Расчет количества секций батареи отопления: Как рассчитать радиаторы отопления

Разное

Содержание

Расчёт количества секций радиатора отопления

Очень важно купить современные качественные и эффективные батареи. Но куда важнее правильно произвести расчёт количества секций радиатора, чтобы в холодную пору он должным образом прогревал помещение и не пришлось думать об установке дополнительных переносных отопительных приборов, которые увеличат расход средств на отопление.

Содержание статьи:

СНиП и основные предписания

Сегодня можно назвать огромное количество СНиПов, которые описывают правила проектирования и эксплуатации отопительных систем в различных помещениях. Но наиболее понятным и простым является документ «Отопление, вентиляция и кондиционирование» под номером 2.04.05.

В нем подробно описаны следующие разделы:

  1. Общие положения, касающиеся проектирования систем отопления
  2. Правила проектирования систем отопления зданий
  3. Особенности прокладки труб отопительной системы

Монтировать радиаторы отопления необходимо также согласно СНиП под номером 3. 05.01. Он предписывает следующие правила монтажа, без которых произведенные расчеты количества секций окажутся малоэффективны:

  1. Максимальная ширина радиатора не должна превысить 70% от аналогичной характеристики оконного проема, под которым он устанавливается
  2. Радиатор должен крепиться по центру оконного проема (допускается незначительная погрешность – не более 2 см)
  3. Рекомендуемое пространство между радиаторами и стеной – 2-5 см
  4. Над полом высота не должны быть более 12 см
  5. Расстояние до подоконника от верхней точки батареи – не менее 5 см
  6. В иных случаях для улучшения теплоотдачи поверхность стен покрывают отражающим материалом

Следовать таким правилам необходимо для того, чтобы воздушные массы могли свободно циркулировать и сменять друг друга.

Читайте так же, наш сравнительный обзор различных видов радиаторов отопления

Расчет по объему

Чтобы точно произвести расчёт количества секций отопительного радиатора, необходимых для эффективного и комфортного отопления жилого помещения, следует принимать во внимания его объем. Принцип весьма прост:

  1. Определяем потребность тепла
  2. Узнаем количество секций, способных его отдавать

СНиП предписывает учитывать потребность в тепле для любого помещения – 41 Вт на 1 м. куб. Однако этот показатель весьма относителен. Если стены и пол плохо утеплены, это значение рекомендуют увеличить до 47-50 Вт, ведь часть тепла будет утрачиваться. В ситуациях, когда по поверхностям уже уложен качественный теплоизолятор, смонтированы качественные окна ПВХ и устранены сквозняки – данный показатель можно принять равным 30-34 Вт.

Если в комнате расположены экранированные радиаторы отопления, потребность в тепле необходимо увеличить до 20%. Часть тепловой нагретых воздушных масс не будет пропускаться экраном, циркулируя внутри и быстро остывая.

Формулы расчета количества секций по объему помещения, с примером

Определившись с потребностью на один куб, можно приступит к вычислениям (пример на конкретных цифрах):

  1. На первом шаге рассчитываем объем помещения по простой формуле: [высота]*[длина]*[ширина] (3х4х5=60 куб м. )
  2. Следующий этап – определение потребности теплоты для конкретно рассматриваемого помещения по формуле: [объем]*[потребность на м. куб.] (60х41=2460 Вт)
  3. В паспорте, прилагаемом к радиатору отопления, необходимо узнать мощность одной секции – средний показатель современных моделей 170 Вт
  4. Определить желаемое количество ребер можно по формуле: [общая потребность в тепле]/[мощность одной секции] (2460/170=14.5)
  5. Округление рекомендуется делать в большую сторону – получаем 15 секций

Многие производители не учитывают, что теплоноситель, циркулирующий по трубам, имеет далеко не максимальную температуру. Следовательно, мощность ребер будет ниже, чем указанное предельное значение (именно ее прописывают в паспорте). Если нет минимального показателя мощности, значит имеющийся для упрощения расчетов занижают на 15-25%.

Расчет по площади

Предыдущий метод расчета – прекрасное решение для помещений, у которых высота более 2. 7 м. В комнатах с более низкими потолками (до 2.6 м) можно воспользоваться другим способом, приняв за основу площадь.

В этом случае, рассчитывая общее количество тепловой энергии, потребность на один кв. м. берут равной 100 Вт. Каких-либо корректировок в него покуда вносить не требуется.

Формулы расчета количества секций по площади помещения, с примером

  1. На первом этапе определяется общая площадь помещения: [длина]* [ширина] (5х4=20 кв. м.)
  2. Следующий шаг – определение тепла, необходимого для обогрева всего помещения: [площадь]* [потребность на м. кв.] (100х20=2000 Вт)
  3. В паспорте, прилагаемом к радиатору отопления, необходимо узнать мощность одной секции – средний показатель современных моделей 170 Вт
  4. Для определения необходимого количества секций следует воспользоваться формулой: [общая потребность в тепле]/[мощность одной секции] (2000/170=11.7)
  5. Вносим поправочные коэффициенты (рассмотрены далее)
  6. Округление рекомендуется делать в большую сторону – получаем 12 секций

Поправки, вносимые в расчет и советы

Рассмотренные выше методы расчёта количества секций радиатора прекрасно подходят для помещений, высота которых достигает 3-х метров. Если этот показатель больше, необходимо увеличивать тепловую мощность прямо пропорционально росту высоты.

Если весь дом оснащен современными пластиковыми окнами, у которых коэффициент тепловых потерь максимально снижен – появляется возможность сэкономить и уменьшить полученный результат до 20%.

Считается, что стандартная температура теплоносителя, циркулирующего по отопительной системе – 70 градусов. Если она ниже этого значения, необходимо на каждые 10 градусов увеличивать полученный результат на 15%. Если выше – наоборот уменьшать.

Помещения, площадь которых более 25 кв. м. отопить одним радиатором, даже состоящим из двух десятков секций, будет крайне проблематично. Чтобы решить подобную проблему, необходимо вычисленное число секций поделить на две равные части и установить две батареи. Тепло в этом случае будет распространяться по комнате более равномерно.

Если в помещении два оконных проема, радиаторы отопления нужно размещать под каждым из них. Они должны быть по мощности в 1. 7 раза больше номинальной, определенной при расчетах.

Купив штампованные радиаторы, у которых поделить секции нельзя, необходимо учитывать общую мощность изделия. Если ее недостаточно, следует подумать о покупке второй такой же батареи или чуть менее теплоемкой.

Поправочные коэффициенты

Очень многие факторы могут оказывать влияние на итоговый результат. Рассмотрим, в каких ситуациях необходимо вносить поправочные коэффициенты:

  • Окна с обычным остеклением – увеличивающий коэффициент 1.27
  • Недостаточная теплоизоляция стен – увеличивающий коэффициент 1.27
  • Более двух оконным проемов на помещение – увеличивающий коэффициент 1.75
  • Коллекторы с нижней разводкой – увеличивающий коэффициент 1.2
  • Запас в случае возникновения непредвиденных ситуаций – увеличивающий коэффициент 1.2
  • Применение улучшенных теплоизоляционных материалов – уменьшающий коэффициент 0.85
  • Установка качественных теплоизоляционных стеклопакетов – уменьшающий коэффициент 0. 85

Количество вносимых поправок в расчет может быть огромным и зависит от каждой конкретной ситуации. Однако следует помнить, что уменьшать теплоотдачу радиатора отопления значительно легче, чем увеличить. Потому все округления делаются в большую сторону.

Подводим итоги

Если необходимо произвести максимально точный расчёт количества секций радиатора в сложном помещении – не стоит бояться обратиться к специалистам. Самые точные методы, которые описываются в специальной литературе, учитывают не только объем или площадь комнаты, но и температуру снаружи и изнутри, теплопроводность различных материалов, из которых построена коробка дома, и множество других факторов.

Безусловно, можно не бояться и набрасывать несколько ребер к полученному результату. Но и чрезмерное увеличение всех показателей может привести к неоправданным расходам, которые не сразу, порой и не всегда удается окупить.

Расчет количества батарей отопления онлайн калькулятор



Радиаторов, батарей отопления

Грамотный расчет отопления частного дома (калькулятор использовать предпочтительнее) задача исключительно сложная. Ведь слишком много факторов следует при этом учесть. Малейшая ошибка или неправильная трактовка исходных данных могут привести к ошибке, из-за которой смонтированная система отопления не будет выполнять поставленные задачи. Либо, что тоже вероятно, режим ее работы будет весьма далек от оптимального, что приведет к значительным и неоправданным тратам. Специалисты компании «Новое место» готовы рассчитать отопление любой специфики оперативно и недорого. Не хотите иметь проблем с теплом в доме – просто позвоните нашему менеджеру.

Точность исходных данных крайне важна

Существует довольно много методик, которые позволяют обычному человеку, не связанному со строительным делом, провести расчет радиаторов отопления частного дома – калькулятор для этих нужд также используется сейчас широко. Однако, на правильные данные можно рассчитывать только в том случае, если входящая информация предоставлена грамотно.

Так, самостоятельно измерить кубатуру помещения (длина, ширина и высота каждой комнаты), подсчитать количество окон и примерно определить тип подключаемого радиатора достаточно просто. Но, далеко не все владельцы жилья смогут разобраться с типом подачи горячей воды, толщиной стен, материалом, из которого они сделаны, а также учесть все нюансы предполагаемого к монтажу отопительного контура.

С другой стороны, для предварительного планирования даже такие методы, неточные, но простые в реализации, подойдут очень хорошо. Они помогут выполнить приблизительный расчет радиатора отопления в частном доме (калькулятор вам понадобится, но вычисления будут очень простыми) и примерно понять, какой отопительный контур будет наиболее оптимальным.

Расчет на основании площади помещения

Самый быстрый и весьма неточный метод, лучше всего подходящий для помещений со стандартной высотой потолков, равной примерно 2,4-2,5 метров. Согласно действующим строительным правилам, на обогрев одного квадратного метра площади понадобится 0,1 кВт тепловой мощности. Следовательно, для типовой комнаты площадью 19 квадратных метров необходимо 1,9 кВт.

Чтобы завершить расчет количества радиаторов отопления в частном доме, осталось разделить полученное значение на показатель теплоотдачи одной секции батареи (этот параметр должен быть указан в сопроводительной инструкции или на упаковке, но для примера возьмем стандартное значение 170 Вт) и при необходимости округлить полученную цифру в большую сторону. Окончательный результат будет равен 12 (1900 / 170 = 11,1764).

Предложенная методика является очень приблизительной, так как не учитывает множество факторов, напрямую влияющих на расчеты. Поэтому для корректировки стоит использовать несколько уточняющих коэффициентов.

  • помещение с балконом или комната в торце здания: +20%;
  • проект предполагает установку радиаторной батареи в нишу или за декоративный экран: +15%.

Расчет по кубатуре помещения

Предлагаемая методика также не претендует на высокую точность, но по сравнению с расчетом на основе площади помещения она дает результаты, более соответствующие реальному положению дел. Самая большая проблема в данном случае – правильная трактовка норм СНиП, по которым для обогрева одного кубического метра жилой площади необходимо затратить 41 кВт мощности. Так как этот параметр описывает систему организации отопления в стандартном панельном здании, расчет количества радиаторов отопления в частном доме будет не совсем точным. Но примерное представление о том, как ее следует проектировать, он дает.

В первую очередь, нужно перемножить площадь помещения на его высоту. Например, для комнаты в 30 квадратных метров и потолками в 3,5 метра итоговая цифра будет 105 м3(30 * 3,5). После этого ее нужно умножить на 41 (нормы требуемой тепловой мощности для одного «куба»): 105 * 41 = 4305 Вт (примерно 4,3 кВт).

Вычисление оптимального количества радиаторов выполняется очень просто. Прежде всего, выясните теплоотдачу одной сегмента, после чего разделите на это значение полученную ранее цифру. В нашем примере имеем 26 секций (4305 / 170 = 25,3235). Для получения более достоверного результата есть смысл использовать несколько корректирующих коэффициентов:

  • угловая комната: +20%;
  • батарея задекорирована решеткой или экраном: +20%;
  • дом плохо утеплен, основной материал, из которого сделаны стены, – крупногабаритная панель: +10%;
  • помещение находится на последнем или первом этаже: +10%;
  • в комнате большего одного окна или оно одно, но очень большое: +10%;
  • рядом расположены неотапливаемые помещения (особенно, если в них отсутствует часть стен): +10%.

Профессиональный подход

Как рассчитать батареи отопления для частного дома, если нужна очень высокая точность с минимально возможными допусками. В этом случае есть смысл воспользоваться методикой, которая предполагает наличие нескольких уточняющих коэффициентов. Она имеет определенные допуски, но итоговый результат позволит смонтировать такую отопительную систему, которая будет учитывать все особенности помещения.

Формула расчета имеет следующий вид: Q = 100 * S * X1 * X2 * X3 * X4 * X5 * X6 * X7. Q – количество тепла (в ваттах на квадратный метр), которое необходимо обеспечить для конкретного помещения), S – его площадь, а X1-X7 – несколько уточняющих коэффициентов.

X1: класс остекления оконных проемов (особо уточним, он не учитывает количество самих проемов)

  • Двойное остекление: 1,27.
  • 2-слойный стеклопакет: без коррекции.
  • 3-слойный стеклопакет: 0,85.

X2: уровень теплоизоляции стен (может быть скорректирован установкой внешних утепляющих конструкций)

  • Недостаточная (одинарная кладка, нет дополнительных навесных блоков): 1,27.
  • Хорошая (слой утеплителя или двойная кирпичная кладка): без коррекции.
  • Высокая: 0,85.

X3: отношение площади окон и пола

  • 50%: 1,2.
  • 40%: 1,1.
  • 30%: без коррекции.
  • 20%: 0,9.
  • 10%: 0,8 (часто встречающийся случай в складских помещениях, но в частных домах встречается очень редко).

X4: средневзвешенная температура воздуха для наиболее холодной недели в году (в градусах Цельсия)

  • -35 и менее: 1,5.
  • От -35 до -25: 1,3.
  • От -25 до -20: 1,1.
  • От -20 до -15: 0,9.
  • От -15 до -10: 0,7.

X5: внешние стены

  • Одна: 1,1;
  • Две: 1,2;
  • Три: 1,3;
  • Четыре: 1,4.

X6: тип находящегося над комнатой, для которой производится расчет, помещения

  • Чердак, лишенный принудительного отопления: без коррекции.
  • Отапливаемый чердак: 0,9.
  • Жилое помещение с собственным отоплением: 0,8.

X7: высота потолков (метров)

  • Менее 2,5: без коррекции.
  • От 2,5 до 3: 1,05.
  • От 3 до 3,5: 1,1.
  • От 3,5 до 4: 1,15.
  • От 4 до 4,5: 1,2.

Как рассчитать количество радиаторов в доме, исходя из предложенной методики? Представим себе, что у нас есть дом из двух комнат – 20 и 25 м2. В одной из них – двойное остекление, в другой – тройной стеклопакет. Уровень теплоизоляции высокий. Соотношение окон и пола – 1:1. Самая низкая температура -17 градусов. В доме 2 внешних стены, над комнатами находится неотапливаемый чердак, а высота стен – 3,1 м.

  • 1 комната (S=20 м2). 100 * 20 (S) * 1,27 (X1) * 0,85 (X2) * 1,2 (X3) * 0,9 (X4) * 1,2 (X5) * 1 (X6) * 1,1 (X7) = 3077,87.
  • 2 комната (S=15 м2). 100 * 15 (S) * 0,85 (X1) * 0,85 (X2) * 1,2 (X3) * 0,9 (X4) * 1,2 (X5) * 1 (X6) * 1,1 (X7) = 1544,99.

После этого нужно разделить полученные значения на теплоотдачу одной секции радиатора, (например, 170 Вт / м2):

  • 1 комната: 3077,87 / 170 = 19 (18,1051).
  • 2 комната: 1544,99 / 170 = 10 (9,0881).

Именно такое количество секций будет оптимальным и достаточным.

Виды радиаторов

Приведенное значение теплоотдачи – 170 Вт / м2 является усредненным, а значит реальное положение дел отражает далеко не всегда. Потому его также можно скорректировать для более точного расчета.

Биметаллические радиаторы

Являются в наше время самыми распространенными. Показатели теплоотдачи у разных производителей могут несколько разниться, но общее представление о том, какую они обеспечивают теплоотдачу, получить можно. Основной критерий в данном случае – межосное расстояние:

  • 500 мм: 165 Вт.
  • 400 мм: 143 Вт.
  • 300 мм: 120 Вт.
  • 250 мм: 102 Вт.

Алюминиевые радиаторы

Основной показатель здесь тот же – межосное расстояние, а приведенные нами данные верны для продукции итальянских брендов Calidor и Solar.

