры. Если построить график зависимости логарифма электропроводности электролита от 1/ T , мы получим линейную зависимость, как показано на рисунке ниже. Этот рисунок иллюстрирует низкую проводимость при низких температурах и ее экспоненциальный рост при переходе к более высоким температурам.

Следовательно, омические потери (резистивные потери) в электролите батареи увеличиваются с понижением температуры, что приводит к более низкому напряжению элемента при заданном токе при более низких температурах. Кроме того, плохая проводимость электролита приводит к менее равномерному распределению плотности тока в пористых электродах, что, в свою очередь, снижает емкость аккумулятора. Емкость определяется как количество ампер-часов, которое может быть снято с батареи до того, как напряжение резко упадет.При более низких температурах емкость есть, но низкая проводимость и последующее неравномерное распределение плотности тока делают ее недоступной до тех пор, пока батарея не нагреется.

Кроме того, коэффициент диффузии химических веществ в электролите, которые жизненно важны для питания электрохимических реакций, снижается в той же степени, что и проводимость электролита. Пониженная диффузионная способность увеличивает перенапряжение концентрации, что снижает напряжение ячейки. Пониженный коэффициент диффузии также снижает емкость батареи, поскольку большая часть частиц в электродах батареи недоступна из-за ограничений массопереноса.

Обратите внимание, что электролитическая проводимость и коэффициент диффузии связаны с подвижностью (см. Соотношение Нернста-Эйнштейна).

Физическое объяснение пониженной подвижности состоит в том, что в электролите доступно меньше тепловой энергии, что затрудняет преодоление ионами и молекулами их взаимного взаимодействия или «трения». Подвижность электролитов как функция температуры описывается уравнением Аррениуса, где энергия активации ( E _a на рисунке выше) представляет собой энергию, необходимую молекулам, чтобы преодолеть их взаимодействие с соседними молекулами и перемещаться в пространстве. электролит.

Материал твердого электрода обычно имеет проводимость на несколько порядков больше, чем проводимость порового электролита. Изменение проводимости твердого материала в зависимости от температуры обычно незначительно для производительности батареи. Однако в некоторых батареях перезарядка может быть проблематичной при низких температурах, поскольку это может привести к образованию дендритов, разрушающих батарею.

Кинетика электродов

Последним большим вкладом в плохую работу батарей при низких температурах является вялая кинетика анодных и катодных реакций, что приводит к увеличению перенапряжения активации.Физическое объяснение медленной кинетики электрода состоит в том, что энергию активации становится труднее преодолеть из-за меньшего количества тепловой энергии, доступной в системе при низких температурах.

На рисунке ниже показано общее влияние на производительность батареи из-за повышенных потерь активации, омических потерь и потерь при транспортировке массы. Мы можем видеть, как увеличенное общее перенапряжение на двух электродах приводит к снижению напряжения ячейки при заданном токе и состоянии заряда.

Эти кривые происходят из уравнений Аррениуса для подвижности и кинетики электродов на электродах, которые для обратимых электрохимических реакций приводят к соответствующим выражениям Батлера-Фольмера.

Управление температурой

Современные аккумуляторные системы в электромобилях оснащены передовыми системами терморегулирования. Эти системы способны охлаждать аккумулятор, когда он работает при высоких нагрузках, и нагревать его, когда он подключен к сети, холодными зимними ночами.

Система терморегулирования поддерживает оптимальный диапазон рабочих температур аккумулятора (см. Рисунок выше). Обратите внимание, что график относится к рабочей температуре аккумулятора, а не к температуре окружающей среды. Система терморегулирования также снижает риск теплового разгона литий-ионных аккумуляторных батарей.

Нагрев батареи при низких температурах также означает, что эффективность и дальность действия электродвигателя снижаются, так как часть электроэнергии или регенеративной мощности должна быть преобразована в тепло, чтобы поддерживать работу батареи в оптимальном диапазоне.Кроме того, часть этой мощности также может использоваться для обогрева кабины, что также снижает эффективность и дальность полета автомобиля.

На рисунке выше показаны результаты для модели литий-ионной аккумуляторной батареи для автомобильного применения, оснащенной каналами охлаждения и нагрева. Такие модели широко используются в конструкции системы терморегулирования аккумуляторной батареи.

Заключительные мысли

Неспособность электромобилей быстро и самопроизвольно нагревать свои батареи после чрезвычайно холодных зимних ночей объясняется высоким КПД электродвигателя и тем фактом, что он не требует выработки тепловой энергии для преобразования в механическую работу.Поэтому электромобиль всегда следует подключать к сети в ночное время перед лыжными поездками, такими как моя, чтобы температура батареи поддерживалась в разумном температурном диапазоне.

Если следовать этим инструкциям, ваш электромобиль легко заведется — даже в горах Швеции. Фактически, большинство внешних парковок на Севере (таких как Аляска, Канада, Швеция и Норвегия) имеют электрические розетки, и большинство обычных автомобилей также оснащены обогревателями двигателя. Вы не хотите рисковать при таких температурах, даже с двигателями внутреннего сгорания.

Если вы забудете включить машину во время лыжного отпуска, у вас может возникнуть соблазн вернуться в комфортабельный коттедж и, возможно, подумать о Сванте Аррениусе, шведском ученом, который разработал первое количественное описание температурной зависимости скорости химических реакций и транспорта. характеристики.

Как ухаживать за автомобильным аккумулятором

Даже если вы едете на внедорожнике, потребляющем много бензина, электричество по-прежнему имеет решающее значение для вождения автомобиля. Благодаря современным электрическим батареям водителям больше не нужно вручную проверять двигатель .Теперь все происходит поворотом ключа или нажатием кнопки.