  • 500 мм: от 178 до 182 Вт.
  • 350 мм: от 145 до 150 Вт.

Стальные пластинчатые радиаторы

Здесь ситуация несколько сложнее, так как приходится дополнительно учитывать способ врезки в контур отопления, потому нужные параметры теплоотдачи следует выяснить у производителя вашей модели батареи.

Чугунные радиаторы

Классика, доставшаяся нам по наследству со старых советских времен, но не теряющая своей актуальности и в наши дни. Однако здесь следует учитывать, что в реальной жизни показатели могут быть ниже на 10-20 градусов, особенно если коммуникации сильно изношены.

Как рассчитать количество радиаторов в доме, используя предложенную методику? Вы должны четко выяснить необходимые для этого параметры помещения и технико-технические характеристики предполагаемых к использованию радиаторов. Но, так как это не так просто, как может показаться на первый взгляд, это обратитесь за помощью в компанию «Новое место».

Как рассчитать количество батарей для отопления для вашей квартиры

Расчет необходимого количества радиаторов отопления для обогрева помещения производится для каждой комнаты отдельно. Или, в том случае, если комнаты соединены проёмом, дверь между ними постоянно открыта, при расчёте они принимаются за одно помещение. А вот как рассчитать количество секций батарей – узнайте из статьи на нашем сайте.

Расчет количества радиаторов отопления на комнату

Примерный расчёт количества секций радиаторов отопления можно произвести по объему помещения, исходя из того, что на 1 куб. м объема нужно 34 Вт мощности батареи. Например, комната площадью 20 кв. м и с высотой потолка 2,5 м имеет объем 50 куб. м. Значит, для нее нужна суммарная мощность батарей отопления 50 * 34 = 1,7 кВт.

Расчет количества секций радиатора

Мощность 8-секционного радиатора Warmica Lux – 1,48 кВт, 10-секционного – 1,85 кВт. Придётся брать 10-секционный: лучше в тепле, чем в холоде!

Более точный расчет радиаторов отопления по площади производят с учётом множества коэффициентов. Формула расчета количества радиаторов отопления в этом случае выглядит следующим образом:

P=100*S*k1*k2*k3*k4*k5*k6*k7, где

P – суммарная мощность радиаторов, необходимых для обогрева помещения, в Ваттах;

S – площадь помещения в кв. метрах;

Чем больше комната, тем больше секций радиатора отопления нужно для ее обогрева

k1 – коэффициент, вносящий поправку на качество остекления окон, для обычного пакета в два стекла

k1=1,27,

для двойного стеклопакета k1=1,

для тройного k1=0,85;

k2 – коэффициент, характеризующий качество теплоизоляции стен. Для стены в два кирпича принимается равным 1,

для стены с худшей теплоизоляцией – 1,27,

с лучшей теплоизоляцией – 0,85;

Выбирайте радиатор нужной мощности!

k3 – коэффициент, характеризующий отношение площади окон к площади пола в помещении. При отношении Sокон/Sпола= 0,5 k3=1,2ж

при Sокон/Sпола= 0,4 k3=1,1;

при Sокон/Sпола= 0,3 k3=1,0;

при Sокон/Sпола= 0,2 k3=0,9;

при Sокон/Sпола= 0,1 k3=0,8.

k4 – вводит поправку на климатический пояс. Если средняя температура самой холодной недели года в зоне размещения постройки составляет – 35°С, то k4 принимается равным 1,5;

Чем ниже температуры за окном, тем мощнее должен быть радиатор!

если самая холодная температура -25°С, то k4= 1,3;

если -20°С, то k4= 1,1;

если -15°C, то k4= 0,9;

если – 10°С, то k4= 0,7:

k5 вводит поправку на количество стен в помещении, выходящих наружу.

Если одна стена является наружной, то k5=1,1;

если две стены, то k5=1,2;

если три стены, то k5=1,3;

если 4 стены, то k5=1,4.

Радиатор в угловой комнате должен быть мощнее

k6 учитывает тип помещения, находящегося выше обогреваемой комнаты. Если это холодный чердак, то

k6 принимается равным 1;

если отапливаемый чердак, то k6 = 0,9;

если отапливаемое жилое помещение, то k6=0,7.

Коэффициент k7 вводит поправку на высоту потолка. Его надо выбрать из расположенной ниже таблицы:

Высота потолка, м 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5
k7 1,0 1,05 1,10 1,15 1,20

Но, как понимает читатель, в стандартной квартире с пластиковыми окнами расчет производится элементарным образом: площадь комнаты перемножается на 100 и получается потребная мощность в Ваттах. То есть, для рассмотренной выше комнаты площадью 20 кв. м необходимы батареи общей мощностью 2 кВт. Это немного больше, чем было получено при расчете по объёму, но разница не критична.

В комнате с высоким потолком радиатор должен быть мощнее

Как рассчитать количество батарей отопления в режиме online

Торгующие организации берегут клиентов от лишних умственных усилий и помещают на своих сайтах калькуляторы расчета количества радиаторов отопления. Работа с ними напоминает игру: знай, вводи параметры помещения (площадь, количество наружных стен, размеры окон и т.д.) и получай готовый результат.

Чугунные радиаторы по-прежнему пользуются большой популярностью

На сайте компании «Термал» калькулятор рассчитать количество батарей отопления позволяет даже для разных типов батарей. Впрочем, меняются не характеристики помещения и не количество потребных на его обогрев ватт, а мощность 1 секции радиатора.

Так, если делать расчет количества биметаллических радиаторов отопления, то мощность одной секции принимается равной 220 Вт;

Биметаллические радиаторы имеют растущую популярность

если делать расчет количества радиаторов отопления чугунных, то средняя мощность секции принимается 250 Вт;

если делать расчет количества алюминиевых радиаторов отопления, то средняя мощность секции принимается 180 Вт.

Алюминиевые радиаторы парового отопления привлекательны своей дешевизной

Конечно же, заказчик может скорректировать мощность секции в соответствии с паспортными данными приобретаемого оборудования и более точно рассчитать количество батарей на комнату.

Расчёт количества секций радиатора отопления

На этапе подготовки к капитальным ремонтным работам и в процессе планирования возведения нового дома возникает необходимость расчета количества секций радиатора отопления. Результаты подобных вычислений позволяют узнать количество батарей, которого было бы достаточно для обеспечения квартиры либо дома достаточным теплом даже в наиболее холодную погоду.

Расчёт количества секций радиатора отопления

Порядок расчета может меняться в зависимости от множества факторов. Ознакомьтесь с инструкциями по быстрому расчету для типичных ситуаций, вычислению для нестандартных комнат, а также с порядком выполнения максимально подробных и точных расчетов с учетом всевозможных значимых характеристик помещения.

Расчёт количества секций радиатора отопления

Рекомендации по расчету до начала работы

Чтобы самостоятельно рассчитать нужное количество секций отопительной батареи, вы обязательно должны узнать следующие параметры:

Показатели теплоотдачи, форма батареи и материал ее изготовления – эти показатели в расчетах не учитываем.

Важно! Не выполняйте расчет сразу для всего дома либо квартиры. Потратьте немного больше времени и проведите вычисления для каждой комнаты отдельно. Только так можно получить максимально достоверные сведения. При этом в процессе расчета количества секций батареи для обогрева угловой комнаты к итоговому результату нужно добавить 20%. Такой же запас нужно накинуть сверху, если в работе обогрева появляются перебои либо же его эффективности недостаточно для качественного прогрева.

Стандартный расчет радиаторов отопления

Расчет радиаторов отопления

Начнем обучение с рассмотрения наиболее часто использующегося метода расчета. Его вряд ли можно считать самым точным, зато по простоте выполнения он определенно вырывается вперед.

Стандартный расчет радиаторов отопления

В соответствии с этим «универсальным» методом для обогрева 1 м2 площади помещения нужно 100 Вт мощности батареи. В данном случае вычисления ограничиваются одной простой формулой:

K=S/U*100

В этой формуле:

Для примера рассмотрим порядок расчета необходимого числа секций батареи для комнаты габаритами 4х3,5 м. Площадь такого помещения составляет 14 м2. Производитель заявляет, что каждая секция выпущенной им батареи выдает 160 Вт мощности.

Подставляем значения в приведенную выше формулу и получаем, что для обогрева нашей комнаты нужно 8,75 секций радиатора. Округляем, конечно же, в большую сторону, т.е. к 9. Если комната угловая, добавляем 20%-й запас, снова округляем, и получаем 11 секций. Если в работе отопительной системы наблюдаются проблемы, добавляем еще 20% к первоначально рассчитанному значению. Получится около 2. То есть в сумме для обогрева 14-метровой угловой комнаты в условиях нестабильной работы отопительной системы понадобится 13 секций батареи.

Расчет алюминиевых радиаторов отопления

Приблизительный расчет для стандартных помещений

Очень простой вариант расчета. Основывается он на том, что размер отопительных батарей серийного производства практически не отличается. Если высота комнаты составляет 250 см (стандартное значение для большинства жилых помещений), то одна секция радиатора сможет обогреть 1,8 м2 пространства.

Площадь комнаты составляет 14 м2. Для расчета достаточно разделить значение площади на упоминавшиеся ранее 1,8 м2. В результате получается 7,8. Округляем до 8.

Таким образом, чтобы прогреть 14-метровую комнату с 2,5-метровым потолком нужно купить батарею на 8 секций.

Важно! Не используйте этот метод при расчете маломощного агрегата (до 60 Вт). Погрешность будет слишком большой.

Подбор радиаторов отопления по тепловой мощности

Расчет для нестандартных комнат

Этот вариант расчета подходит для нестандартных комнат со слишком низкими либо же чересчур высокими потолками. В основу расчета положено утверждение, в соответствии с которым для прогрева 1 м3 жилого пространства нужно порядка 41 Вт мощности батареи. То есть вычисления выполняются по единственной формуле, имеющей такой вид:

A=Bx41,

где:

  • А – нужное число секций отопительной батареи;
  • B – объем комнаты. Рассчитывается как произведение длины помещения на его ширину и на высоту.

Для примера рассмотрим комнату длиной 4 м, шириной 3,5 м и высотой 3 м. Ее объем составит 42 м3.

Общую потребность этого помещения в тепловой энергии рассчитаем, умножив его объем на упоминавшиеся ранее 41 Вт. Результат – 1722 Вт. Для примера возьмем батарею, каждая секция которой выдает 160 Вт тепловой мощности. Нужное количество секций рассчитаем, разделив суммарную потребность в тепловой мощности на значение мощности каждой секции. Получится 10,8. Как обычно, округляем до ближайшего большего целого числа, т.е. до 11.

Важно! Если вы купили батареи, не разделенные на секции, разделите общую потребность в тепле на мощность целой батареи (указывается в сопутствующей технической документации). Так вы узнаете нужное количество отопительных радиаторов.

Расчетные данные рекомендуется округлять в сторону увеличения по той причине, что компании-производители нередко указывают в технической документации мощность, несколько превышающую реальное значение.

Расчет необходимого количества радиаторов для отопления

Максимально точный вариант расчета

Из приведенных выше расчетов мы увидели, что ни один из них не является идеально точным, т.к. даже для одинаковых помещений результаты пусть и немного, но все равно отличаются.

Если вам нужна максимальная точность вычислений, используйте следующий метод. Он учитывает множество коэффициентов, способных повлиять на эффективность обогрева и прочие значимые показатели.

В целом расчетная формула имеет следующий вид:

T=100 Вт/м2 *A *B * C * D * E * F * G * S,

  • где Т – суммарное количество тепла, необходимое для обогрева рассматриваемой комнаты;
  • S – площадь обогреваемой комнаты.

Остальные коэффициенты нуждаются в более подробном изучении. Так, коэффициент А учитывает особенности остекления помещения.

Особенности остекления помещения

Значения следующие:

  • 1,27 для комнат, окна которых остеклены просто двумя стеклами;
  • 1,0 – для помещений с окнами, оснащенными двойными стеклопакетами;
  • 0,85 – если окна имеют тройной стеклопакет.

Коэффициент В учитывает особенности утепления стен помещения.

Особенности утепления стен помещения

Зависимость следующая:

  • если утепление низкоэффективное, коэффициент принимается равным 1,27;
  • при хорошем утеплении (к примеру, если стены выложены в 2 кирпича либо же целенаправленно утеплены качественным теплоизолятором), используется коэффициент равный 1,0;
  • при высоком уровне утепления – 0,85.

Коэффициент C указывает на соотношение суммарной площади оконных проемов и поверхности пола в комнате.

Соотношение суммарной площади оконных проемов и поверхности пола в комнате

Зависимость выглядит так:

  • при соотношении равном 50% коэффициент С принимается как 1,2;
  • если соотношение составляет 40%, используют коэффициент равный 1,1;
  • при соотношении равном 30% значение коэффициента уменьшают до 1,0;
  • в случае с еще меньшим процентным соотношением используют коэффициенты равные 0,9 (для 20%) и 0,8 (для 10%).

Коэффициент D указывает на среднюю температуру в наиболее холодный период года.

Распределение тепла в комнате при использовании радиаторов

Зависимость выглядит так:

  • если температура составляет -35 и ниже, коэффициент принимается равным 1,5;
  • при температуре до -25 градусов используется значение 1,3;
  • если температура не опускается ниже -20 градусов, расчет ведется с коэффициентом равным 1,1;
  • жителям регионов, в которых температура не опускается ниже -15, следует использовать коэффициент 0,9;
  • если температура зимой не падает ниже -10, считайте с коэффициентом 0,7.

Коэффициент E указывает на количество внешних стен.

Количество внешних стен

Если внешняя стена одна, используйте коэффициент 1,1. При двух стенах увеличьте его до 1,2; при трех – до 1,3; если же внешних стен 4, используйте коэффициент равный 1,4.

Коэффициент F учитывает особенности вышерасположенной комнаты. Зависимость такова:

  • если выше находится не обогреваемое чердачное помещение, коэффициент принимается равным 1,0;
  • если чердак отапливаемый – 0,9;
  • если соседом сверху является отапливаемая жилая комната, коэффициент можно уменьшить до 0,8.

И последний коэффициент формулы – G – учитывает высоту помещения.

Высота комнаты

Порядок следующий:

  • в комнатах с потолками высотой 2,5 м расчет ведется с использованием коэффициента равного 1,0;
  • если помещение имеет 3-метровый потолок, коэффициент увеличивают до 1,05;
  • при высоте потолка в 3,5 м считайте с коэффициентом 1,1;
  • комнаты с 4-метровым потолком рассчитываются с коэффициентом 1,15;
  • при расчете количества секций батареи для обогрева помещения высотой 4,5 м увеличьте коэффициент до 1,2.

Этот расчет учитывает почти все существующие нюансы и позволяет определить необходимое число секций отопительного агрегата с наименьшей погрешностью. В завершение вам останется лишь разделить расчетный показатель на теплоотдачу одной секции батареи (уточните в прилагающемся паспорте) и, конечно же, округлить найденное число до ближайшего целого значения в сторону увеличения.

Цены на популярные модели радиаторов отопления

Радиаторы отопления

Калькулятор расчета радиатора отопления

Для удобства, все эти параметры внесены в специальный калькулятор расчета радиаторов отопления. Достаточно указать все запрашиваемые параметры — и нажатие на кнопку «РАССЧИТАТЬ» сразу даст искомый результат:

Перейти к расчётам

 

Последовательно введите запрашиваемые значения или отметьте нужные варианты в предлагаемых списках

Установите ползунком значение площади помещения, м²

Сколько внешних стен в помещении?

однадветричетыре

В какую сторону света смотрят внешние стены

Север, Северо-Восток, ВостокЮг, Юго-Запад, Запад

Укажите степень утепленности внешних стен

Внешние стены не утепленыСредняя степень утепленияВнешние стены имеют качественное утепление

Укажите среднюю температуру воздуха в регионе в самую холодную декаду года

— 35 °С и нижеот — 25 °С до — 35 °Сдо — 20 °Сдо — 15 °Сне ниже — 10 °С

Укажите высоту потолка в помещении

до 2,7 м2,8 ÷ 3,0 м3,1 ÷ 3,5 м3,6 ÷ 4,0 мболее 4,1 м

Что располагается над помещением?

холодный чердак или неотапливаемое и не утепленное помещениеутепленные чердак или иное помещениеотапливаемое помещение

Укажите тип установленных окон

Обычные деревянные рамы с двойным остеклениемОкна с однокамерным (2 стекла) стеклопакетомОкна с двухкамерным (3 стекла) стеклопакетом или с аргоновым заполнением

Укажите количество окон в помещении

Укажите высоту окна, м

Укажите ширину окна, м

Выберите схему подключения батарей

Укажите особенности установки радиаторов

Радиатор располжен открыто на стене или не прикрыт подоконникомРадиатор полностью прикрыт сверху подоконником или полкойРадиатор установлен в стеновой нишеРадиатор частично прикрыт фронтальным декоративным экраномРадиатор полностью закрыт декоративным кожухом

 

Ниже будет предложено ввести паспортную мощность одной секции выбранной модели радиатора.

Если целью расчетов стоит определение потребной суммарной тепловой мощности для отопления комнаты (например, для выбора неразборных радиаторов) то оставьте поле пустым

Введите паспортную тепловую мощность одной секции выбранной модели радиатора

Советы по энергосбережениюСоветы по энергосбережению

Удачных расчетов!

Видео – Расчёт количества секций радиатора отопления

Расчет секций радиаторов: по площади, объему

При модернизации системы отопления кроме замены труб меняют и радиаторы. Причем сегодня они есть из разных материалов, разных форм и размеров. Что не менее важно, имеют они разную теплоотдачу: количество тепла, которые могут передать воздуху. И это обязательно учитывают, когда делают расчет секций радиаторов. 

В помещении будет тепло, если количество тепла, которое уходит, будет компенсироваться. Поэтому в расчетах за основу берут теплопотери помещений (они зависят от климатической зоны, от материала стен, утепления, площади окон и т.д.). Второй параметр — тепловая мощность одной секции. Это то количество тепла, которое она может выдать при максимальных параметрах системы (90°C на входе и 70°C на выходе). Эта характеристика обязательно указывается в паспорте, зачастую присутствует на упаковке.

Делаем расчет количества секций радиаторов отопления своими руками, учитываем особенности помещений и системы отопления

Один важный момент: проводя расчеты самостоятельно, учтите, что большинство производителей указывают максимальную цифру, которую они получили при идеальных условиях. Потому любое округление производите в большую сторону. В случае с низкотемпературным отоплением (температура теплоносителя на входе ниже 85°C) ищут тепловую мощность для соответствующих параметров или делают перерасчет (описан ниже).

Содержание статьи

Расчет по площади

Это — самая простая методика, позволяющая примерно оценить число секций, необходимое для отопления помещения. На основании многих расчетов выведены нормы по средней мощности отопления одного квадрата площади. Чтобы учесть климатические особенности региона, в СНиПе прописали две нормы:

  • для регионов средней полосы России необходимо от 60 Вт до 100 Вт;
  • для районов, находящихся выше 60°, норма отопления на один квадратный метр 150-200 Вт.

Почему в нормах дан такой большой диапазон? Для того, чтобы можно было учесть материалы стен и степень утепления. Для домов из бетона берут максимальные значения, для кирпичных можно использовать средние. Для утепленных домов — минимальные. Еще одна важная деталь: эти нормы просчитаны для средней высоты потолка — не выше 2,7 метра.

Как рассчитать количество секций радиатора: формула

Зная площадь помещения, умножаете ее норму затрат тепла, наиболее подходящую для ваших условий.  Получаете общие теплопотери помещения. В технических данных к выбранной модели радиатора, находите тепловую мощность одной секции. Общие теплопотери делите на мощность, получаете их количество. Несложно, но чтобы было понятнее, приведем пример.

Пример расчета количества секций радиаторов по площади помещения

Угловое помещение 16 м2, в средней полосе, в кирпичном доме. Устанавливать будут батареи с тепловой мощностью 140 Вт.

Для кирпичного дома берем теплопотери в середине диапазона. Так как помещение угловое, лучше взять большее значение. Пусть это будет 95 Вт. Тогда получается, что для обогрева помещения требуется 16 м* 95 Вт = 1520 Вт.

Теперь считаем количество радиаторов для отопления этой комнаты: 1520 Вт / 140 Вт  = 10,86 шт. Округляем, получается 11 шт. Столько секций радиаторов необходимо будет установить.

Расчет батарей отопления на площадь прост, но далеко не идеален: высота потолков не учитывается совершенно. При нестандартной высоте используют другую методику: по объему.

 Считаем батареи по объему

Есть в СНиПе нормы и для обогрева одного кубометра помещений. Они даны для разных типов зданий:

  • для кирпичных на 1 м3 требуется 34 Вт тепла;
  • для панельных — 41 Вт

Этот расчет секций радиаторов похож на предыдущий, только теперь нужна не площадь, а объем и нормы берем другие. Объем умножаем на норму, полученную цифру делим на мощность одной секции радиатора (алюминиевого, биметаллического или чугунного).

Формула расчета количества секций по объему

Пример расчета по объему

Для примера рассчитаем, сколько нужно секций в комнату площадью 16 ми высотой потолка 3 метра. Здание построено из кирпича. Радиаторы возьмем той же мощности: 140 Вт:

  • Находим объем.  16 м2 * 3 м = 48 м
  • Считаем необходимое количество тепла (норма для кирпичных зданий 34 Вт). 48 м3 * 34 Вт = 1632 Вт.
  • Определяем, сколько нужно секций. 1632 Вт / 140 Вт = 11,66 шт. Округляем, получаем 12 шт.

Теперь вы знаете два способа того, как рассчитать количество радиаторов на комнату.

Подробнее о расчетах площади комнаты и объема читаем тут.

Теплоотдача одной секции

Сегодня ассортимент радиаторов большой. При внешней схожести большинства, тепловые показатели могут значительно отличаться. Они зависят от материала, из которого изготовлены, от размеров, толщины стенок, внутреннего сечения и от того, насколько хорошо продумана конструкция.

Потому точно сказать, сколько кВт в 1 секции алюминиевого (чугунного биметаллического) радиатора, можно сказать только применительно к каждой модели. Эти данные указывает производитель. Ведь есть значительная разница в размерах: одни из них высокие и узкие, другие — низкие и глубокие. Мощность секции одной высоты того же производителя, но разных моделей, могут отличаться на 15-25 Вт (смотрите в таблице ниже STYLE 500 и STYLE PLUS 500) . Еще более ощутимые отличия могут быть у разных производителей.

Технические характеристики некоторых биметаллических радиаторов. Обратите внимание, что тепловая мощность одинаковых по высоте секций может иметь ощутимую разницу

Тем не менее, для предварительной оценки того, сколько секций батарей нужно для отопления помещений, вывели средние значения тепловой мощности по каждому типу радиаторов. Их можно использовать при приблизительных расчетах (приведены данные для батарей с межосевым расстоянием 50 см):

  • Биметаллический — одна секция выделяет 185 Вт (0,185 кВт).
  • Алюминиевый — 190 Вт (0,19 кВт).
  • Чугунные — 120 Вт  (0,120 кВт).

Точнее сколько кВт в одной секции радиатора биметаллического, алюминиевого или чугунного вы сможете, когда выберете модель и определитесь с габаритами. Очень большой может  быть разница в чугунных батареях. Они есть с тонкими или толстыми стенками, из-за чего существенно изменяется их тепловая мощность. Выше приведены средние значения для батарей привычной формы (гармошка) и близких к ней. У радиаторов в стиле «ретро» тепловая мощность ниже в разы.

Это технические характеристики чугунных радиаторов турецкой фирмы Demir Dokum. Разница более чем солидная. Она может быть еще больше

Исходя из этих значений и средних норм в СНиПе вывели среднее количество секций радиатора на 1 м2:

  • биметаллическая секция обогреет 1,8 м2;
  • алюминиевая — 1,9-2,0 м2;
  • чугунная — 1,4-1,5 м2;

Как рассчитать количество секций радиатора по этим данным? Все еще проще. Если вы знаете площадь комнаты, делите ее на коэффициент. Например, комната 16 м2,  для ее отопления примерно понадобится:

  • биметаллических 16 м2 / 1,8 м2 = 8,88 шт, округляем  — 9 шт.
  • алюминиевых 16 м2 / 2 м2 = 8 шт.
  • чугунных 16 м2 / 1,4 м2 = 11,4 шт, округляем  — 12 шт.

Эти расчеты только примерные. По ним вы сможете примерно оценить затраты на приобретение отопительных приборов. Точно рассчитать количество радиаторов на комнату вы сможете выбрав модель, а потом еще пересчитав количество в зависимости от того, какая температура теплоносителя в вашей системе.

Расчет секций радиаторов в зависимости от реальных условий

Еще раз обращаем ваше внимание на то, что тепловая мощность одной секции батареи указывается для идеальных условий. Столько тепла выдаст батарея, если на входе ее теплоноситель имеет температуру +90°C, на выходе +70°C, в помещении при этом поддерживается +20°C. То есть, температурный напор системы (называют еще «дельта системы») будет 70°C. Что делать, если в вашей системе выше +70°C на входе на бывает? или необходима температура в помещении +23°C? Пересчитывать заявленную мощность.

Для этого необходимо рассчитать температурный напор вашей системы отопления. Например, на подаче у вас +70°C,  на выходе +60°C, а в помещении вам необходима температура +23°C. Находим дельту вашей системы: это среднее арифметическое температур на входе и выходе, за минусом температуры в помещении.

Формула расчета температурного напора системы отопления

Для нашего случая получается: (70°C+ 60°C)/2 — 23°C = 42°C. Дельта для таких условий 42°C. Далее находим это значение в таблице пересчета (расположена ниже) и заявленную мощность умножаем на этот коэффициент. Поучаем мощность, которую сможет выдать эта секция для ваших условий.

Таблица коэффициентов для систем отопления с разной дельтой температур

При пересчете действуем в следующем порядке. Находим в столбцах, подкрашенных синим цветом, строчку с дельтой 42°C. Ей соответствует коэффициент 0,51. Теперь рассчитываем, тепловую мощность 1 секции радиатора для нашего случая. Например, заявленная мощность 185 Вт, применив найденный коэффициент, получаем: 185 Вт * 0,51 = 94,35 Вт. Почти в два раза меньше. Вот эту мощность и нужно подставлять когда делаете расчет секций радиаторов. Только с учетом индивидуальных параметров в помещении будет тепло.

Расчет количества секций радиаторов отопления по площади и объему

Любой хозяин понимает, как важно произвести точный расчёт количества секций радиаторов отопления: если секций мало, прибор будет плохо отапливать квартиру; если же много, отопление будет неэффективным, и лишние джоули нужно будет выпускать в форточку.

Существует несколько вариантов расчётов батарей отопления частного дома. Если вы живёте в хорошо утеплённой стандартной квартире – воспользуйтесь быстрыми расчётами. Итак, как как рассчитать количество радиаторов?

Расчет батарей отопления на площадь

Расчет радиаторов отопления по площади помещения – это не самый точный вариант, но подходит, если квартира с высотой потолков 2,6 – 2,7 м.

Порядок действий:

  1. Узнаём общую площадь отапливаемого пространства (данные берутся в документации). Например, это 50 м2.
  2. Умножаем это число на 100 (Вт). Пример: 50 х 100 = 5000 Вт. (Или 5 кВт) – это общее количество тепла необходимое для данной квартиры.
  3. Смотрим в документах к радиатору, сколько тепла может выделить одна секция (см. ниже Таблицу 1). Например, биметаллический L 500 = 180 Вт.
  4. Теперь общее тепло делим на тепло из одной секции. 5000 Вт : 180 Вт = 27,77. Округляем до 28. Результат: для обогрева квартиры 50 м2 нужно 28 секции радиаторов.

Секции радиаторов отопления

Нужно будет произвести такие же расчёты батареи отопления для каждой комнаты отдельно.

Если батареи планируется монтировать в нише или скрыть за экраном, то нужно добавить 15%. Например, мы получили для спальни в 14 м2, радиатор в 8 секций. Но т.к. батареи будут «прятаться», поэтому 8 + 1,2 (15% от 8) = 9,2 т.е. 9 секций.

Для кухни округлять число радиаторов можно в меньшую сторону. А для угловой комнаты и комнаты с балконной дверью – в большую.

Расчет по объему

Если высота потолков в квартире нестандартная, это нужно учитывать при расчётах и вычислять не площадь, а объём.

Порядок действий:

  1. Считаем объём комнаты. Для этого умножаем площадь на высоту потолков. Пример: комната 12 м2. Потолки – 3,1 м. 12 х3,1 = 37,2 м3.
  2. Расчет тепловой энергии на отопление. Узнаём из СНИП, сколько тепловой мощности нужно на обогрев 1 м3 в нашем доме (см. ниже таблицу 2). Например, у нас кирпичный дом, значит показатель =34 Вт.
  3. Перемножаем два получившихся значения. Пример: 37,2 х 34 = 1264,8
  4. Смотрим в документах к радиатору, какова теплоотдача 1 секции. Например, для алюминиевого радиатора А350, это 138 Вт.
  5. Делим итог из пункта 3 на теплоотдачу. Пример: 1264,8 : 138 = 9 секций.

Примерный метод

Упрощенный вариант расчётов основан на принятие за стандарт нескольких показателей:

В помещении с обычными потолками 1 секция батареи обогреет 1,8 м2. Например, если комната 14 м2. 14 : 1,8 = 7,7. Округляем = 8 секций.

Или так:

В комнате с 1 окном и 1 внешней стеной, 1 кВт мощности радиатора может обогреть 10 м2. Пример: комната 14 м2. 14 : 10 = 1,4. То есть для такой комнаты нужен обогреватель мощностью 1,4 кВт.

Такие методы можно использовать для примерных расчётов, но они чреваты серьёзными погрешностями.

Если результатами вычислений стал длинный радиатор более 10 секций, то имеет смысл разделить его на два отдельных радиатора.

Причины возможных ошибок

Производители стараются указывать в документах к батареям максимальные показатели теплоотдачи. Они возможны только если температура воды в отоплении будет на уровне 90 0С (в паспорте тепловой напор указан 60 0С).

В реальности такие значения достигаются теплосетями далеко не всегда. Это значит, что мощность секции будет ниже, а секций нужно больше. Теплоотдача одной секции может быть 50-60 против заявленных 180 Вт!

Боковое подключение радиаторов отопления

Если в сопроводительном документе к радиатору указано минимальное значение теплоотдачи, опираться в расчётах теплоотдачи радиатора батарей отопления лучше на этот показатель.

Ещё одно обстоятельство, которое влияет на мощность радиатора – схема его подключения. Если, например, длинный радиатор из 12 секций подключить боковым методом, дальние секции всегда будут намного холоднее, чем первые. А значит, и расчёты мощности были напрасными!

Длинные радиаторы нужно подключать по диагональной схеме, коротким батареям подойдёт любой вариант.

Самый точный расчёт

Чтобы наиболее точно рассчитать количество секций нужно принимать во внимание больше условий, чем объём и теплоотдача.

100 Вт х S(площадь помещения) х А х Б х В х Г х Д х Е х Ж

Буквы в этой формуле означают:

А – вид остекления. Если у вас:

  • обычные стёкла = 1,26;
  • двойной стеклопакет = 1;
  • тройной стеклопакет = 0,85.

Б – теплоизоляция стен.

  • современная, качественная = 0,85;
  • в два кирпича или утепление = 1;
  • некачественная изоляция = 1,26.

В – сколько занимают площади окна по сравнению с площадью пола.

  • 10% = 0,8;
  • 20% = 0,9;
  • 30% = 1;
  • 40% = 1,1;
  • 50% = 1,2.

Г – минимальная tна улице.

  • -10 0С = 0,7;
  • -20 0С = 1,1;
  • -30 0С = 1,4;
  • -40 0С = 1,7.

Д – количество наружных стен.

  • 1 = 1,1;
  • 2 (угол) = 1,2;
  • 3 = 1,3;.
  • 4 = 1,4

Е – что над квартирой?

  • другая квартира = 0,8;
  • тёплое чердачное помещение = 0,9;
  • холодный чердак = 1.

Ж – Высота потолков.

  • до 2,9 = 1;
  • 3-3,5 = 1,1;
  • 3,6 – 4,5 = 1,2.

Рассмотрим пример. Комната 14 м2 в стареньком доме. Радиаторы будут алюминиевые с теплоотдачей 205. По обычным формулам (для идеальных условий) получается, что нужно 7 радиаторов.

Теперь попробуем учесть все факторы.

  • В окнах обычное остекление (А=1,26).
  • Теплоизоляция оставляет желать лучшего (Б=1,26).
  • Окна занимают 29% площади пола (В = 1).
  • На улице бывает до 35 0С (Г = 1,5).
  • Наружная стена одна (Д = 1,1).
  • Предпоследний этаж. Сверху другая квартира (Е = 0,8).
  • Потолки 3,2м (Ж = 1,1).

Подставляем данные в формулу:

100 х 14 (м2) х 1,26 х 1,26 х 1 х 1,5 х 1,1 х 0,8 х 1,1 = 3227

Теперь если разделить 3227 на теплоотдачу 205 Вт, получим 16 (!) секций радиаторов!

Но и это ещё не всё! Указанная теплоотдача будет действительно такой при 70 0С в трубах. Но если t меньше, нужно вносить поправки и в эти данные.

Если t теплоносителя ниже стандартной (70 0С), на каждые 10 градусов нужно добавить +15%.

В нашем примере t в трубах около 60 0С. Значит к полученным 17 секциям нужно прибавить 2,4 (округляем до 2) секции. Итог – 19 секций. Большая разница с примерными расчётами!

При выборе системы отопления владельцы домов часто отталкиваются от критериев эффективности с экономичностью. Однотрубная система отопления частного дома – простой и удачный вариант для загородного жилища. Узнайте подробнее о достоинствах и недостатках этой системы.

Возможно, вам будет интересно узнать об организации водяного отопления в частом доме. Монтаж по шагам вы найдете здесь.

Пройдя по этой ссылке https://microklimat.pro/otopitelnoe-oborudovanie/obogrevateli/dlya-doma-energosberegayushhie.html вы узнаете, какие обогреватели для дома являются энергосберегающими и на чем строится экономия энергии.

Полезная информация

Показатели теплоотдачи для 1 секции некоторых видов радиаторов (Вт):

  • Алюминиевый А 350 – 138.
  • Алюминиевый А 500 – 185.
  • Алюминиевый S500 – 205.
  • Биметаллический L350 – 130.
  • Биметаллический L500 – 180.
  • Чугунные – 160.

Чугунные батареи

Рекомендации СНИП по тепловой мощности для:

  • Для кирпичного дома – 34 Вт
  • Для панельного дома – 41 Вт.
  • Новостройка, сделанная по всем стандартам. – 20 Вт.

Итак. Приблизительные расчёты подходят для новых добротных домов с пластиковыми окнами. Если же квартира угловая и/или с большими стеклянными окнами, на последнем этаже, с высокими потолками – это всё поводы пересчитать более основательно. Разница может быть немалой!

Для тех, кто далёк от математики, существуют онлайн–калькуляторы. Необходимо знать запрашиваемые показатели, ввести их и ответ будет тут же готов. Калькуляторы можно найти на сайтах изготовителей радиаторов.

Водяное отопление – самый распространенный варианта обогрева помещения. Для максимальной эффективности важно правильно подобрать радиаторы. Батареи отопления – какие лучше? Обзор основных характеристик: температура, давление, теплоотдача, материал.

О вреде инфракрасного обогревателя читайте в этом материале.

Видео на тему

Расчет количества секций биметаллических радиаторов по площади и на 1 м2 помещения, калькулятор

Когда предстоит приятное событие в виде замены старых чугунных батарей на стильные и более мощные аналоги, люди сталкиваются с такой проблемой, как несоответствие современных обогревателей с имеющейся централизованной системой отопления.

Как показывает опыт инженеров теплосети, лучшим вариантом в таком случае являются биметаллические радиаторы отопления.

Расчет количества секций – это первое, что нужно сделать, так как они намного мощнее, чем изделия из чугуна.

Преимущество биметалла

Сделав выбор в пользу батарей, состоящих из двух металлов, владельцы квартир получают целый комплект положительных доказательств, почему они поступают правильно:

  • Долгий срок эксплуатации, который большинство производителей оценивают в 20 лет, это хороший повод для установки биметаллических радиаторов.
  • Мощность этих изделий превосходит чугунные, стальные и алюминиевые аналоги, что позволяет использовать их в системах с нестабильным давлением.
  • Теплоотдача подобного устройства почти такая же, как и у чисто алюминиевых батарей отопления.
  • Так как с теплоносителем имеет дело лишь стальной сердечник, тогда как алюминий с ним не соприкасается, то им не страшна коррозия, откуда и берется столь долгая гарантия.

Такой недостаток биметаллических устройств, как высокая стоимость, теряется рядом с перечисленными позитивными техническими характеристиками, которые предоставляют людям ощущение комфорта и безопасности.

Если подобные конструкции предполагается монтировать вместо чугунных, то следует сделать правильный расчет количества секций биметаллических радиаторов с учетом того, что они намного превосходят их по мощности и теплоотдаче.

Коэффициент потери тепла

Нельзя рассчитывать, какой мощности должна быть батарея в комнате, если не учтены все возможные теплопотери в ней. Основные утечки тепла:

  • Окна – это самое слабое «звено» в помещении, если в нем нет балкона. В доме с обычным остеклением расчет биметаллических радиаторов следует проводить с добавлением коэффициента поправки, равного 1,27. Если в помещении установлен двойной стеклопакет, то умножать придется на 1, а при тройном – на 0.85.
  • Размер окна так же влияет на потери тепла. Так, если оно составляет 10% о площади пола, то коэффициент равен 0.8. В том случае, если окно панорамное и составляет 50%, то на 1.2.
  • Если теплоизоляция стен низкого уровня, то коэффициент поправки составит 1.27.
  • Внешние стены так же имеют значение при учете теплопотерь. Если такая всего одна, то следует умножать рассчитанную мощность на 1.1, если их две или три, то на 1.2 или 1.3.

Каждое увеличение окна на 10% прибавляет к коэффициенту 0.1. Если не внести подобные поправки в расчеты, то может оказаться так, что при котле, работающем на полной мощности, в квартире будет прохладно.

Немалое значение имеет то, как изготовлен радиатор. Например, секционные модели удобны тем, что в случае, если расчет биметаллических радиаторов отопления был выполнен неправильно, лишние секции можно демонтировать или, наоборот, нарастить. Цельные модели могут выдерживать давление до 100 атмосфер, чему нет аналогов среди батарей из других видов металлов, но если установленное устройство «не тянет» по своей тепловой мощности, то менять придется всю панель.

Расчет количества элементов по площади

Чтобы узнать, сколько секций биметаллического радиатора нужно, следует провести вычисления по площади комнаты.

Для этого можно заглянуть в СНиП и узнать критерии минимального уровня мощности батареи на 1 м2 помещения. Как правило, он равен 100 Вт. Вычислив площадь комнаты, для чего нужно умножить ее длину на ширину, полученный результат умножается на мощность, а затем делится на показатель мощности одной секции батареи, который можно узнать по техпаспорту от производителя.

Например, для комнаты площадью 16 м2 и мощностью одной секции батареи, равной 160 Вт, используя формулу, получится следующий результат:

(Ах100): В = количество секций

(16х100 Вт): 160 Вт = 10 секций.

Таким образом, для комнаты площадью 16 м2 потребуется установка десяти секций, что полностью охватит всю площадь обогрева биметаллического радиатора.

Конечно, такой расчет будет только приблизительным, так как он подходит исключительно для помещений с высотой потолков не более 3 м. Кроме того, в нем не учтены теплопотери, что может сказаться на эффективности работы всей отопительной системы.

Вычисления по объему

Чтобы определить объем комнаты, придется использовать такие показатели, как высота потолка, ширина и длина. Умножив все параметры и получив объем, его следует умножить на показатель мощности, определенный СНиП в размере 41 Вт.

Например, площадь помещения (ширина х длину) 16 м2, а высота потолка 2.7 м, что дает объем (16х2.7), равный 43 м3.

Для определения мощности радиатора следует объем умножить на показатель мощности:

43 м3х41 Вт = 1771 Вт.

После этого полученный результат так же делится на мощность одой секции радиатора. Например, она равна 160 Вт, значит, для помещения объемом 43 м3 потребуется 11 секций (1771: 160).

И такой расчет биметаллических радиаторов отопления на квадратный метр так же не будет точным. Чтобы удостовериться, сколько на самом деле потребуется секций в батарее, нужно произвести расчеты по более сложной, но точной формуле, которая учитывает все нюансы, вплоть до температуры воздуха за окном.

Данная формула выглядит следующим образом:

S х 100 х k1 х k2 х k3 х k4 х k5 х k6 * k7 = мощность радиатора, где K, это параметры теплопотерь:

k1 – тип остекления;

k2 – качество утепления стен;

k3 – размер окна;

k4 – температура на улице;

k5 – наружные стены;

k6 – это помещение над комнатой;

k7 – высота потолка.

Если не полениться, и вычислить все эти параметры, то можно получить реальное количество секций биметаллического радиатора на 1 м2.

Сделать подобные расчеты несложно, и даже приблизительный показатель – это лучше, чем покупать батарею на «авось».

Биметаллические радиаторы – это дорогая и качественная продукция, поэтому перед покупкой и установкой следует с должным вниманием ознакомиться не только с такими параметрами, как тепловая мощность и устойчивость к высоким давлениям, но и с их устройством.

У каждого производителя есть свои привлекательные «фишки» для клиентов. Нельзя покупать батареи только ради акций. Качественный расчет тепловой мощности биметаллического радиатора обеспечит комнату теплом на ближайшие 20 — 30 лет, что намного привлекательнее, чем одноразовая скидка.

Полезное видео

Численное исследование контроля ингибирования
теплового разгона литий-ионных аккумуляторов

Реферат

Для решения проблемы
теплового разгона
является одним из необходимых условий для коммерциализации литий-ионных
батареи. Для дальнейшего изучения механизма реакции теплового
разгон литий-ионных аккумуляторов, тепловая модель построена с использованием
различные побочные реакции для дальнейшего изучения ингибирования температуры
на тепловом разгоне. Результаты показывают, что запускается тепловой разгон.
за счет тепловыделения отрицательной реакции материала, когда он нагревается
к 473.15 К; более низкая температура рассеивания тепла (273,15 К) не может
эффективно препятствовать возникновению теплового разгона.

1. Введение

Литий-ионные батареи
имеют широкий спектр применения в транспортных средствах,
дома и портативных мобильных устройств, а также предложить решения для сокращения
загрязнение окружающей среды. 1−3 Тем не менее, тепловой разгон литий-ионного аккумулятора все еще является одним из
трудности, которые необходимо преодолеть при ее широкомасштабном применении. 4-10 Для того, чтобы литий-ионные батареи были полностью коммерциализированы,
необходимо исследование теплового разгона. 11,12

Различные условия могут привести к тепловому разгоне, включая кратковременный
схемы, экструзия, тепловое злоупотребление и так далее. 13−16 Например,
внешние факторы окружающей среды и отказ некоторых автомобильных систем
может привести к перегреву. Чтобы раскрыть механизм теплового
побег, исследователи разработали эксперименты, в том числе высокоскоростные
визуализация, пробивка батареи и имитационная модель с различными размерами. 17−19 В этой статье объясняется термический
разгон аккумуляторной батареи за счет побочных реакций различных
компоненты аккумуляторной батареи. 20−27 Abraham et al. использовали температуру как маркер, чтобы различать
побочные реакции анода, катода и электролита в процессе
теплового разгона литий-ионных аккумуляторов, среди которых характерный
температура была 90, 140 и 180 ° C, но в статье нет
сосредоточиться на электротермических явлениях. 28 Есть
есть еще много моментов, которые стоит обсудить о триггерных факторах
и изменяющийся процесс теплового разгона. Следующие исследования
в основном выполняются с коротким замыканием в качестве пускового фактора
или главный фактор.Feng et al. сегментированный процесс теплового разгона
согласно составу батареи, которая содержала большой
количество тепла, выделяемого внутренним коротким замыканием. 29 Ping et al. изучил процесс теплового разгона
литий-кобальто-оксидных аккумуляторов. При разложении сепаратора
и пленка SEI (интерфейс твердого электролита), короткое замыкание аккумулятора
и побочные реакции в аноде, катоде и электролите вызвали
температура быстро повышаться. 30 Чжэн и др.
al.считалось, что именно внутреннее короткое замыкание вызывает
разложение таких материалов, как анод и катод, что приводит к
побочные реакции, которые выделяют большое количество тепла реакции. 31

Поэтому стоит попробовать изучить
процесс теплового разгона литий-ионных аккумуляторов с помощью
идея сегментации. Регулировка теплового
система управления имеет ограничения. Когда система терморегулирования может
контролировать температуру ниже 60 ° C, некоторые экзотермические побочные реакции
не происходит.Если температуру батареи невозможно контролировать
ниже 60 ° C вероятность теплового разгона будет значительно выше.
увеличен, а значит будет качественная смена АКБ
тепловыделение. Слишком много исследований сосредоточено на двух моментах: улучшение
система терморегулирования, чтобы температура не выходила из
зона управления и механизм резкого повышения температуры
во время теплового разгона. Однако некоторые люди сосредоточились на
подавление теплового разгона литий-ионных аккумуляторов.На ранней стадии
теплового разгона не все вещества начинают выделять тепло, поэтому
температура резко не повышается. В этой статье рассматривается возможность
подавления теплового разгона температурой и надеется, что низкая температура
может остановить процесс теплового разгона.

В этом документе COMSOL
был использован для создания модели литий-ионного аккумулятора, а также различных
температуры рассеяния использовались для подавления теплового разгона
процесс и процесс внутренних побочных реакций пленки SEI,
анод, катод и электролит.Между тем, тепловая
разгон вызывается нагретым локальным участком поверхности аккумулятора
потому что аккумулятор обычно локально нагревается до теплового разгона из-за
соседняя батарея, находящаяся в состоянии теплового разгона.

2. Результаты и обсуждение

2.1. Процесс теплового разгона
с Нет
Торможение

В этом разделе аккум греется на треть
площадь поверхности положительного токоприемника до 473,15 К для исследования
характеристика всего процесса теплового разгона. Температура
Кривая подъема литий-ионного аккумулятора показана на рис.Видно, что там
две поворотные точки на кривой и один температурный пик. Там
произошло резкое изменение температуры примерно через 200 и 300 с. Температура
пик появляется примерно на 350 с, который достигает 550 К, а затем
температура понижается постепенно до 475 К. Температура
не вернуться к температуре окружающей среды, потому что время моделирования
останавливается на 1000 с и снова уменьшится, если моделирование продолжится.
По всей кривой видно, что тепловой пробой закончился.
всего за 350 с, а температура повышается очень резко.

Повышение температуры во время теплового разгона.

показывает производство тепла
кривая каждой побочной реакции в течение всего процесса теплового разгона.
Из рисунка видно, что все побочные реакции происходят и
все реагенты закончены. Тепло, выделяемое в результате реакции
положительного материала намного выше, чем у трех других
реакции, что примерно в 3 раза больше, чем реакция отрицательного
материал. Реакция разложения SEI (SEI) — самая ранняя реакция,
начиная примерно с 200 с, и реакции положительного материала
(Pos) и отрицательный материал (Neg) и реакция электролита
(Эле) в основном происходят в одно и то же время, около 300 с.Последний
три реакции почти заканчиваются одновременно, около 350 с.

Производство тепла
каждой части батареи.

Согласно
к результатам в и, основной источник тепла
повышение температуры при тепловом разгоне аккумулятора — это реакция
положительного материала электролита и реакции отрицательного
материал электролита. Основная причина первого повышения температуры
внешний высокотемпературный обогрев; первый температурный перегиб
точка вызвана реакцией разложения пленки SEI, а вторая
точка перегиба температуры вызвана положительной реакцией материала
и отрицательная реакция материала и реакция электролита.В
изображение облака в показывает ситуацию ближе к концу процесса теплового разгона,
примерно на 400 с. Температура верхней части батареи составляет
выше, а температура нижней части ниже. В целом
температура в позиции нагрева в основном такая же, а
оставшиеся части постепенно уменьшаются вокруг положения нагрева при
дно и с обеих сторон образуют низкотемпературные участки.

Температура
распределение в конце термического
убегай.

В
В этой статье описан процесс теплового разгона литий-ионной батареи.
сегментирован в зависимости от точки поворота и температуры
пик на приведенном выше рисунке:

Этап 1: Первый этап начинается с 293.15
K. В этот момент повышение температуры батареи в основном вызвано
из-за внешнего нагрева, и изменение температуры, вызванное высокой температурой.
реакции очень мала.

Этап 2: Второй этап начинается с 450
К. В это время как разница температур между АКБ
и температура окружающей среды увеличивается, теплопередача между
батареи и окружающей среды увеличивается, поэтому температура
подъем замедляется. Побочные реакции пленки SEI также начинают экзотермически
на этом этапе.

Этап 3: Третий этап начинается с 475 K. При этом
стадии реакция разложения пленки SEI завершена, и реакции
положительного материала и отрицательного материала и реакции электролита
происходит. Эти три реакции выделяют гораздо больше тепла, чем
Реакция разложения пленки SEI, при которой резко повышается температура.

Этап 4: Четвертый этап начинается с 550 K и заканчивается до достижения температуры
равна температуре окружающей среды. На этом этапе все реакции
закончились, а аккумулятор находится только в процессе отвода тепла.

2.2. Ингибирование с 293,15
K при 180 с

Как видно из приведенного выше раздела, тепловая
разгон начинается с реакции разложения SEI (200 с). На основании этих
результатов, в этом разделе изучается торможение повышения температуры, вызванное
безудержной жарой. Температура охлаждения 293,15 К, положение
является частью нижней поверхности негативного материала. Охлаждение
начинается на 180 с, чуть раньше 200 с. показывает кривую изменения температуры батареи
в этом режиме запрета.Как видно из рисунка, температура
кривая батареи показывает очевидные изменения. Первая температура
точка перегиба пропадает, и аккум сразу входит в четвертую
стадия после достижения 450 К и незначительный температурный пик
формируется при 450 К. Это показывает, что у такого режима торможения есть
очевидный эффект, и повышение температуры батареи очевидно
уменьшенный.

Повышение температуры во время ингибирования при 293,15
K в
180 с.

показывает кривую производства тепла каждой побочной реакции при этом
режим запрета.По сравнению с изменениями температуры во время
предыдущего теплового разгона, можно обнаружить, что основная реакция
произошло между пленкой SEI и отрицательным электродом. Отрицательный
материал не закончен, потому что он генерирует только половину тепла
реакция разложения пленки SEI. Тепло, выделяемое в результате реакции
положительного материала намного выше, чем у трех других
реакции, что примерно в 3 раза больше реакции отрицательного электролита
материал. Реакция разложения SEI — самая ранняя реакция,
начиная примерно с 200 с, и реакции положительного материала и
отрицательная реакция материала и электролита в основном происходит при
в то же время около 300 с.Последние три реакции почти заканчиваются
в то же время около 350 с.

Тепловыделение каждой части батареи.

Наблюдая за -, тепловой пробой может быть явно подавлен.
за счет охлаждения нижней поверхности и теплового разгона аккумулятора
сегментирован:

Температура
распределение в конце торможения.

Этап 1: Первый этап начинается с 293,15 К. При этом
Дело в том, что повышение температуры батареи в основном вызвано внешними
нагревание, и изменение температуры, вызванное теплотой реакции
очень маленький.

Этап 2: Второй этап начинается с 450 К. При этом
стадии побочные реакции стихают, и температура снижается.
постепенно.

Этап 3: Третий этап начинается с 440 К. На этом этапе
температура остается стабильной из-за баланса тепла
рассеивание и тепловыделение.

2.3. Торможение
при 283,15 К при 180 с

Как может
Как видно из приведенного выше раздела, отвод тепла перед запуском
точка реакции разложения мембраны SEI может эффективно ингибировать
тепловой разгон литий-ионных аккумуляторов.В этом разделе
температура отвода тепла дополнительно снижается до 283,15 К, когда
остальные условия остаются без изменений. показывает кривую изменения температуры батареи
в этом режиме запрета. Наблюдая за фигурой, когда жара
температура рассеяния дополнительно снижается до 283,15 К, температура
кривая батареи почти не показывает изменений. Температура
батарея все равно поднимается в точке перегиба (немного раньше перед
200 с).

Температура
подниматься во время
торможение на уровне 283.15 К при 180 с.

показывает кривые тепловыделения каждой реакции при этом тепле.
режим рассеивания. Из рисунка видно, что внутренний
Реакция выделения тепла батареи — разложение мембраны SEI
реакция и реакция материала отрицательного электрода, а также
тепловыделение реакции разложения SEI в 3 раза больше, чем отрицательной
производство электродного тепла. Кривые реакций аналогичны
по сравнению с предыдущим разделом, что означает на 10 ° C ниже, и
практически не оказывает влияния на реакцию.

Производство тепла
каждого
часть аккумулятора.

показывает распределение температуры батареи
анализа в этом режиме ингибирования. Как видно из
рисунок, распределение температуры батареи в конце
анализ аналогичен анализу в предыдущем разделе, за исключением того, что
самая высокая температура немного ниже, а состояние батареи
такой же, как и предыдущий.

Распределение температуры
в конце торможения.

Этап 1: запуск первого этапа
с 293.15 К. Как и в предыдущем случае, источник тепла на этом этапе
в основном вызвано внешним нагревом, вызывающим повышение температуры аккумулятора.
подниматься.

Этап 2: Второй этап начинается с 450 К. На этом этапе
побочные реакции стихают и температура снижается
постепенно.

Этап 3: Третий этап начинается с 440 К. На этом этапе
тепловое ингибирование дало эффект, некоторые экзотермические побочные реакции
не произошло, и тепловое равновесие достигнуто.

2.4. Подавление с помощью 273.15 К при 180
s

Как видно из предыдущего раздела, на 10 ° C ниже
температура рассеивания тепла не помешала проникновению тепла
вне контроля. В этом разделе температура рассеивания тепла
далее уменьшается до 273,15 К для анализа, а остальные условия
остается неизменным. показывает кривую изменения температуры батареи под этим
режим запрета. Из рисунка видно, что при нагревании
температура диссипации снижается до 273,15 К, температура
кривая батареи меняется.Температура повышается в том же тренде,
но он достигает пикового значения примерно через 180 с, что означает, что в дальнейшем
более низкая температура рассеивания тепла влияет на торможение.

Температура
рост во время торможения при 273,15 К за 180 с.

показывает
кривые тепловыделения каждой реакции при этом тепловыделении
режим. Из рисунка видно, что внутреннее тепловыделение
реакция батареи — реакция разложения SEI и отрицательная
реакция материала электрода, и она аналогична результату в
В предыдущем разделе говорилось, что выделение тепла в результате реакции разложения SEI
в 3 раза больше, чем тепловыделение отрицательного электрода.Стартовый
время двух реакций почти одинаковое, что дополнительно показывает
что торможение не сильно улучшилось.

Тепло
поколение каждого
часть аккумулятора.

показывает температуру батареи
распространение анализа в этом режиме ингибирования. Как может быть
Как видно из рисунка, распределение температуры АКБ
в конце анализа аналогичен анализу в предыдущем разделе.
В результате состояние батареи делится на те же три этапа.

Распределение температуры
в конце
торможение.

Сравнение моделирования без подавления и при различной температуре
подавления, можно обнаружить, что подавление температуры будет иметь
значительное влияние на процесс теплового разгона, снижение температуры
пик экзотермы и изменение точки поворота, но недостаточно для предотвращения
тепловой разгон. Разница между результатами моделирования
разных температур не велика, что показывает, что единственная температура
уменьшение практически не влияет.

3. Выводы

В этой статье, добавляя различные
побочные реакции на отрицательный электролит, положительный электролит,
сепаратор и пленка SEI литий-ионного аккумулятора, тепловой разгон
процесс литий-ионных аккумуляторов был изучен, и механизм выявлен
подавление теплового разгона аккумуляторов за счет замены
температура. Благодаря моделированию кривые тепловыделения
изменение реакции каждой части батареи и температуры
эволюции.По результатам моделирования следующие
можно сделать выводы: внешний нагрев может стать причиной теплового разгона
и запуск процесса теплового разгона в основном вызван
побочной реакцией материала анода; тепловое торможение могло
изменить время тепловыделения и пиковое значение тепловыделения
в процессе теплового разгона, связанного со спусковым крючком
температура реакции; в то же время кривая эволюции
температура батареи со временем тоже изменилась; жара
генерация положительного полюса была значительно снижена, тогда как
тепловыделение отрицательного полюса и пленки SEI было более очевидным;
более низкая температура рассеивания тепла (273.15 K) не может эффективно подавлять
возникновение теплового разгона.

4. Исследования
Методология

4.1. Модель реакции на термическое злоупотребление

В этом
бумага,
тепловая модель установлена ​​на основе побочных реакций
литий-ионный аккумулятор во время теплового разгона. Побочные реакции
Реакция разложения мембраны SEI, анодная реакция, катодная реакция,
и реакция разложения электролита для описания процесса изменения
злоупотребления теплом с течением времени. В литературе также изучалось злоупотребление высокой температурой.
через различные побочные реакции. 20−27

4.1.1. SEI
Реакция разложения пленки

После производства литий-ионного
аккумуляторы укомплектованы, отрицательный электролит покрыт
Пленка SEI, которая изолирует катодный материал от электролита.
Эта мембрана подвергнется реакции разложения, когда температура
достигает 353,15–393,15 К, и выделяется теплота реакции
в то же время. Формула реакции выглядит следующим образом: 20

Уравнение кинетики реакции

1

Уравнение тепловыделения

2

где k SEI — кинетический параметр реакции; T — температура; c SEI — безразмерный
число, относящееся к содержанию ионов лития; R это
газовая постоянная; Q SEI — производство тепла
показатель.Более подробные параметры можно найти в Таблице 1.

Таблица 1

Подробные параметры
реакции
Уравнение 24

E 9018 a, ne

9018

9018

9018 J g –1

W p

символ описание значение
A SEI Разложение пленки SEI
коэффициент частоты
1,667 × 10 15 с –1
A ne коэффициент частоты анод-электролит 2.5 × 10 13 с –1
A pe.1 Разложение положительного электролита
коэффициент частоты
1,75 × 10 9 с –1
A pe.2 Коэффициент частоты разложения положительного электролита 1 1,077 × 10 12 с –1
A e электролит
коэффициент частоты разложения 2
5.14 × 10 25 с –1
E a, SEI Энергия активации разложения пленки SEI 1,3508 × 10 5 Дж моль –1
анодно-электролитная активация
энергия
1,3508 × 10 5 Дж моль –1
E a, pe.1 Активация разложения NCM
энергия один
1.1495 × 10 5 Дж моль –1
E a, pe.2 Разложение NCM
энергия активации два
1,5888 × 10 5 Дж моль –1
E a, e электролит
энергия активации разложения
2,74 × 10 5 Дж моль –1
c SEI0 начальное значение безразмерного числа SEI 0.15
c ne0 начальный
значение отрицательного электролита безразмерное число
0,75
α 0 начальное значение
процента реакции
0,04
c e0 начальное значение
безразмерного числа, связанного с концентрацией
1
м SEI реакция
заказ
1
m ne реакция 1
m pe.1 , м pe.2 порядок реакции 1
м e реакция
заказ
1
H SEI Тепловыделение разложения пленки SEI 257 Дж г –1
H ne
H pe.1 Разложение NCM
тепловыделение один
77 Дж g –1
H pe.2 Тепловыделение разложения NCM два 84 Дж g –1
H e 90 электролит
тепловыделение разложения
155 Дж г –1
W c удельное содержание углерода 6,104 × 10 5 г м –3
конкретное содержание NCM 1.221 × 10 6 г м –3
W e удельное содержание электролита 4,069 × 10 5 г м –3
4,130. Отрицательный электролит
Реакция

С разложением
реакция внешней пленки SEI, отрицательный электрод будет генерировать
побочная реакция выделения тепла при температуре около 393,15 К. Следующий уравнение 3 — отрицательный электрод.
уравнение реакции. 23 Уравнение 2 также применяется для расчета производства тепла.
в этой части

3

где k ne — кинетический параметр реакции; T — температура; c ne — безразмерный
число, связанное с содержанием ионов лития в отрицательной
электрод; t SEI — безразмерное число
толщины пленки SEI; т SEI, исх.
начальное значение безразмерного числа толщины пленки SEI.Более подробные параметры можно найти в таблице 1.

В данной статье считается, что
отрицательный электрод возникает только после частичной реакции пленки SEI,
и оценочная стоимость составляет c SEI <0,1.

4.1.3. Положительный электролит
Реакция

В данной работе считается, что температура
выше 393,15 К — одно из условий возникновения побочных реакций в положительной
электрод. Следующее уравнение 4 представляет собой уравнение реакции положительного электрода. 20 Уравнение 2 также применяется к расчету производства тепла в этой части

4

, где k pe — кинетический параметр реакции; T — температура; c pe — безразмерный
число, относящееся к концентрации; α — процент
Реакция. Более подробные параметры можно найти в таблице 1. В положительном электролите
неуправляемая реакция экзотермический процесс имеет два максимальных значения, которые
может проявляться этой побочной реакцией. 26,27

4.1.4. Разложение электролита
Реакция

Электролит обычно вызывает основные побочные реакции.
когда температура выше 473,15 К. Следующий уравнение 5 — разложение электролита.
уравнение реакции. 24 Уравнение 2 также применяется для расчета производства тепла.
в этой части

5

где k e — кинетический параметр реакции; T — температура; c e — безразмерный
число, относящееся к концентрации.Более подробные параметры можно
можно найти в таблице 1. 24

4.2. Геометрический
Модель

Для уменьшения
вычислительная стоимость модели, реальная конструкция батареи частично
упрощенный. Упрощенная модель была построена COMSOL Multiphysics.
Модель упрощена за счет интеграции различных тонких слоев, в том числе
токоприемник, положительный электролит, отрицательный электролит,
сепаратор и электролит, а также язычки батареи. Там
будут разные побочные реакции в разных регионах, а тепло
от реакции будет вестись между этими регионами.показывает геометрический
модель, использованная в этой статье.

Схема геометрии.

4.3. Граничное условие

Место охлаждения является частью
нижняя часть батареи и три температуры охлаждения и
время начала считается. Конкретные значения можно найти в Таблице 2. Аккумулятор проводит
тепло с окружающим воздухом. Положение нагрева и температура
точки измерения батареи показаны на a, а положение охлаждения показано на b. Температура
Кривая представляет собой среднее значение пяти точек.

Граничные условия батареи:
(а) положение нагрева батареи и точка измерения температуры; (б)
положение охлаждения батареи (охлаждающая часть обозначена синим
площадь).

Таблица 2

Ситуации подавления

охлаждение
температура (К)
время начала (с)
испытание 1 293,15 100
испытание 2 283,15 180
испытание 3

.15 180

% PDF-1.5
%
1 0 obj>
эндобдж
2 0 obj>
эндобдж
3 0 obj> / Метаданные 325 0 R / Страницы 6 0 R / StructTreeRoot 164 0 R >>
эндобдж
4 0 obj>
эндобдж
5 0 obj>
эндобдж
6 0 obj>
эндобдж
7 0 obj>
эндобдж
8 0 obj>
эндобдж
9 0 obj> / MediaBox [0 0 481.92 708.72] / Parent 6 0 R / Resources> / Font> / ProcSet [/ PDF / Text / ImageB / ImageC / ImageI] / Properties >>>>> / StructParents 0 / Tabs / S >>
эндобдж
10 0 obj>
эндобдж
11 0 obj>
эндобдж
12 0 obj>
эндобдж
13 0 obj>
эндобдж
14 0 obj>
эндобдж
15 0 obj>
эндобдж
16 0 obj [13 0 R 21 0 R 26 0 R 29 0 R 29 0 R 29 0 R 29 0 R 29 0 R 29 0 R 29 0 R 29 0 R 29 0 R 29 0 R 29 0 R 29 0 R 29 0 R 29 0 R 29 0 R 29 0 R 29 0 R 29 0 R 29 0 R 29 0 R 29 0 R 32 0 R 32 0 R 32 0 R 32 0 R 32 0 R 32 0 R 32 0 R 32 0 R 32 0 R 32 0 R 32 0 R 32 0 R 32 0 R 32 0 R 32 0 R 32 0 R 35 0 R 38 0 R 38 0 R 38 0 R 38 0 R 38 0 R 38 0 R 38 0 R 38 0 R 38 0 R 38 0 R 38 0 R 38 0 R 38 0 R 38 0 R 38 0 R 38 0 R 38 0 R 38 0 R 38 0 R 38 0 R 38 0 R 38 0 R 41 0 R 44 0 R 47 0 R 53 0 R 56 0 R 59 0 R 59 0 R 59 0 R 59 0 R 59 0 R 59 0 R 59 0 R 59 0 R 59 0 R 59 0 R 59 0 R 59 0 R 62 0 R 62 0 R 62 0 R 62 0 R 62 0 R 62 0 R 62 0 R 62 0 R 62 0 R 62 0 R 62 0 R 62 0 R 62 0 R 62 0 R 62 0 R 65 0 R 67 0 R 70 0 R 70 0 70 0 R 70 0 R 70 0 R 70 0 R 70 0 R 70 0 R 70 0 R 70 0 R 70 0 R 70 0 R 70 0 R 70 0 R 70 0 R 70 0 R 70 0 R 70 0 R 73 0 R 50 0 R]
эндобдж
17 0 obj>
эндобдж
18 0 obj>
эндобдж
19 0 obj>
эндобдж
20 0 obj>
эндобдж
21 0 obj>
эндобдж
22 0 obj>
эндобдж
23 0 obj>
эндобдж
24 0 obj>
эндобдж
25 0 obj>
эндобдж
26 0 obj>
эндобдж
27 0 obj>
эндобдж
28 0 obj>
эндобдж
29 0 obj>
эндобдж
30 0 obj>
эндобдж
31 0 объект>
эндобдж
32 0 obj>
эндобдж
33 0 obj>
эндобдж
34 0 obj>
эндобдж
35 0 obj>
эндобдж
36 0 obj>
эндобдж
37 0 obj>
эндобдж
38 0 obj>
эндобдж
39 0 obj [42 0 R]
эндобдж
40 0 obj>
эндобдж
41 0 объект>
эндобдж
42 0 obj>
эндобдж
43 0 obj>
эндобдж
44 0 obj>
эндобдж
45 0 obj>
эндобдж
46 0 obj>
эндобдж
47 0 obj>
эндобдж
48 0 obj>
эндобдж
49 0 obj>
эндобдж
50 0 obj>
эндобдж
51 0 obj>
эндобдж
52 0 obj [278 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 278 0 278 0 0 556 556 556 556 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 722 0722 722 0 0 0 722 278 0 0 0 833 0 0 0 0 722 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 556 611 556 611 556 333 611 611 278 0 556 278 889 611 611 611 0 389 556 333 611 0 778 0 556]
эндобдж
53 0 obj>
эндобдж
54 0 obj>
эндобдж
55 0 obj [250 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0250 333250 0 0500 0500 0 0 0 0 0 0 333 0 0 0 0 0 0 611 0 667 722 611 611 722 722 333 444 0 0 833 0 0 611 722 611 500 556 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 500 500 444 500 444 278 500 500 278 0 444 278 722 500 500 500 0 389 389 278 500 444 667 0 444]
эндобдж
56 0 obj>
эндобдж
57 0 obj>
эндобдж
58 0 obj>
ручей
xSn0>? 0I% rCM {z H C} m / SjzfQ @ 7 [HURCtdZy.hNfXLіwy: W {«jDk *> vUkM) = Yˉq ~ t, 1DOƂa% lAQ & ŅoxG @ yD + DCwZ» $ ք._ vgrqT $
`A! $ VJLbW%
-mX; ‘LP MU م ~ [k˔9s% H] Y`% (V; TQ (Z) p 箿 pvmgUS
конечный поток
эндобдж
59 0 obj>
эндобдж
60 0 obj [63 0 R]
эндобдж
61 0 объект>
ручей
x `ՙ? it4 # d88NpqIl @ & B ش Z ڲ R
VNhwr + @ IA
Ga- = 9ƒ * 3͛? O ތ @

Параметры зарядки и разрядки аккумулятора

Ключевой функцией аккумулятора в фотоэлектрической системе является обеспечение энергией, когда другие источники энергии недоступны, и, следовательно, батареи в фотоэлектрических системах будут постоянно заряжаться и заряжаться. циклы разгрузки.На все параметры батареи влияет цикл зарядки и перезарядки.

Состояние заряда аккумулятора (BSOC)

Ключевым параметром батареи, используемой в фотоэлектрической системе, является состояние заряда батареи (BSOC). BSOC определяется как доля общей энергии или емкости батареи, которая была использована по сравнению с общей доступной от батареи.

Уровень заряда батареи (BSOC или SOC) показывает отношение количества энергии, хранящейся в настоящее время в батарее, к номинальной номинальной емкости.Например, для батареи с 80% SOC и емкостью 500 Ач энергия, запасенная в батарее, составляет 400 Ач. Распространенным способом измерения BSOC является измерение напряжения батареи и сравнение его с напряжением полностью заряженной батареи. Однако, поскольку напряжение аккумулятора зависит от температуры, а также от состояния заряда аккумулятора, это измерение дает лишь приблизительное представление о состоянии заряда аккумулятора.

Глубина разряда

Во многих типах батарей полная энергия, накопленная в батарее, не может быть извлечена (другими словами, батарея не может быть полностью разряжена) без серьезного и часто непоправимого повреждения батареи.Глубина разряда (DOD) батареи определяет долю энергии, которая может быть снята с батареи. Например, если DOD батареи указан производителем как 25%, то только 25% емкости батареи может быть использовано нагрузкой.

Почти все батареи, особенно для возобновляемых источников энергии, имеют номинальную емкость. Однако фактическая энергия, которая может быть извлечена из аккумулятора, часто (особенно для свинцово-кислотных аккумуляторов) значительно меньше номинальной емкости.Это происходит потому, что, особенно для свинцово-кислотных аккумуляторов, извлечение из аккумулятора полной емкости резко сокращает срок службы аккумулятора. Глубина разряда (DOD) — это доля емкости аккумулятора, которая может быть использована от аккумулятора, и указывается производителем. Например, аккумулятор на 500 Ач с DOD 20% может обеспечить только 500 Ач x 0,2 = 100 Ач.

Суточная глубина разряда

Помимо указания общей глубины разряда, производитель аккумуляторов обычно также указывает суточную глубину разряда.Суточная глубина разряда определяет максимальное количество энергии, которое может быть извлечено из батареи за 24 часа. Обычно в крупномасштабной фотоэлектрической системе (например, для удаленного дома) размер аккумуляторной батареи по своей природе такой, что суточная глубина разряда не является дополнительным ограничением. Однако в небольших системах, которые имеют относительно несколько дней хранения, может потребоваться рассчитать суточную глубину разряда.

Скорость зарядки и разрядки

Распространенный способ определения емкости батареи — указать емкость батареи как функцию времени, которое требуется для полной разрядки батареи (обратите внимание, что на практике батарея часто не может быть полностью разряжена).Обозначение для определения емкости батареи таким образом записывается как Cx, где x — время в часах, которое требуется для разряда батареи. C10 = Z (также записывается как C10 = xxx) означает, что емкость аккумулятора равна Z, когда аккумулятор разряжается за 10 часов. Когда скорость разрядки уменьшается вдвое (а время, необходимое для разрядки аккумулятора, увеличивается вдвое до 20 часов), емкость аккумулятора возрастает до Y. Скорость разрядки при разрядке аккумулятора за 10 часов определяется путем деления емкости на время.Следовательно, C / 10 — это тариф заряда. Это также может быть записано как 0,1C. Следовательно, спецификация C20 / 10 (также обозначаемая как 0,1C20) — это скорость заряда, полученная, когда емкость батареи (измеренная, когда батарея разряжается за 20 часов) разряжается за 10 часов. Такие относительно сложные обозначения могут возникнуть, когда в течение коротких периодов времени используются более высокие или более низкие тарифы.

Скорость зарядки в амперах выражается в количестве заряда, добавляемого к аккумулятору за единицу времени (т.е.е., Кулон / сек, что является единицей измерения ампер). Скорость заряда / разряда может быть указана напрямую, задавая ток — например, аккумулятор может заряжаться / разряжаться при токе 10 А. Однако более часто скорость заряда / разряда задается путем определения количества времени, необходимого для полностью разрядите аккумулятор. В этом случае скорость разряда определяется как емкость аккумулятора (в Ач), деленная на количество часов, необходимое для зарядки / разрядки аккумулятора. Например, аккумулятор емкостью 500 Ач, который теоретически разряжается до напряжения отключения за 20 часов, будет иметь скорость разряда 500 Ач / 20 ч = 25 А.Кроме того, если аккумуляторная батарея 12 В, то мощность, подаваемая на нагрузку, составляет 25 А x 12 В = 300 Вт. Обратите внимание, что аккумулятор разряжен до максимального уровня только «теоретически», поскольку большинство практичных аккумуляторов не могут быть полностью разряжены без повреждения аккумулятора или сокращения срока его службы.

Режимы зарядки и разрядки

Каждый тип аккумулятора имеет определенный набор ограничений и условий, связанных с его режимом зарядки и разрядки, и многие типы аккумуляторов требуют определенных режимов зарядки или контроллеров заряда.Например, никель-кадмиевые батареи перед зарядкой должны быть почти полностью разряжены, в то время как свинцово-кислотные батареи никогда не должны разряжаться полностью. Кроме того, напряжение и ток во время цикла зарядки будут разными для каждого типа аккумулятора. Как правило, зарядное устройство или контроллер заряда, предназначенные для одного типа аккумулятора, не могут использоваться с другим типом.

Изменение температуры и теплоемкость

Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете:

  • Наблюдайте за теплопередачей и изменением температуры и массы.
  • Расчет конечной температуры после передачи тепла между двумя объектами.

Одним из основных эффектов теплопередачи является изменение температуры: нагревание увеличивает температуру, а охлаждение снижает ее. Мы предполагаем, что фазового перехода нет, и что система или система не выполняет никаких работ. Эксперименты показывают, что передаваемое тепло зависит от трех факторов: изменения температуры, массы системы, а также вещества и фазы вещества.

Рисунок 1.Тепло Q , передаваемое для изменения температуры, зависит от величины изменения температуры, массы системы, а также от вещества и фазы. (а) Количество переданного тепла прямо пропорционально изменению температуры. Чтобы удвоить изменение температуры массы m, вам нужно добавить в два раза больше тепла. (б) Количество переданного тепла также прямо пропорционально массе. Чтобы вызвать эквивалентное изменение температуры в удвоенной массе, вам нужно добавить в два раза больше тепла.(c) Количество передаваемого тепла зависит от вещества и его фазы. Если требуется количество тепла Q , чтобы вызвать изменение температуры Δ T в данной массе меди, потребуется в 10,8 раза больше тепла, чтобы вызвать эквивалентное изменение температуры в той же массе воды, при условии отсутствия фазы изменение любого вещества.

Зависимость от изменения температуры и массы легко понять. Поскольку (средняя) кинетическая энергия атома или молекулы пропорциональна абсолютной температуре, внутренняя энергия системы пропорциональна абсолютной температуре и количеству атомов или молекул.Благодаря тому, что переданное тепло равно изменению внутренней энергии, тепло пропорционально массе вещества и изменению температуры. Передаваемое тепло также зависит от вещества, так что, например, количество тепла, необходимое для повышения температуры, меньше для спирта, чем для воды. Для одного и того же вещества передаваемое тепло также зависит от фазы (газ, жидкость или твердое тело).

Теплопередача и изменение температуры

Количественная связь между теплопередачей и изменением температуры включает все три фактора: Q = мк Δ T , где Q — символ теплопередачи, м — масса вещества и Δ T — изменение температуры.Обозначение c означает удельную теплоемкость и зависит от материала и фазы. Удельная теплоемкость — это количество тепла, необходимое для изменения температуры 1,00 кг массы на 1,00 ° C. Удельная теплоемкость c — это свойство вещества; его единица СИ — Дж / (кг К) или Дж / (кг ºC). Напомним, что изменение температуры (Δ T ) одинаково в единицах кельвина и градусов Цельсия. Если теплопередача измеряется в килокалориях, то единица удельной теплоемкости — ккал / (кг ⋅ ºC).

Значения удельной теплоемкости обычно необходимо искать в таблицах, потому что нет простого способа их вычислить. Как правило, удельная теплоемкость также зависит от температуры. В таблице 1 приведены типичные значения теплоемкости для различных веществ. За исключением газов, температурная и объемная зависимость удельной теплоемкости большинства веществ слабая. Из этой таблицы видно, что удельная теплоемкость воды в пять раз больше, чем у стекла, и в десять раз больше, чем у железа, что означает, что требуется в пять раз больше тепла, чтобы повысить температуру воды на такую ​​же величину, что и у стекла, и в десять раз больше. много тепла для повышения температуры воды, как для утюга.Фактически, вода имеет одну из самых высоких удельной теплоемкости из всех материалов, что важно для поддержания жизни на Земле.

Пример 1. Расчет необходимого тепла: нагрев воды в алюминиевой кастрюле

Алюминиевая кастрюля массой 0,500 кг на плите используется для нагрева 0,250 л воды с 20,0 ° C до 80,0 ° C. а) Сколько тепла требуется? Какой процент тепла используется для повышения температуры (б) сковороды и (в) воды?

Стратегия

Кастрюля и вода всегда имеют одинаковую температуру.Когда вы ставите кастрюлю на плиту, температура воды и кастрюли увеличивается на одинаковую величину. Мы используем уравнение теплопередачи для данного изменения температуры и массы воды и алюминия. Значения удельной теплоемкости воды и алюминия приведены в таблице 1.

Решение

Поскольку вода находится в тепловом контакте с алюминием, кастрюля и вода имеют одинаковую температуру.

Рассчитать разницу температур:

Δ T = T f T i = 60.0ºC.

Рассчитайте массу воды. Поскольку плотность воды составляет 1000 кг / м 3 , один литр воды имеет массу 1 кг, а масса 0,250 литра воды составляет м w = 0,250 кг.

Рассчитайте тепло, передаваемое воде. Используйте удельную теплоемкость воды в таблице 1:

.

Q w = м w c w Δ T = (0,250 кг) (4186 Дж / кгºC) (60,0ºC) = 62.8 кДж.

Рассчитайте тепло, передаваемое алюминию. Используйте удельную теплоемкость алюминия в таблице 1:

.

Q Al = м Al c Al Δ T = (0,500 кг) (900 Дж / кгºC) (60,0ºC) = 27,0 × 10 4 J = 27,0 кДж . <

Сравните процент тепла, поступающего в сковороду, и в воду. Сначала найдите общее переданное тепло:

Q Итого = Q w + Q Al = 62.8 кДж + 27,0 кДж = 89,8 кДж.

Таким образом, количество тепла, идущего на нагревание сковороды, равно

.

[латекс] \ frac {27.0 \ text {kJ}} {89.8 \ text {kJ}} \ times100 \% = 30.1 \% \\ [/ latex]

, а на подогрев воды —

.

[латекс] \ frac {62,8 \ text {кДж}} {89,8 \ text {кДж}} \ times100 \% = 69,9 \% \\ [/ latex].

Обсуждение

В этом примере тепло, передаваемое контейнеру, составляет значительную долю от общего переданного тепла. Хотя вес кастрюли в два раза больше, чем у воды, удельная теплоемкость воды более чем в четыре раза больше, чем у алюминия.Следовательно, для достижения заданного изменения температуры воды требуется чуть более чем в два раза больше тепла по сравнению с алюминиевым поддоном.

Пример 2. Расчет повышения температуры в результате работы с веществом: перегрев тормозов грузовика на спуске

Рис. 2. Дымящиеся тормоза этого грузовика — видимое свидетельство механического эквивалента тепла.

Тормоза грузовика, используемые для контроля скорости на спуске, работают, преобразуя гравитационную потенциальную энергию в повышенную внутреннюю энергию (более высокую температуру) тормозного материала.Это преобразование предотвращает преобразование потенциальной гравитационной энергии в кинетическую энергию грузовика. Проблема в том, что масса грузовика велика по сравнению с массой тормозного материала, поглощающего энергию, и повышение температуры может происходить слишком быстро, чтобы тепло передавалось от тормозов в окружающую среду.

Рассчитайте повышение температуры 100 кг тормозного материала со средней удельной теплоемкостью 800 Дж / кг ºC, если материал сохраняет 10% энергии от грузовика массой 10 000 кг, спускающегося 75.0 м (при вертикальном перемещении) с постоянной скоростью.

Стратегия

Если тормоза не применяются, потенциальная гравитационная энергия преобразуется в кинетическую энергию. При срабатывании тормозов потенциальная гравитационная энергия преобразуется во внутреннюю энергию тормозного материала. Сначала мы вычисляем гравитационную потенциальную энергию ( Mgh ), которую весь грузовик теряет при спуске, а затем находим повышение температуры, возникающее только в тормозном материале.

Решение
  1. Рассчитайте изменение гравитационной потенциальной энергии при спуске грузовика с горы Mgh = (10,000 кг) (9.{\ circ} C \\ [/ латекс].
Обсуждение

Эта температура близка к температуре кипения воды. Если бы грузовик ехал какое-то время, то непосредственно перед спуском температура тормозов, вероятно, была бы выше, чем температура окружающей среды. Повышение температуры при спуске, вероятно, приведет к повышению температуры тормозного материала выше точки кипения воды, поэтому этот метод непрактичен. Однако та же самая идея лежит в основе недавней гибридной технологии автомобилей, в которой механическая энергия (гравитационная потенциальная энергия) преобразуется тормозами в электрическую энергию (аккумулятор).

Таблица 1. Удельная теплоемкость различных веществ
Вещества Удельная теплоемкость ( c )
Твердые вещества Дж / кг ⋅ ºC ккал / кг ⋅ ºC
Алюминий 900 0,215
Асбест 800 0,19
Бетон, гранит (средний) 840 0.20
Медь 387 0,0924
Стекло 840 0,20
Золото 129 0,0308
Человеческое тело (в среднем при 37 ° C) 3500 0,83
Лед (в среднем, от −50 ° C до 0 ° C) 2090 0,50
Чугун, сталь 452 0,108
Свинец 128 0.0305
Серебро 235 0,0562
Дерево 1700 0,4
Жидкости
Бензол 1740 0,415
Этанол 2450 0,586
Глицерин 2410 0,576
Меркурий 139 0,0333
Вода (15.0 ° С) 4186 1.000
Газы
Воздух (сухой) 721 (1015) 0,172 (0,242)
Аммиак 1670 (2190) 0,399 (0,523)
Двуокись углерода 638 (833) 0,152 (0,199)
Азот 739 (1040) 0,177 (0,248)
Кислород 651 (913) 0.156 (0,218)
Пар (100 ° C) 1520 (2020) 0,363 (0,482)

Обратите внимание, что Пример 2 является иллюстрацией механического эквивалента тепла. В качестве альтернативы повышение температуры может быть произведено с помощью паяльной лампы, а не механически.

Пример 3. Расчет конечной температуры при передаче тепла между двумя телами: заливка холодной воды в горячую кастрюлю

Допустим, вы залили 0,250 кг 20.0ºC воды (около чашки) в алюминиевую кастрюлю весом 0,500 кг, снятую с плиты, при температуре 150ºC. Предположим, что поддон стоит на изолированной подушке и выкипает незначительное количество воды. Какова температура, когда вода и поддон через короткое время достигают теплового равновесия?

Стратегия

Кастрюлю кладут на изолирующую подкладку, чтобы тепло не передавалось с окружающей средой. Изначально кастрюля и вода не находятся в тепловом равновесии: кастрюля имеет более высокую температуру, чем вода.Затем теплообмен восстанавливает тепловое равновесие, когда вода и поддон соприкасаются. Поскольку теплообмен между кастрюлей и водой происходит быстро, масса испарившейся воды незначительна, а величина тепла, теряемого сковородой, равна теплу, полученному водой. Обмен тепла прекращается, когда достигается тепловое равновесие между кастрюлей и водой. Теплообмен можно записать как | Q горячий | = Q холодный .

Решение

Используйте уравнение для теплопередачи Q = mc Δ T , чтобы выразить тепло, теряемое алюминиевой сковородой, через массу сковороды, удельную теплоемкость алюминия, начальную температуру сковороды и конечная температура: Q горячий = м Al c Al ( T f — 150ºC).

Выразите тепло, полученное водой, через массу воды, удельную теплоемкость воды, начальную температуру воды и конечную температуру: Q холодная = м W c W ( T f — 20,0 ° C).

Обратите внимание, что Q горячий <0 и Q холодный > 0 и что они должны быть в сумме равными нулю, потому что тепло, теряемое горячей сковородой, должно быть таким же, как тепло, полученное холодной водой:

[латекс] \ begin {array} {lll} Q _ {\ text {cold}} + Q _ {\ text {hot}} & = & 0 \\ Q _ {\ text {cold}} & = & — Q _ {\ text {hot}} \\ m _ {\ text {W}} c _ {\ text {W}} \ left (T _ {\ text {f}} — 20.{\ circ} \ text {C} \ end {array} \\ [/ latex]

Обсуждение

Это типичная проблема калориметрии — два тела при разных температурах контактируют друг с другом и обмениваются теплом до тех пор, пока не будет достигнута общая температура. Почему конечная температура намного ближе к 20,0ºC, чем к 150ºC? Причина в том, что вода имеет большую удельную теплоемкость, чем большинство обычных веществ, и поэтому претерпевает небольшое изменение температуры при данной теплопередаче. Большой водоем, например озеро, требует большого количества тепла для значительного повышения температуры.Это объясняет, почему температура в озере остается относительно постоянной в течение дня, даже когда изменение температуры воздуха велико. Однако температура воды действительно меняется в течение длительного времени (например, с лета на зиму).

Домашний эксперимент: изменение температуры земли и воды

Что нагревается быстрее, земля или вода?

Для изучения разницы в теплоемкости:

  • Поместите равные массы сухого песка (или почвы) и воды одинаковой температуры в две небольшие банки.(Средняя плотность почвы или песка примерно в 1,6 раза больше плотности воды, поэтому вы можете получить примерно равную массу, используя на 50% больше воды по объему.)
  • Нагрейте оба (в духовке или нагревательной лампе) одинаковое время.
  • Запишите конечную температуру двух масс.
  • Теперь доведите обе банки до одинаковой температуры, нагревая в течение более длительного периода времени.
  • Снимите банки с источника тепла и измеряйте их температуру каждые 5 минут в течение примерно 30 минут.

Какой образец остывает быстрее всего? Это упражнение воспроизводит явления, ответственные за ветер с суши и с моря.

Проверьте свое понимание

Если 25 кДж необходимо для повышения температуры блока с 25 ° C до 30 ° C, сколько тепла необходимо для нагрева блока с 45 ° C до 50 ° C?

Решение

Теплопередача зависит только от разницы температур. Поскольку разница температур в обоих случаях одинакова, во втором случае необходимы те же 25 кДж.

Сводка раздела

  • Передача тепла Q , которая приводит к изменению Δ T температуры тела с массой м составляет Q = мк Δ T , где c — удельная теплоемкость материала. Это соотношение также можно рассматривать как определение удельной теплоемкости.

Концептуальные вопросы

  1. Какие три фактора влияют на теплопередачу, необходимую для изменения температуры объекта?
  2. Тормоза в автомобиле повышают температуру на Δ T при остановке автомобиля со скорости v .Насколько больше было бы Δ T , если бы автомобиль изначально имел вдвое большую скорость? Вы можете предположить, что автомобиль останавливается достаточно быстро, чтобы не отводить тепло от тормозов.

Задачи и упражнения

  1. В жаркий день температура в бассейне объемом 80 000 л повышается на 1,50ºC. Какова чистая теплопередача при этом нагреве? Игнорируйте любые осложнения, такие как потеря воды из-за испарения.
  2. Докажите, что 1 кал / г · ºC = 1 ккал / кг · ºC.
  3. Для стерилизации 50.Стеклянная детская бутылочка 0 г, мы должны поднять ее температуру с 22,0 ° С до 95,0 ° С. Какая требуется теплопередача?
  4. Одинаковая передача тепла идентичным массам разных веществ вызывает разные изменения температуры. Рассчитайте конечную температуру, когда 1,00 ккал тепла передается 1,00 кг следующих веществ, первоначально при 20,0 ° C: (a) вода; (б) бетон; (в) сталь; и d) ртуть.
  5. Потирание рук согревает их, превращая работу в тепловую энергию. Если женщина трет руки взад и вперед в общей сложности 20 движений, на расстоянии 7.50 см на руб, а при средней силе трения 40,0 Н, что такое повышение температуры? Масса согреваемых тканей всего 0,100 кг, в основном в ладонях и пальцах.
  6. Блок чистого материала массой 0,250 кг нагревается с 20,0 ° C до 65,0 ° C за счет добавления 4,35 кДж энергии. Вычислите его удельную теплоемкость и определите вещество, из которого он, скорее всего, состоит.
  7. Предположим, что одинаковые количества тепла передаются различным массам меди и воды, вызывая одинаковые изменения температуры.Какое отношение массы меди к воде?
  8. (a) Количество килокалорий в пище определяется калориметрическими методами, при которых пища сжигается и измеряется теплоотдача. Сколько килокалорий на грамм содержится в арахисе весом 5,00 г, если энергия его горения передается 0,500 кг воды, содержащейся в алюминиевой чашке весом 0,100 кг, что вызывает повышение температуры на 54,9 ° C? (b) Сравните свой ответ с информацией на этикетке, содержащейся на упаковке арахиса, и прокомментируйте, согласуются ли значения.
  9. После интенсивных упражнений температура тела человека весом 80,0 кг составляет 40,0 ° C. С какой скоростью в ваттах человек должен передавать тепловую энергию, чтобы снизить температуру тела до 37,0 ° C за 30,0 мин, если тело продолжает вырабатывать энергию со скоростью 150 Вт? 1 Вт = 1 Дж / с или 1 Вт = 1 Дж / с.
  10. Даже при остановке после периода нормальной эксплуатации большой промышленный ядерный реактор передает тепловую энергию со скоростью 150 МВт за счет радиоактивного распада продуктов деления.Эта теплопередача вызывает быстрое повышение температуры при выходе из строя системы охлаждения (1 Вт = 1 джоуль / сек или 1 Вт = 1 Дж / с и 1 МВт = 1 мегаватт). (a) Рассчитайте скорость повышения температуры в градусах Цельсия в секунду (ºC / с), если масса активной зоны реактора составляет 1,60 × 10 5 кг, а ее средняя удельная теплоемкость составляет 0,3349 кДж / кг ºC. (b) Сколько времени потребуется, чтобы получить повышение температуры на 2000 ° C, которое может привести к расплавлению некоторых металлов, содержащих радиоактивные материалы? (Начальная скорость повышения температуры будет больше, чем рассчитанная здесь, потому что теплопередача сосредоточена в меньшей массе.Позже, однако, повышение температуры замедлится, поскольку стальная защитная оболочка 5 × 10 5 кг также начнет нагреваться.)

Рисунок 3. Бассейн с радиоактивным отработавшим топливом на атомной электростанции. Отработанное топливо долго остается горячим. (кредит: Министерство энергетики США)

Глоссарий

удельная теплоемкость: количество тепла, необходимое для изменения температуры 1,00 кг вещества на 1,00 ºC

Избранные решения проблем и упражнения

1.5,02 × 10 8 Дж

3. 3.07 × 10 3 Дж

5. 0,171ºC

7. 10,8

9. 617 Вт


(PDF) Методы расчета тепла, выделяемого литий-ионным аккумулятором в условиях зарядки-разрядки.

Регулируемый источник питания

и система сбора данных (DEWE ‐ 43)

, которые были подключены к компьютеру.

2.1.3 | Эксперимент по зарядке-разрядке

Устройство для тестирования зарядки-разрядки было разработано для достижения

аналогичных условий для аккумуляторных элементов путем регулирования их тока.Система мониторинга температуры

, упомянутая в разделе 2.1, была применена

для регистрации тепловых условий. Для создания стабильного зарядного тока

был применен стабилизированный источник питания № 2

(номер модели: KXN ‐ 3050D). Таким образом, в зависимости от скорости тепловыделения аккумуляторных элементов испытательные батареи

значительно зарядились, что привело к увеличению видимой температуры

внутри и вокруг термопар. Bat-

результаты температуры и тока элементов питания при различных условиях зарядки были полностью записаны.Кроме того, для моделирования разрядного сегмента использовалась проволока сопротивления (Cr

20

Ni

80

)

.

2.2 | Методика эксперимента

2.2.1 | Эксперимент по электрическому нагреву

Проволока сопротивления была равномерно обернута вокруг медной трубы

и закреплена термостойкой липкой лентой. Провод сопротивления

был подключен к регулируемому источнику питания постоянного тока №1

электрическими проводами.Все медные трубы, электрические провода и высокотемпературная клейкая лента

были смонтированы в системе термического давления

.

Термопары типа K были закреплены в медной трубе во время испытаний

для измерения температуры. В случае теплового разгона может произойти

, при температурах примерно от 150 ° C до 200 ° C максимальная температура

должна оставаться ниже 120 ° C в большинстве наших экспериментов по электрическому нагреву

.

Перед тестом в медную трубу загружается аккумулятор. В соответствии с проектными условиями, электронагревательный аппарат был предварительно настроен на

для достижения необходимой мощности нагрева. Между тем, оборудование для сбора данных

использовалось для вывода данных о температуре.

2.2.2 | Эксперимент по зарядке-разрядке

(1) В экспериментах по зарядке отрицательный полюс стабилизированного источника питания постоянного тока № 2

был подключен к отрицательному полюсу батареи

, а положительный полюс — к другой конец электрическим проводом.

В соответствии с экспериментальными условиями зарядный ток составлял

, скорректированный для получения расчетного значения.

(2) В эксперименте по разрядке отрицательный и положительный полюса литий-ионной батареи

были подключены к проводу сопротивления к

, образуя цепь. Сопротивление разряда может быть отрегулировано

в соответствии с проектными экспериментальными условиями.

2.3 | Условия эксперимента

Всего было проведено 14 испытаний на электрообогрев.Элементы батареи

были индивидуально нагреты с помощью провода термического сопротивления, упомянутого

в разделе 2.2. Батарейный элемент был помещен по центру внутри трубы и механически закреплен проволокой. Мощность нагрева была установлена ​​равной

постоянной для каждого испытания. Во время всего экспериментального моделирования мощность нагрева

увеличилась с 3,3 до 21 Вт. Однако элементы

все еще не могли перейти в режим теплового разгона, что указывает на отсутствие утечки

и веса элементов не изменились.В этом случае все еще может применяться правило сохранения энергии. Для достижения

численное сравнение тепловых эффектов, эксперименты по зарядке и разрядке

были проведены в одних и тех же условиях окружающей среды. Подробные экспериментальные условия перечислены в

Таблица 1.

3 | РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

3.1 | Метод аналогии

Во время тепловых экспериментов температура была ограничена ниже 120 ° C до

для предотвращения теплового разгона.На рис. 2 показаны измеренные значения температуры

литий-ионных аккумуляторов при различной мощности электрического нагрева.

отражает то, что чем выше мощность электрического нагрева, тем выше становится

выработки тепла.

Для оценки тепла, выделяемого батареями во время процесса зарядки или разрядки, были выбраны две соответствующие кривые

на Рисунке 2 для моделирования температурных профилей с целевым значением

, которое находилось в условиях зарядки или разрядки.Чтобы

оценить предел тепловой функции, здесь используется теорема сжатия

, чтобы подтвердить предел тепла, выделяемого батареей, путем сравнения с двумя известными кривыми, пределы которых уже смоделированы в

.

эксперимент по электронагреванию. На основании этого моделирования среднее значение

этих двух расчетных тепловых мощностей можно рассматривать как

как эквивалентное количество тепла, производимое батареей в процессе зарядки или

разрядки.При испытаниях на нагрев тепло, подаваемое системой обогрева

, Q

в

, можно выразить как

Qin ¼Qeh; cu þQeh; Lib þQeh; потери (1)

, где Q

eh, cu

— это тепло, поглощаемое медной трубкой, Q

eh, Lib

— это тепло

, поглощаемое батареей, и Q

eh, потеря

— это тепло, передаваемое в окружающую среду

.

При испытаниях заряда-разряда тепло, выделяемое батареей, Q

ch

,

можно записать как

Qch ¼Qch; cu þQch; Lib þQch; loss (2)

где Q

ch, Lib

— количество тепла, образовавшееся для температуры батареи —

, Q

ch, cu

— тепло, передаваемое от батареи к медной трубе

, и Q

ch, потеря

— это тепло, передаваемое от батареи к медной трубе

. потеря тепла от батареи в окружающую среду

.

Поскольку основные режимы процесса теплопередачи, относящиеся к электронным

испытаниям нагрева и испытаниям заряда-разряда, почти одинаковы. Мы просто предполагаем, что

Q

ch, убыток

= Q

eh, убыток

. Также одинакова температура батареи

и медной трубы. Энергия, вырабатываемая регулируемым источником постоянного тока

№1, была полностью преобразована в тепло

в условиях электрического нагрева.

Температурные зависимости аккумуляторов при разном заряде

тока, например, 7,8 А, 9,1 А и 10,4 А, показаны на рис. 3A, B, C,

WANG ET AL. 221

Типовая модель аккумулятора — Simulink

Извлечение параметров батареи из таблиц данных

На этом рисунке показаны подробные параметры, извлеченные из данных Panasonic.
Паспорт батареи NiMH-HHR650D.

Номинальную емкость и внутреннее сопротивление можно узнать из
таблицы спецификаций.Остальные подробные параметры взяты из Типичного
График характеристик разряда.

4043

3 A

8 Емкость (е)

Параметр

Значение

Номинальная мощность

6,5 Ач

6,5 Ач

Ач

2

Номинальное напряжение (a)

1.18 В

Номинальная мощность

6,5 Ач

Максимальная емкость (б)

7 Ач (9411640 * 8 5,3
1,3 A)

Напряжение полного заряда (в)

1,39 В

Номинальный ток разряда (г)

Емкость при номинальном напряжении (а)

6,25 Ач

Экспоненциальное напряжение (е)

64

В

64

1,3 Ач

Эти параметры являются приблизительными и зависят от точности точек
полученный из разряда
изгиб.

Кривые расхода, полученные на основе этих параметров, отмеченных значком
пунктирные линии на следующих рисунках аналогичны паспорту
кривые.

Чтобы представить температурные эффекты литий-ионной (Li-ion) батареи типа,
дополнительная кривая нагнетания при температуре окружающей среды, отличная от
номинальная температура и параметры теплового отклика.Дополнительные кривые расхода обычно не приводятся в технических данных и могут
требуют проведения простых экспериментов. Следующие примеры показывают
параметры, извлеченные из литий-железо-фосфата A123 ANR26650M1 и
Паспорта литий-кобальто-оксидных батарей Panasonic CGR 18 650 AF.

Технические характеристики A123 ANR26650M1 включают в себя требуемую разрядку
точки кривой и другие необходимые параметры.

Эти параметры взяты из таблицы данных литий-ионного аккумулятора A123.
температурно-зависимая модель батареи.

4 9164

3,22 V

90

901

6 90

4 909 Внутреннее сопротивление

В, 0,23
Ач]

Параметр Значение

Номинальное напряжение (с)

3,22 V

Максимальная вместимость (d)

2.3 Ач

Напряжение полного заряда (а)

3,7 В

Номинальный ток разряда

2.3

10 мОм

Емкость при номинальном напряжении (c)

2,07 Ач

Экспоненциальная зона (b)

65

3

Номинальная температура окружающей среды

25 ° C

Вторая температура окружающей среды

0 ° C

70 макс. (h)

2.208 Ah

Начальное напряжение разряда при 0 ° C (e)

3.45 В

Напряжение при максимальной мощности 90% при 0 ° C
(g)

2,8 V

Экспоненциальная зона при 0 ° C (f)

[ 3,22 V, 0,23
Ач]

Тепловое сопротивление, ячейка-окружающая среда
(оценка)

0.6

Тепловая постоянная времени, от ячейки к окружающей среде
(оценка)

1000

На рисунке пунктирными линиями показаны кривые разряда, полученные из
моделирование при различных температурах окружающей среды. Исполнение модели очень
близко к результатам таблицы данных.

Тот же подход для извлечения параметров применяется к Panasonic
Литий-ионный CGR18650AF с этими характеристиками.

Эти параметры извлечены для модели батареи.

5

5

5
Параметр Значение

Номинальное напряжение (c)

3,3 V

3,3 V

Максимальная емкость (d)

2 Ah

Напряжение полного заряда (a)

4.2 В

Номинальный ток разряда

1,95 A

Внутреннее сопротивление (расчетное)

16,5 мОм

3 c)

1,81 Ач

Экспоненциальная зона (b)

[ 3,71 В, 0,6 Ач]

9409 Номинальная температура окружающей среды 940943 ° C

Вторая температура окружающей среды

0 ° C

Максимальная производительность при 0 ° C (ч)

1.78 Ач

Начальное напряжение разряда при 0 ° C (e)

4 В

Напряжение при максимальной емкости 90% при 0 ° C
(g)

3,11 V

Экспоненциальная зона при 0 ° C (f)

[ 3,8 V, 0,2
Ач]

Тепловое сопротивление, ячейка-окружающая среда
(оценка)

0.06

Тепловая постоянная времени, от ячейки к окружающей среде
(оценка)

1000

На рисунке показано хорошее соответствие между смоделированными кривыми расхода
(представлены пунктирными линиями) и кривые таблицы данных. Точность
модель зависит от того, насколько точны выбранные точки из техпаспорта разряда
кривые есть.

Последовательное и / или параллельное моделирование ячеек

Для моделирования последовательной и / или параллельной комбинации ячеек на основе параметров
одной ячейки используйте преобразование параметра, показанное в следующей таблице
может быть использован. Переменная Nb_ser соответствует количеству
ячеек последовательно, а Nb_par соответствует количеству
ячеек параллельно.

Параметр Значение

Номинальное напряжение

1.18 * Nb_ser

Номинальная мощность

6,5 * Nb_par

Максимальная емкость

7 * Nb_par

7 * Nb_par

Номинальный ток разряда

1,3 * Nb_par

Внутреннее сопротивление

0.002 * Nb_ser / Nb_par

Емкость при номинальном напряжении

6,25 * Nb_par

Экспоненциальная зона

9_07 9_07 * Nb9 Модель


Модифицированная кинетическая модель основана на модели кинетической батареи (Manwell and McGowan, 1993). Модифицированная кинетическая модель добавляет последовательное сопротивление, влияние температуры на емкость, влияние температуры на скорость разложения и разрушение от цикла к циклу в зависимости от глубины разряда (DOD).Модель использует общедоступные данные (например, в некоторых таблицах данных о батареях представлена ​​вся необходимая информация для определения полной модели) и разработана таким образом, что части модели могут быть исключены, если данные недоступны, модель не является репрезентативной. реального поведения, либо поведение не применимо к моделируемым условиям.

Совет: не забудьте указать вес при создании компонента с модифицированной кинетической моделью батареи. Модель использует вес для расчета теплопередачи и теплового поведения.

Различные аспекты модели комбинируются линейно и их легко изолировать, поэтому данные, введенные для создания модели, могут быть воспроизведены при моделировании. Например, вы можете ввести график зависимости срока службы от температуры, который включает точку при 40 ° C и пять лет. Вы можете создать модель с фиксированной температурой 40 ° C и неиспользованной батареей (так что срок службы не имеет значения). Вы можете проверять замену батареи каждые пять лет. По сути, модель максимально проста, но при этом учитывает все желаемые явления.

См. Раздел «Модель кинетической батареи» в справке для обзора модели кинетической батареи (KiBaM) и параметров максимальной емкости, коэффициента емкости и константы скорости. В этом разделе объясняются детали и функции Модифицированной кинетической модели.

Функциональная модель

Поведение батареи при моделировании от временного шага к временному шагу определяется функциональной моделью.

Для данной выходной мощности ток I определяется как:

Pвых. = IVвых. = V0I — R0I2 (1)

Это квадратное уравнение решается относительно тока I.Затем этот ток подается на модель кинетической батареи, чтобы определить состояние для следующего временного шага. Используемые для этого уравнения описаны в разделе справки «Модель кинетической батареи».

Максимальная мощность разряда и максимальная мощность заряда рассчитываются аналогично обычной кинетической модели аккумулятора. Кроме того, существует ограничение максимальной мощности разряда, налагаемое моделью схемы, которое определяется путем определения того, какой ток дает максимальное значение Pout для квадратичной функции в (1):

IPout, макс. = V0 / (2 R0) (2)

Тепловая модель

Температура компонента хранения моделируется как сосредоточенная теплоемкость.Вы указываете теплопроводность по отношению к окружающей среде (ватт на кельвин), массу компонента (фунты; умножьте килограммы на 2,20 для преобразования в фунты) и удельную теплоемкость (джоули на килограмм-кельвин). Если указать нулевую удельную теплоемкость, внутренняя температура аккумулятора будет точно соответствовать температурному ресурсу.

Совет: Если вы не выбрали «Учитывать температурные эффекты?» во входных данных для конкретного объекта на странице «Хранилище» внутренняя температура батареи остается постоянной на уровне, указанном в библиотеке.В этом случае тепловая модель не используется.

На каждом временном шаге моделирования любая энергия, рассеиваемая эффективным последовательным сопротивлением, преобразуется в тепло и увеличивает общую температуру накопительной батареи. Кроме того, тепло отводится или поглощается из окружающей среды в соответствии с уравнением конвекции: q = hΔT. В температурном ресурсе можно указать температуру окружающей среды для моделирования. Потери, указанные во вводе «Другие потери при передаче туда и обратно», не преобразуются в тепло в тепловой модели.

Потери в последовательном сопротивлении преобразуются в тепло:

, где I — ток в амперах, а R — последовательное сопротивление в омах.

Скорость изменения внутренней температуры батареи определяется выделением тепла и скоростью теплообмена с окружающей средой. Это можно описать как энергетический баланс:

где:

кв.м

= масса аккумулятора [кг]

с

= удельная теплоемкость [Дж / кг · К]

ч

= теплопроводность к окружающей среде

т

= [Кельвин, со скоростью изменения в Кельвинах в секунду]

т

= внутренняя температура батареи

Ta

= температура окружающей среды

Решение этого дифференциального уравнения:

где:

Ti

= текущая внутренняя температура батареи

Ti + 1

= температура по истечении времени dt

Это явное уравнение используется для моделирования внутренней температуры при моделировании.

Температуру компонента хранения можно отобразить в результатах временного ряда. Это температура, используемая для расчета температурного воздействия на емкость и скорость разрушения.

Влияние температуры на производительность

Некоторые батареи демонстрируют изменение емкости в зависимости от температуры, например, уменьшение доступной энергии при низких температурах. Вы можете ввести относительную производительность (в процентах от номинальной) в зависимости от температуры (Цельсия) в таблице в разделе Температура vs.вкладка емкости на странице модифицированной кинетической батареи в библиотеке. Модель модифицированной кинетической батареи соответствует квадратичной функции зависимости емкости от данных температуры, которые вы вводите в таблице.

При моделировании HOMER эффективно регулирует минимальное состояние заряда, повышая или понижая, в зависимости от текущей температуры аккумуляторной батареи. Например, рассмотрим случай, когда минимальный уровень заряда, указанный во входных данных для конкретного объекта, составляет 20%. В точке кривой температура / емкость, где емкость составляет 100% (часто около 20 ° или 25 ° C), минимальное состояние заряда равно нулю.Если при низких температурах емкость аккумулятора составляет 80% от номинального значения, минимальный уровень заряда фактически устанавливается на 40%.

Возможен случай, когда аккумулятор находится на минимальном уровне заряда, тогда минимальный уровень заряда увеличивается из-за изменения температуры. Если аккумулятор не заряжен, уровень заряда остается постоянным, ниже минимального уровня заряда. Конечно, аккумулятор не может разряжать какую-либо энергию до тех пор, пока уровень заряда не станет выше минимального уровня заряда.Таким же образом можно полностью разрядить аккумулятор. Если аккумулятор нагревается и минимальный уровень заряда соответственно уменьшается (как в зависимости от типичной зависимости емкости от температуры), HOMER может потреблять больше энергии из ранее разряженной батареи.

Необходимо указать максимальную и минимальную рабочую температуру. Если температура батареи выходит за эти пределы, батарея не работает.

Деградация

Модель модифицированной кинетической батареи отслеживает деградацию с использованием двух переменных, которые увеличиваются по мере разрушения батареи в течение срока ее службы.Один отслеживает время и температуру в течение срока службы пакета, а другой отслеживает износ от циклов с поправкой на глубину разряда. Каждая из этих двух величин представляет собой частичное ухудшение от 0, когда упаковка новая, до 0,2 в конце срока службы (для предела снижения емкости 20% по умолчанию).

Функциональная деградация моделируется как постепенное уменьшение емкости запоминающего устройства и увеличение последовательного сопротивления. Ухудшение емкости следует за максимальным из двух значений; какая бы переменная ни была выше, определяет частичное снижение емкости.Последовательное сопротивление увеличивается на сумму двух переменных деградации. См. Описание этого подхода в Neubauer 2014 и Smith and Earleywine 2012.

Календарная деградация

Первая переменная деградации увеличивается с каждым временным шагом независимо от того, используется ли компонент хранения или простаивает. Скорость увеличения этой переменной зависит только от температуры, как описано в следующем соотношении:

узлы = B * e-d / T

В приведенном выше уравнении kt — это скорость увеличения переменной деградации времени и температуры.B и d — константы, соответствующие данным, а T — температура в Кельвинах. Константа B масштабируется таким образом, что переменная деградации изменяется от нуля до 0,2 (или значение предела деградации емкости при нажатии кнопки «Пересчитать») в течение одного срока службы. При такой подгонке входные данные теоретически могут быть воспроизведены при моделировании. Если при моделировании батарея поддерживается при постоянной температуре, переменная деградации времени и температуры достигает 0,2 (или установленного вами предела снижения емкости) по истечении времени, указанного для этой температуры.Вы можете ввести данные в виде зависимости срока годности от температуры в годах в таблице на вкладке Температура и срок службы на странице Измененная кинетическая батарея в Библиотеке.

Цикл деградации

Вторая переменная деградации отслеживает усталость батареи от цикла. Взаимосвязь между циклами до отказа и глубиной разряда (DOD) описывается следующим уравнением:

1 / N =

н.э.

В приведенном выше уравнении N — количество циклов, D — глубина разряда (дробное число от 0 до 1), а A и β

— это подогнанные константы.Эти константы соответствуют данным, которые вы вводите в таблице циклов в зависимости от глубины разряда на вкладке «Срок службы цикла». Константа A масштабируется так, что переменная деградации изменяется от нуля до 0,2 (или любого другого предела снижения емкости, который вы устанавливаете при нажатии кнопки «Пересчитать») в течение жизненного цикла циклов. Подобно описанным выше срокам службы и температуре, входные данные воспроизводятся при моделировании; Если вы запускаете модель, в которой батарея заряжается и разряжается циклически в определенном DOD, батарея достигает конца срока службы при количестве циклов, указанном для DOD.

При моделировании алгоритм подсчета дождевого потока используется для преобразования временных рядов состояния заряда батареи в дискретные циклы, каждый с DOD. Используя приведенное выше уравнение, рассчитывается доля снижения срока службы для каждого цикла и суммируется для расчета общего ухудшения следующим образом:

Каждый цикл имеет глубину разгрузки Di. Суммирование выполняется по всем циклам, вычисленным с использованием метода подсчета дождевого потока, чтобы вычислить совокупную величину ухудшения переменной ухудшения срока службы.См. ASTM E1049-85 (2011) e1 и Manwell, McGowan et. al. 2005 г. за внедрение и обоснование алгоритма подсчета дождевого потока.

Примечание. Поскольку влияние температуры на емкость аккумулятора изменяет минимальное состояние заряда аккумулятора, чтобы изменить емкость аккумулятора, количество циклов зарядки / разрядки до истечения срока службы аккумулятора может незначительно отличаться от указанного значения. Например, для аккумулятора с минимальным уровнем заряда 20%, 1000 циклов до отказа при 80% DOD и емкостью, которая уменьшается при низких температурах, минимальное состояние заряда может возрасти до 25%, чтобы смоделировать уменьшенную емкость при более низком уровне разряда. температура.В этом случае батарея может прослужить более 1000 полных циклов.

Окончание срока службы

Батарея считается разряженной и немедленно заменяется «по окончании срока службы», как это определено календарным и циклическим ухудшением характеристик. Параметры этих двух моделей деградации определяют, как быстро батарея достигает конца срока службы. Кроме того, параметр «Рассчитать окончание срока службы по:» также влияет на расчет окончания срока службы. Если вы выбираете «Сумма календарного и циклического ухудшения качества», замена батареи происходит, когда сумма двух значений ухудшения качества достигает доли, указанной входом «Предел деградации».Если вы выберете «Календарная или циклическая деградация, в зависимости от того, что больше», батарея будет заменена, когда либо переменная деградации времени и температуры, либо переменная деградации цикла сравняются с пределом деградации (в зависимости от того, что произойдет раньше).

Расчет срока службы «Сумма календарного и циклического ухудшения» обычно дает более короткие срок службы и интервалы замены, чем вариант «Календарное или циклическое ухудшение, в зависимости от того, что больше». В модифицированной кинетической модели сумма двух значений деградации соответствует относительному увеличению последовательного сопротивления, в то время как большее из циклических или календарных значений деградации отражает смоделированное снижение емкости батареи.Таким образом, мы также можем сказать, что для первого варианта срок службы батареи истекает, когда последовательное сопротивление увеличивается на предел деградации (то есть на 20%). Для второго варианта срок службы батареи истекает, когда емкость батареи уменьшается до предела деградации. Лучший вариант зависит от конкретной моделируемой батареи и приложения.

Предел снижения емкости устанавливает процент снижения производительности, при котором батарея заменяется. Существует два контекста, в которых вы можете установить предел деградации емкости: в библиотеке, когда вы создаете новую батарею с моделью модифицированной кинетической батареи, и в представлении дизайна входных данных, специфичных для сайта, когда вы создаете модель HOMER.

Когда вы вводите данные и рассчитываете параметры на вкладках «Температура в зависимости от срока службы» и «Срок службы», HOMER учитывает предел снижения производительности, установленный вами на вкладке «По умолчанию» при вычислении установленных констант. Это приводит к репликации данных, которые вы вводите при моделировании, когда используется предел снижения емкости по умолчанию. Если вы измените предел деградации емкости на вкладке «По умолчанию», вы, возможно, захотите вернуться на вкладки «Срок службы цикла» и «Срок службы в зависимости от температуры» и «Пересчитать».

Если вы измените предел снижения емкости в разделе «Дизайн», эффект будет таким, как вы и ожидали. Увеличение предела снижения емкости увеличивает время между заменами батарей. Вы можете установить чувствительность для этой переменной, чтобы сравнить компромиссы между более ранней заменой компонента хранилища и его более длительным хранением с ухудшенной производительностью.

См. Также

Как HOMER рассчитывает максимальную мощность заряда аккумулятора

Как HOMER рассчитывает максимальную мощность разряда батареи

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *