Как увеличить теплоотдачу батарей отопления: Как эффективно увеличить теплоотдачу батареи центрального отопления? — Концессии и государственно-частное партнерство в ЖКХ

Содержание

Как эффективно увеличить теплоотдачу батареи центрального отопления?

Централизованная система отопления предполагает подогрев теплоносителя в котельной и дальнейшее его распределение в жилые помещения с помощью системы труб и радиаторов. Чтобы нагрев был максимально эффективным и равномерным, необходимо подобрать правильные радиаторы, а также принять дополнительные меры для увеличения теплоотдачи.

В долгосрочной перспективе знание того, как увеличить теплоотдачу батареи центрального отопления, поможет собственнику добиться максимального комфортного и плавного обогрева своего жилища, и навсегда решить проблему холода в квартире при включенной системе отопления.

От чего зависит уровень теплоотдачи батареи отопления?

Чтобы понять принцип действия различных методов увеличения теплоотдачи, необходимо ознакомиться с переменными, влияющими на КПД батареи для отопления для центрального отопления, расположенной в квартире.

В общем понимании уровень теплоотдачи радиатора зависит от следующих факторов:

материала, из которого он изготовлен;

количества секций, влияющих на площадь теплоотдачи;
типа обвязки радиатора трубопроводом;
скорости циркуляции теплоносителя;
уровня нагрева воды.

Также есть косвенные факторы, из-за которых на полную мощность не работает батарея отопления, подключенная к контуру, это:

образование воздушных пробок;
засорение радиаторов изнутри припоем, налетом или накипью;
использование декоративных коробов;
нанесения множества слоев краски на батарею;
наружное загрязнение радиатора пылью.

Улучшение конвекции воздуха

Среди самых простых методов, которые помогут понять, как увеличить теплоотдачу трубы отопления своими руками, является использование законов конвекции. Зачастую, в квартирах батареи заставлены предметами мебели, защищены декоративными коробами или скрыты за тяжелыми гардинами. Все эти элементы препятствуют циркуляции воздуха и в комнате довольно сложно добиться комфортных температурных условий, даже если отопление центральное работает на полную мощность.

Чтобы оптимизировать скорость воздушных потоков, необходимо максимально высвободить пространство вокруг радиатора.

Не встречая препятствий на своем пути, разогретый батареей воздух будет свободно перемещаться по комнате и обеспечит максимальный уровень нагрева, предусмотренный мощностью радиатора.

Использование электрического вентилятора для улучшения конвекции

Собственники, коим хорошо знакомы физические законы, согласно которым в домах проектируется отопление канализация водоснабжение, понимают, что скорость циркуляции воздуха влияет на теплоотдачу батареи. Чем быстрее циркулирует воздух в комнате, тем больше тепла он сможет забрать от радиатора за определенный период времени.

Чтобы улучшить естественную конвекцию, возле радиаторов могут быть установлены электрические вентиляторы. Отдавать предпочтение стоит бесшумным моделям, которые потребляет минимальное количество электроэнергии. Монтаж вентилятора стоит производить под определенным углом к батарее. Такой простой метод является довольно эффективным. Он способен поднять температуру в комнате на несколько градусов.

Обустройство отражающего экрана

В виде инструмента для увеличения теплоотдачи может использоваться фольга для батарей отопления, которая поможет направить поток тепловой энергии в помещение. От радиаторов, не оборудованных отражающим экраном, тепло расходиться во все стороны, в том числе отдается холодным наружным стенам. Экран помогает сфокусировать направление теплового потока и повысить температуру в комнате.

Конструкция экрана отличается простотой и доступностью. Он должен обладать большей площадью, нежели площадь радиаторов, и устанавливаться на чистую стену за батареей. Вместо фольги можно использовать фольгоизолон – специальный материал, который с одной стороны имеет вспененную основу, а с другой покрыт светоотражающей фольгой. Монтировать экран на стене нужно с помощью любого качественного строительного клея.

Продувка радиаторов

При сложных условиях работы батарея центрального отопления может со временем засориться или завоздушиться. Такие изменения сопровождаются плохой циркуляцией теплоносителя и появлением холодных секций. Устранить воздушные пробки и засоры поможет продувка батарей отопления – быстрый и экономичный способ увеличения теплоотдачи.

Существует несколько методов продувки, подразумевающих использование различных типов оборудования:

гидравлическая продувка;
прочистка при помощи химических растворов или кальцинированной соды;
пневмогидроимпульсивная промывка;
индивидуальная прочистка.

Использование одного или нескольких методов продувки радиаторов позволит добиться повышения эффективности работы радиаторов и позволит забыть про холод и дискомфорт в квартире.

Стоит помнить, что система центрального отопления – это сложная сеть радиаторов и трубопроводов.

Поэтому некоторые виды продувки батарей целесообразно выполнять вместе с соседями, ведь в противном случае прочищенные секции вновь снизят теплоотдачу через несколько недель эксплуатации. Более подробно о методах промывки системы отопления можно прочитать здесь.

Следуя простым и доступным рекомендациям, можно увеличить теплоотдачу радиатора любого типа и получить возможность извлекать максимальную выгоду от использования центральной системы отопления. Комплексное использование методов является наиболее рациональным решением проблемы плохой теплоотдачи и поможет собственнику добиться эффективной работы отопительных приборов в своем жилище.

Как увеличить кпд батареи отопления: варианты эффективного увеличения показателя

Основная задача любого вида батарей отопления – максимально возможный обогрев помещения. Параметром, определяющим, насколько прибор соответствует поставленным задачам, является их теплоотдача. Но не только это может повлиять на часто возникающую проблему, которая заключается в том, как увеличить кпд батареи отопления. Справиться с потерями тепла можно достаточно простыми средствами, но перед этим необходимо выяснить, что может повлиять на процесс передачи тепла в окружающее пространство. Рассмотрим основные факторы, влияющие на кпд отопительных приборов:

Модель радиатора, количество секций и размер самой батареи;
Тип подключения радиатора к сети теплоснабжения;
Размещение батареи отопления в помещении;
Материал, из которого изготовлена батарея.

Все эти факторы являются основополагающими в эффективности обогрева помещения с помощью радиаторов. Однако, указанный изготовителем кпд радиаторов отопления можно изменить в лучшую сторону, если использовать несколько хитростей при их выборе и установке. Для этого в первую очередь необходимо разобраться в том, что такое коэффициент полезного действия батарей отопления, как его рассчитать и какие показатели могут на него повлиять. (См. также: Схема водяного отопления частного дома)

Что такое кпд и как его рассчитать

Теплоотдача приборов отопления, к которым относятся батареи или радиаторы, складывается из количественного показателя тепла, которое передано батареей за определённый промежуток времени и измеряется в Ваттах. Процесс теплоотдачи батареями проходит в результате процессов, которые известны как конвекция, излучение и теплообмен. Любой радиатор использует эти три вида теплообмена. В процентном соотношении эти виды передачи тепла могут варьироваться у различных типов батарей.

Каким будет кпд обогревателей, в подавляющем большинстве случаев зависит от материала, из которого они изготовлены. Рассмотрим, какими преимуществами и недостатками обладают радиаторы, изготовленные из разных видов материала.

Чугун обладает сравнительно низкой теплопроводностью, поэтому батареи из этого материала не являются лучшим вариантом. К тому же небольшая поверхность этих приборов отопления значительно снижает теплоотдачу и происходит за счёт излучения. В обычных условиях квартиры мощность батареи из чугуна составляет не более 60 Вт.

(См. также: Какой лучше выбрать радиатор отопления)

Сталь несколько выше чугунных. Более активная теплоотдача происходит из-за наличия дополнительных рёбер, которые увеличивают площадь излучения тепла. Теплоотдача происходит в результате конвекции, мощность составляет примерно 100 Вт.
Алюминий обладает наибольшей из всех предыдущих вариантов теплопроводностью, мощность их составляет около 200 Вт.

Кроме того, для наиболее эффективного обогрева необходимо учесть, какая мощность может потребоваться. При расчёте необходимой для помещения мощности обогревательных приборов используется количество стен, выходящих на улицу и окон. На каждые 10 м2 пола при наличии 1 наружной стены и окна требуется около 1 Квт тепловой мощности батареи. Если наружных стен 2, то требуемая мощность составляет уже 1,3 кВт. (См. также: Печи с водяным отоплением)

Немаловажную роль в увеличении кпд батарей отопления играет способ подключения, который должен соответствовать типу батареи и материалу, из которого она изготовлена. Прямое одностороннее подключение имеет самые высокие показатели по эффективности теплоотдачи и самые низкие по потере тепла. Диагональное подключение используется в случае наличия большого количества секций и существенно снижает возможные потери тепла.

Нижнее подключение используется в том случае, если теплопроводные трубы скрыты под стяжкой пола и не исключает потерю тепла в количестве до 10% от исходного значения. Наименее эффективным считается однотрубное подключение, так как потеря мощности обогревательного прибора при этом способе может достигать 45%.

5 способов увеличения кпд отопительной системы

Существует несколько простых способов, как повысить кпд батареи отопления без особых материальных и трудовых затрат. Рассмотрим их подробно. (См. также: Автономные системы отопления)

Поддержание поверхности отопительных приборов в чистоте.

Каким бы невероятным не казалось это утверждение, но даже тонкий слой пыли на радиаторах ведёт к понижению теплоотдачи. Например, кпд алюминиевых радиаторов, загрязнённых слоем пыли, может понизиться на 20–25%. Кроме того, в регулярной очистке нуждается и внутренняя часть батареи. С первой проблемой можно справиться самостоятельно путём обычной влажной уборки, а вот для второго придётся обратиться к квалифицированному специалисту. Сантехники имеют на вооружении знания и навыки, которые помогут в короткие сроки очистить радиатор от накипи и других загрязнений, скопившихся в процессе эксплуатации.

Окрашивание радиаторов соответствующей их назначению краской.

Во-первых, для окрашивания необходимо подбирать краску тёмных расцветок. Благодаря этому удастся добиться не только хорошего нагрева батарей, но и значительного повышения теплоотдачи. Во-вторых, необходимо выбрать для окрашивания подходящую краску. В качестве покрытия для чугунных радиаторов отопления лучше использовать известные всем эмали, а для алюминиевых и стальных батарей больше подойдут акриловые, алкидные и акрилатные эмали.

Почему вопрос с покраской стоит так, а не иначе, можно объяснить достаточно просто: чугунные радиаторы достаточно легко поддаются окраске любыми видами эмали ввиду своего строения. Тонкие пластины алюминиевых радиаторов могут быть забиты слишком толстым слоем краски. В заводских условиях радиаторы с тонким корпусом и множеством пластин окрашивают порошковыми красками, которые не представляют угрозы для качественных характеристик радиатора и не изменяют вид его теплоотдачи. Окраска батареи в тёмный цвет позволяет повысить кпд отопительных элементов до 15% от обычного значения. (См. также: Сравнение систем отопления)

Использование отражающих экранов.

Тепло, которое излучает батарея, распространяется во все стороны. Поэтому как минимум половина полезного теплового излучения уходит в стену, расположенную за приборами отопления. Уменьшить напрасные потери тепла можно, расположив за радиатором экран, например, из обычной фольги или готовый, купленный в магазине. При использовании даже самодельного экрана из тонкого металлического листа не только прекращается нагрев стены, но и создаётся дополнительный источник тепла, так как, нагреваясь, экран сам начинает отдавать тепло в помещение. При использовании отражающего экрана, кпд чугунных батарей, да и многих других, можно повысить до 10–15%.

Увеличение площади поверхности батарей.

Между площадью поверхности, которая излучает тепло, и количеством этого тепла есть самая прямая зависимость. Для увеличения теплоотдачи радиаторов можно использовать дополнительный кожух. Материал, из которого он будет изготовлен, необходимо тщательно выдирать. Например, наибольшей теплоотдачей обладают кожухи из алюминия. Их используют в качестве дополнения к чугунным радиаторам. При частых перебоях в работе отопительных систем стоит подумать о приобретении стальных кожухов, которые очень долго сохраняют полученное от радиаторов тепло. Соответственно, этот тип кожухов для батарей отдаёт тепло в окружающее пространство намного дольше других.

Создать дополнительные потоки воздуха в помещении.

Если направить на приборы отопления поток воздуха, например, с помощью обычного бытового вентилятора, то нагрев воздуха в помещении будет происходить значительно быстрее. При этом стоит учитывать, что направление воздушного потока должно быть вертикальным и направленным снизу вверх. При таком способе повышение кпд радиаторов может достигать 5–10%.

Используя даже один способ улучшения теплоотдачи батарей, можно значительно повысить температуру в помещении и снизить затраты на дополнительный обогрев. Перед тем, как вы приступите к улучшению характеристик радиаторов, убедитесь в правильности их подключения к теплосети и в том, что регуляторы подачи тепла на приборах последнего поколения установлены на необходимое значение. Кроме того, при постоянной проблеме с теплоснабжением, нужно уделить внимание теплоизоляции стен и окон, через которые обычно и уходит тепло. Утеплять нужно не только наружные стены, но и те, которые выходят на лестничную клетку.

💯 Повышение теплоотдачи батарей: развенчиваем мифы

Пришли холода, включили отопление, а дома всё равно холодно? Знакомая многим ситуация. Первое, что приходит на ум – как заставить работать батареи на 100%? В сегодняшнем обзоре мы решили разобрать, какие из способов, которые можно найти в сети, действительно способствуют повышению теплоотдачи радиаторов, а какие являются вымыслом с научной и практической точки зрения. А поможет нам в этом специально приглашённый специалист.

Вот такую картину можно иногда наблюдать при проверке радиатора тепловизором

Читайте в статье

Уменьшение теплопотерь

К сведению! Сразу оговоримся, что данный пункт относится к проблеме в целом, а не к радиаторам конкретно.

Начнём мы наш анализ с банальной вещи – снижение теплопотерь. Для большинства не секрет, что на различного рода ограждения приходится до 60% тепловых потерь. Посмотрите на калькулятор ниже.

Давайте оставим параметры по умолчанию, но попробуем «поиграться» с характеристиками стены, пола, потолка и проёмов. Сравним идеальный случай, когда внешние стены утеплены, сверху и снизу находится отапливаемое помещение, имеется одно окно с двухкамерным стеклопакетом. В этом случае понадобится всего 1,2 кВт на отопление такого помещения. А теперь посмотрим случай, когда стены не утеплены, сверху и снизу неотапливаемые помещения, а окно обычное деревянное. В этом случае понадобится аж 4,69 кВт! Значительная разница, не правда ли?

Примерные величины теплопотерь через ограждающие конструкции

Именно поэтому первым-наперво необходимо обеспечить уменьшение теплопотерь всеми доступными способами, после чего переходить непосредственно к радиаторам.

Комментарий

Сергей Харитонов

Ведущий инженер по отоплению, вентиляции и кондиционированию воздуха ООО «ГК «Спецстрой»

Задать вопрос

«В идеальном случае такие вещи предусматриваются ещё на этапе строительства дома или ремонта квартиры. В обязательном порядке должен быть выполнен теплотехнический расчёт всех помещений и подобрано оптимальное оборудование. В других случаях рекомендую произвести замену окон на современные стеклопакеты и выполнить качественное утепление помещения.»

Вывод: эффективно на 100%.

Использование экранов-отражателей за радиатором

Пожалуй, самый часто обсуждаемый и противоречивый способ. Из аргументов против чаще всего приводится:

сдвиг точки росы или изотермы внутрь помещения;
охлаждение стены за радиатором и, как следствие, уменьшение температуры в самом помещении;

Давайте попробуем разобраться.

Принцип работы экрана-отражателя

Сдвиг точки росы

Тут нужно понимать, что площадь экрана за радиатором значительно ниже площади стены. Именно поэтому оказать хоть сколько-таки сильное влияние на смещение точки росы экран просто не в состоянии. На неё оказывают влияние слишком много параметров. Это и коэффициент теплопроводности ограждающей конструкции (на простом языке – материал стены), и вид утеплителя, и способ его монтажа, и влажность снаружи/внутри и т. д.

Изменение точки росы в зависимости от способа утепления

Охлаждение стены за радиатором

Очень сомнительный довод, прямо вытекающий из пункта выше. Участок стены за радиатором слишком небольшой, чтобы его нагрев/охлаждение оказал сильное влияние на общую температуру в помещении.

Так что же тогда? Эффективен ли экран за батареей? В большинстве случаев он всего лишь препятствует расходу тепла на обогрев стены за прибором. Это тепло может быть расходовано более эффективно, но и тут возникает проблема – как его распределить? Если радиатор установлен в нише, да ещё и завешан шторами, то пользы от экрана не будет никакой.

Комментарий

Сергей Харитонов

Ведущий инженер по отоплению, вентиляции и кондиционированию воздуха ООО «ГК «Спецстрой»

Задать вопрос

«Самый главный эффект от подобного экрана – это сохранение максимально возможного количества тепла в помещении. А вот как вы распределите это сохранённое тепло – уже совсем другая задача.»

Вывод: эффективно, но требует идеальных условий эксплуатации.

Улучшение циркуляции воздуха

Как многие знают, в основе работы радиатора заложены процессы конвекции и излучения. Конвекция основана на простом законе физики: тёплый воздух имеет меньшую плотность и поднимается вверх. Теплообмен излучением осуществляется посредством электромагнитных волн в инфракрасном диапазоне. Соотношение этих двух видов теплообмена будет очень сильно зависеть от вида источника тепла. Но для простоты пояснения скажем, что в обычном водяном радиаторе преобладает конвекция.

Процессы теплообмена в водяном радиаторе

То есть теоретически, установив за радиатором средства принудительной циркуляции, можно добиться лучшего смешения конвективных потоков в помещении, тем самым используя выделяемое батареей тепло более эффективно. В сочетании с предыдущим пунктом (экран-отражатель) радиатор будет работать более «качественно».

Многие домашние мастера приспосабливают для этих целей обычные компьютерные кулеры

Комментарий

Сергей Харитонов

Ведущий инженер по отоплению, вентиляции и кондиционированию воздуха ООО «ГК «Спецстрой»

Задать вопрос

«Данное действие имеет хоть сколько-таки значимый эффект при очень многих условиях. Система отопления дома должна работать исправно, температура теплоносителя должна быть приближена к проектным параметрам, радиаторы не должны быть заставлены мебелью, техникой и шторами и т.д. Кроме этого, стоит учитывать, что кулеры могут издавать значительный шум, да и выглядят подобные самоделки не слишком эстетично.»

Вывод: эффективно, но требует идеальных условий эксплуатации.

Окраска радиатора в тёмный цвет

Ещё одно мнение, которое блуждает в интернете, что покраска батареи в чёрный или коричневый цвет увеличивает теплообмен излучением. В большинстве случаев подобные суждения основаны на физическом понятии «абсолютно чёрного тела», которое сильнее всего поглощает и излучает. Всё это относится и к батарее отопления. Покрашенные светлой краской излучают меньше, чем покрашенные тёмной. Давайте прикинем, насколько.

Немного физики. По закону Стефана-Больцмана излучение абсолютно чёрного тела пропорционально абсолютной температуре в 4-й степени.

R (T) = σ × T⁴, где

σ = 5,67·10^-8 Вт/(м²К⁴) — постоянная Стефана-Больцмана.

Реальные тела относятся к «серым». Для реального «серого» нужно учитывать его излучательную способность ε. Батарея и сама поглощает ИК-излучение из комнаты, и в учебниках приводится соответствующая формула, в которую входят температуры как батареи, так и комнаты (в кельвинах в 4-й степени). Легко показать, что если нагреть батарею от 20°С на 40 градусов, то её излучение увеличится в 81 раз. Расчёт (приблизительный, конечно) показывает следующее. Пусть батарея площадью 1 кв. м покрашена коричневой масляной краской (для нее ε ≈ 0,8). Температура воды в ней пусть будет 70°С, а комнаты — 20°С. Тогда мощность ИК-излучения такой батареи будет 300 Вт. Не так уж мало! Ещё сильнее будет греть батарея, покрашенная чёрной матовой (не глянцевой!) краской. А если краска будет белой, мощность излучения будет ниже. Но эстетические соображения обычно берут верх, и батареи (открытые) обычно красят светлыми красками.

Чёрные радиаторы также свободно можно найти в продаже

Комментарий

Сергей Харитонов

Ведущий инженер по отоплению, вентиляции и кондиционированию воздуха ООО «ГК «Спецстрой»

Задать вопрос

«Физика прямо доказывает эффективность окраски радиатора в тёмные цвета, но всё это относится к идеальным условиям эксплуатации. Напомню, что в обычных водяных батареях преобладает конвективный теплообмен и на него цвет никак не влияет. Кроме этого, нужно быть уверенным в качестве работы всей системы отопления. Если вам в радиатор приходит 30°С, то крась не крась, толку не будет. Ну и не стоит забывать про эстетическую составляющую. Готовы ли вы каждый день созерцать чёрные «гробы» ради нескольких десятков лишних ватт?»

Вывод: эффективно, но требует идеальных условий эксплуатации.

Изменение способа подключения радиатора

Знакома ли вам ситуация, когда половина батареи имеет высокую температуру, а половина холодная? Чаще всего в этом случае виноват способ подключения. Взгляните как работает прибор при одностороннем подключении радиатора с подачей теплоносителя сверху.

Обратите внимание, насколько хуже работают дальние секции

Теперь взглянем на схему одностороннего подключения с подачей теплоносителя снизу.

Видим тот же самый эффект

А вот двухстороннее подключение с подачей сверху и снизу.

Видим тот же самый эффектВидим тот же самый эффект

Если вы обнаружили у себя одну из представленных выше схем, то вам не повезло. Самым рациональным с точки зрения эффективности работы является диагональное подключение с подачей сверху.

Вся теплообменная площадь радиатора прогревается равномерно, радиатор работает на полную мощность

И как же быть в том случае, когда разводку труб менять не хочется или же невозможно? В этом случае мы можем посоветовать приобрести радиаторы, имеющие в своей конструкции некоторую хитрость. Эта специальная перегородка между первой и второй секцией, меняющая направление движения теплоносителя.

Специальная заглушка превращает нижнее двухстороннее подключение в нужное нам диагональное с верхней подводкойА этот вариант подходит для верхнего двухстороннего подключения

В случае одностороннего подключения показали свою эффективность специальные удлинители потока.

Принцип работы удлинителя потока

Существуют устройства и для оптимизации одностороннего нижнего подключения, но думаем общий принцип вам теперь стал ясен.

Комментарий

Сергей Харитонов

Ведущий инженер по отоплению, вентиляции и кондиционированию воздуха ООО «ГК «Спецстрой»

Задать вопрос

«Способ подключения является одним из самых эффективных способов повысить теплоотдачу батареи или, если точнее выразиться, заставить радиатор работать так, как он должен. По понятным причинам такие вещи лучше всего предусматривать на этапе проектирования отопительной системы, чтобы не ломать голову потом. Ведь любая переделка потребует отключения стояка, навыков слесаря или денежных затрат, а в некоторых случаях и согласования с ЖЭКом.»

Вывод: эффективно на 100%.

В заключение

Как мы уже успели убедиться, почти все способы в той или иной степени способствуют улучшению температурного режима. Какие-то обязательны к внедрению, какие-то дадут очень маленький эффект. Но ведь и море состоит из капель:) Если вы знаете ещё способы улучшения эффективности работы батарей, то милости просим в комментарии.

ПОНРАВИЛАСЬ СТАТЬЯ? Поддержите нас и поделитесь с друзьями

Как увеличить теплоотдачу радиатора?

Как повысить теплоотдачу батареи парового отопления без существенных затрат?

Описание простого эксперимента, доказывающего эффективность предложенного малозатратного способа повышения температуры воздуха в жилых помещениях, оборудованных системами центрального отопления.

В статье приведены экспериментальные данные и иллюстрации.

Самые интересные ролики на Youtube

Близкие темы.

Самодельный воздушный мембранный клапан (вентиль) для квартирной вентиляции.

Собери простой регулятор мощности за час.

Как отремонтировать мягкую кровлю, не вылезая на крышу?

Пролог.

В этом году у нас свирепствуют небывалые морозы. В отдельных районах республики температура воздуха падала до -24ºС, что для тёплой Молдовы является аномальным явлением. У меня в комнате не висит термометр, но я почувствовал, что рука, лежащая на столе, стала мёрзнуть, и мне пришлось подложить под неё кусок поролона.

Мы, в общем-то, как Амундсены, уже привыкли к прохладе, но вчера председатель нашего кондоминиума, собирая подписи под обращением к поставщику тепла, спросил, какая у нас температура воздуха в квартире. Вряд ли поставщик тепла повысит температуру теплоносителя, но возможно председатель хочет под предлогом предоставления некачественных услуг потребовать неустойку.

Как бы там ни было, но меня это событие сначала подтолкнуло к измерению температуры воздуха в квартире, а потом и к проведению этого эксперимента.

Конечно, сказать, что этот эксперимент был нечистым, это не сказать ничего. Слишком уж много переменных, которые могли отразиться на точности результата, начиная от направления ветра за бортом и кончая активностью компьютера, работающего в тестируемой комнате.

Но, самый важный параметр, который в другое время не позволил бы вообще провести этот эксперимент, это стабильность температуры теплоносителя.

Дело в том, что в более теплые периоды времени, температуру теплоносителя активно регулируют в течение суток, для экономии расхода энергии. Когда же на улице аномальная температура, то все задвижки открывают настежь.

Цель эксперимента.

Подтвердить или опровергнуть предположение, что принудительное охлаждение батареи парового отопления, даже при температуре теплоносителя 42ºС, может значительно повысить теплоотдачу системы в условиях обычной городской квартиры.

Датчик температуры.

Чтобы определить эффективность того или иного способа обдува батареи, было решено измерить разницу температур теплоносителя до и после батареи центрального отопления.

На самом деле, начал я с промера температуры батареи в разных точках, но полученные данные обработать так и не удалось.

Для этого было изготовлено два одинаковых датчика температуры на основе полупроводниковых терморезисторов КМТ-17.

А вот так датчики были закреплены на трубах парового отопления. Для улучшения контакта с трубой, терморезистор был смазан теплопроводной пастой КПТ-8.

Чтобы снизить погрешность измерений, вносимых потоками воздуха, датчики пришлось дополнительно изолировать поролоновой лентой.

Выбор оптимального положения вентилятора.

Замеры температуры теплоносителя были произведены при разных положениях вентилятора относительно батареи. Мощность вентилятора, при этом, не менялась.

На протяжении эксперимента, температура теплоносителя была 43ºС, воздуха в помещении 20ºС.

Во всех случаях, расстояние от центра лопастей до центра батареи было равно 70см.

Разность показаний между температурой теплоносителя на входе и на выходе указана в условных единицах, так как откалибровать термометр с такой высокой точностью было просто нечем. При этом за начало отсчёта принят 0 (ноль) условных единиц, при котором батарея охлаждалась естественным путём.

Поток воздуха направлен сверху вниз, а угол наклона вала вентилятора относительно горизонта 50º. При этом, разность температур на входе и выходе батареи – 11 Условных Единиц (далее УЕ).

Поток воздуха направлен сверху вниз, вентилятор работает в режиме «подхалим» (поворачивается из стороны в сторону). Разность температур – 8 УЕ.

При обдуве батареи сбоку, разница температур между входом и выходом – 13 УЕ.

При направлении потока воздуха в центр батареи, удалось получить самую высокую разность температур – 15 УЕ.

Если направить поток воздуха в центр батареи, но при этом включить режим «подхалим», то разность температур снизится до – 12 УЕ.

Выводы.

Наиболее выгодным, с точки зрения теплоотдачи, оказалось направление потока воздуха от пола в сторону плоскости батареи.

Экспериментальные данные.

Первый день эксперимента.

Все графики показывают изменение температуры с 8.00 утра до 24.00 ночи.

Температура теплоносителя 42ºС.

По графику видно, что более эффективно система работала, пока разность температур воздуха и батареи была велика. Когда разница уменьшилась, система стабилизировалась.

Температура воздуха в центре комнаты на высоте 65см от пола поднялась с 15ºС до 20ºС за 9 часов.

В дальнейшем температура поднялась ещё на 0,5ºС.

Потребляемая мощность вентилятора при этом составила 35,2 Ватта.

Когда, во время эксперимента, я вышел из своей комнаты в коридор, то сразу почувствовал разницу температур, ведь к тому времени я уже снял тёплые вещи.

Сходил в сарай и принёс оттуда ещё один вентилятор. Этот вентилятор не был оборудован переключателем мощности, поэтому я его подключил через самодельный симисторный регулятор, конструкция которого подробно описана здесь.

Что ж, жить стало лучше, жить стало веселей!

Второй день эксперимента.

Утром я снова промерил температуру теплоносителя, а также температуру воздуха в комнате. Все значения остались неизменными, в том числе и температура за бортом.

В течение дня никаких изменений температуры замечено не было.

Третий день эксперимента.

Температура теплоносителя повысилась на один градус и составила 43ºС.

Температура на улице снижалась и достигла -15ºС.

При этом температура в комнате выросла ещё на 0,5ºС и достигла 21,5ºС.

Четвёртый день эксперимента.

Температура теплоносителя всё ещё 43ºС.

Температур за на улице с утра -15ºС.

Температура в комнате утром составила 21,5ºС.

Так как за прошедшие сутки никаких существенных изменений температуры не отмечено, решил увеличить поток воздуха и в 10.00 установил второй вентилятор.

Через 10-15 минут температура воздуха возросла сразу на один градус, а потом и ещё на полградуса и достигла 23ºС.

Гулять так гулять, подумал я, и в 19.00 включил оба вентилятора на полную мощность. Температура за два часа возросла ещё на один градус и достигла 24ºС.

Результаты и выводы.

Мне удалось повысить температуру воздуха в комнате на целых 6ºС, а в экстремальном режиме работы вентиляторов даже на 9ºС, что подтвердило предположение о том, что повысить теплоотдачу батареи центрального отопления можно, даже при такой низкой температуре теплоносителя.

При использовании обычного бытового вентилятора без регулятора оборотов, в комнате становится слишком шумно. Однако если использовать накопленное комнатой тепло, то, например, в спальне можно на ночь отключать вентилятор, а в столовой, наоборот, включать. Тогда, можно использовать вентилятор на полной мощности.

Если находиться в той части комнаты, где наиболее ощутимо движение воздуха, генерируемого вентилятором, то создаётся ложное ощущения снижения температуры.

Те, кто опасается, что вентилятор много «намотает», могут посчитать месячное потребление энергии.
35(Ватт) * 24(часа) * 30(дней) ≈ 25(кВт*час)

Мелкие подробности.

Чтобы быстрее и точнее замерить температуру батареи парового отопления, достаточно нанести на шарик датчика цифрового термометра небольшое количество теплопроводной пасты «КПТ-8». Место контакта на время измерения нужно прикрыть несколькими слоями ткани или слоем поролона.

Вышеописанный эксперимент заставил меня усомниться в точности моего цифрового термометра. Чтобы убедиться в правильности его показаний, я их сравнил с показаниями ртутного термометра. Для этого, погрузил оба термометра в горячую воду на одинаковую глубину и проследил за показаниями по мере остывания воды.

Продолжительная работа вентиляторов сразу выявила слабое место современных девайсов.

Если у вентилятора «Пингвин» 1973 года выпуска передний подшипник скольжения оборудован сальником (стрелкой отмечено отверстие для наполнения сальника маслом), что и позволило ему проработать уже почти 40 лет, то в современном вентиляторе такого сальника нет и в помине.

Кроме этого, у «Пингвина» есть пружина, предотвращающая возникновение продольных биений вала. Новый же вентилятор после двух суток работы начал тарахтеть, так как из-за продольного биения вала, вызванного эксцентриситетом пропеллера, быстро износилась одна из фторопластовых прокладок.

Для устранения продольного люфта, понадобилось несколько обычных и две тонкостенные шайбы, а также прокладка вырезанная из поролона.

Сначала я разобрал статор.

Потом надел тонкостенные шайбы и прокладку на вал двигателя, а остальными шайбами увеличил зазор между подшипниками.

Чтобы обеспечить сколь-нибудь продолжительную работу вентилятора, вырезал из войлока сальник, а из какой-то капроновой крышки заглушку сальника и запрессовал всё это в углубление вокруг вала. Естественно, масла тоже не пожалел.

Начал думать о покупке двух десятков компьютерных 120-ти миллиметровых вентиляторов. Думаю, если установить их прямо между секциями батарей, то при этом должен снизиться шум и повыситься эффективность теплоотдачи.

6 Февраль, 2012 (14:55) в Энергосбережение

Теплоотдачу батареи отопления в квартире можно повысить без помощи сантехников и ЖЭКа | Lifestyle

Фото: ShutterStock

Повысить теплоотдачу батарей отопления в квартире, при этом не потратив колоссальной суммы средств, можно как при помощи подручных материалов, так и после покупки недорогих теплоизолирующих средств. Научно доказано, что данные методы работают не менее эффективно, чем те, на которые придется потратить уйму времени, вызывая сантехников, специалистов ЖЭКа и других рабочих.

Почему батареи отопления в квартире стали плохо прогревать помещение

Со временем батареи централизованного отопления становятся все более изношенными. В первую очередь, это происходит из-за коррозии и накипи, которая скапливается внутри труб и самих радиаторов.

Самостоятельно прочистить их практически невозможно, так как для этого нужно полностью остановить систему, и даже в летнее время спустить воду, что потребует привлечения специалистов.

Батареи отопления в квартире также могут давать низкую теплоотдачу из-за нестабильной работы котельной. Еще это может быть связано и с внутридомовыми коммуникациями, которые за долгое время пришли в негодность.

Тем не менее примерно на 25% увеличить теплоотдачу, а следовательно, и поднять температуру в квартире, можно собственными усилиями практически без дополнительных затрат.

Как увеличить теплоотдачу батареи отопления при помощи отражателя

Первый и самый простой, но довольно эффективный способ, который поможет сэкономить на обогреве квартиры в зимний период – это установка дополнительного светоотражающего элемента. При этом он способен отражать не просто свет, но и тепловые лучи.

Кроме того, существует ряд материалов для утепления стены квартиры, выходящей на улицу, на которой, собственно, и расположен радиатор. Речь идет о вспененном полиэтилене с фольгированным покрытием.

Его следует прикрепить к стене, на которой закреплена батарея. Как правило, это наружный блок, свидетельствующий о том, что часть тепла от радиатора уходит на обогрев улицы.

Данный способ поможет предотвратить «утечку» тепла, а также направит потоки теплого воздуха в квартиру, тем самым увеличив теплоотдачу.

Как повысить теплоотдачу радиаторов отопления с помощью дополнительных приспособлений

Как бы странно и непривычно это не звучало, но элементарный кожух из металла способен повысить комнатную температуру. Речь идет о жестком экране, который надевается на батарею отопления. Дело в том, что он способен увеличить площадь обогревательного элемента, тем самым направляя тепло в квартиру.

Многие умельцы также прибегают и к искусственной циркуляции воздуха. Проще говоря, теплые потоки при помощи вентилятора направляют именно в квартиру, тем самым предотвращая их задержку возле окна. Сделать такой можно из подручных средств, например, из компьютерного кулера для охлаждения элементов.

Как окраска батареи отопления влияет на теплоотдачу

Большое значение в теплоотдаче, в том числе и батарей отопления в квартирах, является их цвет. Не секрет, что темный оттенок способен отдать больше тепловой энергии. Несмотря на это, большинство комнатных обогревателей все же белого цвета.

Перекрасив батареи в коричневый или темно-серый цвет, также можно почти на четверть увеличить их эффективность в зимний период. Впрочем, для этих целей подойдут любые более темные оттенки, которые могут достаточно хорошо вписаться в интерьер комнаты.

Прочие способы увеличения теплоотдачи батареи отопления в квартире

Одним из распространенных, но более затратных способов увеличения теплоотдачи является замена радиатора отопления. Широко популярные ранее чугунные батареи постепенно уходят в прошлое, им на смену пришли радиаторы из биметалла. Тем не менее этот метод станет эффективным лишь в том случае, когда проблема кроется именно в домашних коммуникациях, а не в работе котельной.

Эффективным окажется и монтаж кранов на входе и выходе радиатора. Это поможет периодически самостоятельно промывать их, а также в случае необходимости устранить эффект воздушной пробки, который также нередко становится причиной крайне низкой теплоотдачи батарей отопления в многоквартирных домах.

Комментировать

Как увеличить теплоотдачу радиаторов отопления?

Бывает такое, что хозяин дома или квартиры сталкиваемся с тем, что батареи не достаточно прогревают помещения в жилище. И основная проблема в том, что выявляется эта неприятная проблема с началом отопительного сезона, а именно с наступлением холодов. Затевать замену батарей зимой, либо терпеть и ждать прихода тепла – явно не самый удачный выход. Как хорошо, что сегодня существуют действенные способы решить эту непростую задачку, или, по крайней мере, как-то смягчить ее последствия. Способы увеличения теплоотдачи могут носить как чисто технический характер, так и оказаться просто хитростью на бытовом уровне. В любом случае, статья для вас может оказаться полезной.

Что же делать, если радиатор перестает греть должным образом?

Пересмотреть количество секций

Первое, на чем стоит заострить внимание, это количество секций радиатора в вашей комнате. Возможно, их просто недостаточно. В этом случае, верным выходом послужит выбор хороших радиаторов отопления или добавление нужного количества секций к существующим батареям. А расчет можно произвести следующим способом:

20х100/200 =10 где,

20 – площадь данного помещения в кв. м,

100 Вт – тепловая мощность на один кв. м,

200 Вт – примерная мощность секции радиатора (этот показатель можно уточнить в паспорте),

10 – расчетное количество секций в радиаторе.

Обнаружение воздушной пробки

Можно проверить степень прогрева всей площади батареи. В нормальном состоянии она должна быть равномерной. Степень нагрева легко определяется на ощупь. Если же в одном месте температура нормальная, а в другом она явно занижена, тогда, вероятно, нормальному прогреву препятствует воздушная пробка.

Ещё одним признаком воздушной пробки может служить бурлящий звук, исходящий изнутри радиатора. Эта проблема решается путем спуска воздуха из крана Маевского. Процедура достаточно проста и занимает мало времени. Расположен кран в верней части батареи. Достаточно будет с помощью плоской отвертки немного приоткрыть его против часовой стрелки, и дождаться выхода воздуха. Он сопровождается характерным шипением. После этой процедуры может начать поступать вода, и тогда кран можно снова закрыть. При этом не забудьте подставить любую подходящую ёмкость для слива воды.

В случае, если вы решили не рисковать сами или кран Маевского на радиаторе попросту отсутствует – обратитесь к специалисту, который поможет вам исправить ситуацию с воздушной пробкой.

Способы увеличения теплоотдачи

Подступать и исходить от радиатора воздух должен беспрепятственно. Не стоит ничего нагромождать ни на него, ни вокруг прибора. В качестве дополнительного стимулятора для этой самой циркуляции воздуха, может послужить простой вентилятор, который устанавливается в непосредственной близости, и направляется снизу вверх вдоль секций.

Помните, что стена, расположенная за радиатором, тоже забирает часть тепла. Как правило, это стена наружная, за исключением того, если за ней находится утепленный балкон или лоджия. В этом случае рекомендуется, непосредственно за радиатором, приклеить на стену теплоизолятор с фольгой. Один только этот способ поможет уже прибавить к температуре несколько градусов, что немаловажно.

Приклеивается теплоизолятор таким образом, чтобы фольга была обращена в сторону батареи. К слову, зазор между ними должен быть не менее двух-трех сантиметров. Это поможет свободной циркуляции воздуха. Нужно помнить, что с экраном или без него, этот зазор должен сохраняться всегда. Если же он меньше, то это обязательно нужно исправить.

Следуя этим простым и хитрым приёмам, необходимость замены радиаторов может отпасть сама собой, так как вы увеличите теплообмен самого прибора и, как следствие, температура в помещении станет выше на несколько градусов. Но если случится такое, что этих нескольких градусов будет серьезно не хватать, тогда уже есть повод задуматься о полной замене батарей, а может быть и об оснащении наружной теплоизоляции.

Новая жизнь старых батарей. Как увеличить энергоэффективность батарей без замены?

Вентилятор, экран из фольги и коричневая краска: простые трюки, которые помогут батареи охотнее делиться с вами теплом.

Не хочется тратиться на замену старых батарей – можно улучшить их энергоэффективность. Как заставить радиаторы отдавать на 20% тепла больше, а температуру в комнате повысить на 3-5 градусов?

Очистите батарею. Пыль, грязь и краска снижают теплоотдачу батареи. Отсчистите ее и покрасите батарею заново. Проложите краску двумя слоями. Доказано, что лучший цвет, который повышает теплоотдачу на 8-10% – это коричневый. Хотя эстетически он понравится не всем.

Промойте “внутренности”. Проверьте, все ли секции греют одинаково. Если нет – батарею нужно снять и прочистить изнутри. Скорее всего, там скопилась грязь, и горячая вода не может нормально циркулировать.

“Оденьте” батарею. На радиатор можно надеть дополнительный кожух, который увеличивает площадь теплообмена. Его площадь больше, чем радиатора. Лучше выбирайте алюминиевый кожух: он имеет высокую теплопроводность.

Распределите тепло в доме. Поставьте возле батареи вентилятор. Он поможет быстро “разносить” тепло по комнате. Так воздух не будет остывать возле радиатора, а равномерно распределится. Вентилятор должен создавать обдув вдоль радиатора. Вы увеличите температуру в комнате на 3-5 градусов.

Проложите экран.

Значительная часть тепла впитывается в холодную стену за батарей. Не дайте ей забирать ваше тепло. Установите на стене экран. Лучший вариант – изолон, пенофол. Одна сторона – фольгированная, вторая имеет самоклеющуюся основу.

Можете просто наклеить фольгу на ДСП и закрепить ее за батареей. Экран способен повысить теплоотдачу батареи на 20%. При этом затраты на отопления помещения снижаются на 4%. Если расстояние между батареей и стеной не дает возможности установить экран, проложите хотя бы алюминиевую фольгу. А лучше – снимите батарею, выровняйте стену, а за на нее приклейте теплоизоляционный материал.

Не прячьте батареи. Не закрывайте их шторами. Если они длинные, почти 20% тела идет на обогрев окна, а не комнаты. Декоративные батареи забирают 20% тепла комнаты. А теплоотдача батарей, которые находится оконных нишах, на 10% ниже тех, что установлены у стен.

Выбрать теплоизоляционные материалы и радиаторы, а также сравнить цены удобно на Price.ua.

Решение проблем с нагревом батареи с помощью теплообмена

Аккумуляторные технологии являются неотъемлемой частью нашей жизни: от смартфонов до массивных электрохимических систем хранения энергии и от гибридных автомобилей до полностью электрических самолетов наша зависимость от аккумуляторов постоянно растет. Однако эта технология далека от совершенства, и оптимизация конструкции батареи, особенно с точки зрения управления температурой и теплопередачей, является сегодня ключевой задачей для инженеров и производителей.

Хотя литий-ионные батареи являются лучшими перезаряжаемыми батареями, доступными на сегодняшний день, они страдают двумя основными недостатками: (1) они разлагаются, хотя и медленно, и (2) они довольно чувствительны к нагреванию. В этой статье мы сосредоточимся на втором аспекте — более конкретно, мы рассмотрим использование численного моделирования для понимания управления температурой и теплопередачи в аккумуляторных технологиях. Хотя большая часть нижеследующего обсуждения касается аккумуляторных батарей, используемых в электромобилях, оно применимо к любой технологии, в которой используется литий-ионная технология.

На производительность и срок службы батареи, помимо прочего, влияют конструкция батареи, используемые материалы и рабочая температура. Для аккумуляторных блоков, используемых в электрических или гибридных транспортных средствах, рабочая температура (обычно в диапазоне 20 ° C — 35 ° C) имеет решающее значение для достижения максимальной эффективности. Работа при более низких температурах влияет на емкость, в то время как более высокие температуры снижают срок службы. Отчеты показывают, что пробег электромобилей может сократиться на 60% при температуре окружающей среды ниже –6 ° C и примерно на 50% при эксплуатации при 45 ° C.Еще один фактор, влияющий на срок службы аккумуляторных блоков, — это внутреннее распределение температуры. Разница более чем примерно на 5 ° C в элементе / модуле (многие из которых могут находиться внутри блока) снижает общий срок службы, а также емкость. На Рис.01 показано распределение температуры в стандартной аккумуляторной стойке.

Рис.01: Распределение температуры в стандартной аккумуляторной стойке. Температура указана в Кельвинах. (Источник: SimScale Public Projects)

Как показано, в нормальных условиях температура может находиться в диапазоне от 25 ° C до 35 ° C.Несомненно, тепловое поведение аккумуляторов в реальных условиях эксплуатации оказывает сильное влияние на их полезность во всех приложениях, поэтому поддержание эффективного и точного управления температурным режимом имеет первостепенное значение.

Обзор подхода на основе моделирования

Численное моделирование систем терморегулирования оказалось отличным способом разработки и улучшения конструкции батареи при значительно меньших затратах, чем при физических испытаниях.Хорошо продуманный и продуманный подход к моделированию может помочь точно предсказать тепловую физику внутри батареи и, следовательно, может выступать в качестве полезного инструмента на ранних этапах процесса проектирования.

Для оценки тепловых характеристик аккумуляторной батареи использовалось множество различных имитационных моделей — от простых моделей сосредоточенной емкости на одном конце спектра до полномасштабных трехмерных имитационных моделей на другом. Однако все эти модели построены с использованием одних и тех же основных частей фундаментального уравнения баланса энергии: (а) Каковы источники тепловыделения? б) Каковы геометрические и термические свойства аккумуляторных элементов? И, наконец, (c) Какой механизм охлаждения используется? В разных моделях эти компоненты учитываются с разной степенью точности, чтобы соответствовать желаемой точности и соображениям стоимости.

Тепло вырабатывается из двух источников:

Электрохимический режим, связанный с выделением тепла в результате химических реакций внутри батареи.
Джоулевое нагревание, также известное как омическое нагревание или тепло, генерируемое за счет электрического тока.

Оба эти источника необходимо рассматривать с помощью их собственных основных уравнений. Каждый из них зависит от свойств материала, местной температуры и, конечно же, от применяемой геометрии. Однако общепринятой практикой является использование экспериментально подтвержденных уравнений модели для обоих этих аспектов, чтобы значительно сэкономить на некоторых вычислениях, а также упростить структуру моделирования.

Геометрия аккумуляторных элементов и всего блока также может играть потенциально важную роль в характеристиках теплопередачи системы. Все более распространенным становится использование полных трехмерных геометрий (представленных в виде моделей САПР) в качестве исходных данных для анализа, а не относительно упрощенное двухмерное приближение. Свойства материалов различных компонентов получены из данных производителя или из других экспериментальных исследований.

Наконец, конвекция обычно является основным методом отвода тепла (излучение играет минимальную роль, если вообще играет) в окружающую среду.Теплопроводность внутри батареи может рассматриваться или не учитываться, в зависимости от желаемой точности моделирования.

Изучите три основных механизма теплопередачи в нашей мастерской термического анализа. Посмотрите наше тепловое моделирование прямо сейчас!

Собираем все вместе

Возможно, самый простой подход — это использование модели сосредоточенной емкости. Это метод переходной проводимости, который предполагает, что температура твердого тела пространственно однородна и является функцией только времени.Не вдаваясь в подробности, нетрудно заметить, что этим подходам недостает значительных деталей. Тем не менее, бывают случаи, когда эти модели, если их тщательно применять, могут предоставить довольно точные данные о переходных процессах при очень низких затратах.

С другой стороны, подробное тепловое моделирование (например, предоставленное SimScale) может обеспечить более целостный обзор задействованной термодинамики, учитывая поток жидкости и теплопередачу внутри аккумуляторного модуля или блока. Таким образом, можно разработать более совершенные системы охлаждения аккумуляторов.Это моделирование позволяет использовать точные спецификации свойств материала, геометрических деталей, а также начальных и граничных условий. Если все настроено эффективно, можно ожидать очень точных результатов. Методы CFD были с большим успехом применены к термическому анализу. Инструменты облачного моделирования позволяют значительно снизить общие вычислительные затраты, одновременно предоставляя подробные пространственные и переходные данные. Это может иметь неоценимое значение для установления фундаментально правильного понимания рассматриваемой теплофизики.

Моделирование конструкции батареи с помощью CFD

Пример успешного моделирования аккумуляторной батареи CFD можно найти в работе Yi, Koo & Shin в их статье «Трехмерное моделирование теплового поведения модуля литий-ионной аккумуляторной батареи для гибридных электромобилей», опубликованной в журнале « Энергии ». Модуль литий-ионной батареи был установлен, как показано на рис. 02.

Рис. 02: Установка CFD для аккумуляторного модуля LIB (Источник: J. Yi, B. Koo и CB Shin, «Трехмерное моделирование теплового поведения литий-ионного аккумуляторного модуля для гибридных электромобилей», Энергия, т.7, pp. 7586-7601 (2014)

Полученное распределение температуры внутри модуля после 1620 секунд разряда и теплопередачи показано на рис. 03.

Рис. 03: Распределение температуры ячеек LIB после 1620-х годов (Источник: Дж. Йи, Б. Ку и CB Шин, «Трехмерное моделирование теплового поведения модуля литий-ионной батареи для гибридных электромобилей», Энергия, Т. 7. С. 7586 — 7601 (2014)

Выводы

Мультифизический характер этой проблемы означает, что в каждом из этих подходов были внесены упрощения в несколько аспектов.Поэтому всегда есть возможности для улучшения. В приведенном ниже списке показаны лишь некоторые из этих сложных аспектов:

Более точное моделирование химического состава аккумулятора и циклов заряда / разряда;
Батареи, которые состоят из широкого спектра материалов, включая тонкие слои металлов (покрывающих элементы), пористые материалы и т. Д .;
Если в конструкции батареи используется несколько слоев из разных материалов, внутренний материал может быть анизотропным по своей природе;
Если свойства материала конструкции батареи, как правило, не очень хорошо известны, это может значительно повлиять на точность моделирования; и
Моделирование потока охлаждающей жидкости всегда является сложной задачей из-за сложной геометрии и возможной турбулентности жидкости.

Увеличение вычислительной мощности позволило исследователям точно и эффективно учитывать большее количество этих аспектов. Повышение нашей уверенности в предсказательной способности такого моделирования. Несмотря на остающиеся проблемы, численное моделирование внесло огромный вклад в разработку более совершенных систем терморегулирования при проектировании батарей и будет продолжать делать это в обозримом будущем!

Посетите все наши блоги SimScale здесь, чтобы найти больше полезных статей!

Управление температурным режимом батареи

Температурные эффекты

Пределы рабочих температур

Все батареи зависят от своего действия в электрохимическом процессе, будь то зарядка или разрядка, и мы знаем, что эти химические реакции в некотором роде зависят от температуры. Номинальная производительность батареи обычно указывается для рабочих температур где-то в диапазоне от + 20 ° C до + 30 ° C, однако фактическая производительность может существенно отличаться от этого, если батарея эксплуатируется при более высоких или более низких температурах. См. «Температурные характеристики» для получения типичных графиков производительности.

Закон Аррениуса говорит нам, что скорость, с которой протекает химическая реакция, увеличивается экспоненциально с повышением температуры (см. Срок службы батареи).Это позволяет получать больше мгновенной энергии от батареи при более высоких температурах. В то же время более высокие температуры улучшают подвижность электронов или ионов, уменьшая внутренний импеданс ячейки и увеличивая ее емкость.

В верхней части шкалы высокие температуры могут также вызвать нежелательные или необратимые химические реакции и / или потерю электролита, что может вызвать необратимое повреждение или полный выход батареи из строя. Это, в свою очередь, устанавливает верхний предел рабочей температуры для аккумулятора.

В нижней части шкалы электролит может замерзнуть, что приведет к ограничению низкотемпературных характеристик. Но значительно выше точки замерзания электролита производительность батареи начинает ухудшаться, поскольку скорость химической реакции снижается. Даже если батарея может работать при температурах до -20 ° C или -30 ° C, производительность при 0 ° C и ниже может быть серьезно снижена.

Обратите также внимание на то, что нижний рабочий предел температуры батареи может зависеть от ее состояния заряда.Например, в свинцово-кислотном аккумуляторе по мере разряда аккумулятора сернокислый электролит становится все более разбавленным водой, и его точка замерзания соответственно увеличивается.

Таким образом, аккумулятор необходимо поддерживать в ограниченном диапазоне рабочих температур, чтобы можно было оптимизировать как емкость заряда, так и срок службы. Поэтому для практической системы может потребоваться как нагрев, так и охлаждение, чтобы поддерживать ее не только в рабочих пределах, указанных производителем батареи, но и в более ограниченном диапазоне для достижения оптимальной производительности.

Управление температурным режимом заключается не только в соблюдении этих ограничений. Батарея подвержена нескольким одновременным внутренним и внешним тепловым воздействиям, которые необходимо контролировать.

Источники тепла и водоотводы

Электрический нагрев (Джоулев нагрев)

При работе любой батареи выделяется тепло из-за потерь I ² R, поскольку ток течет через внутреннее сопротивление батареи, независимо от того, заряжается она или разряжается.Это также известно как Джоулев нагрев. В случае разряда общая энергия в системе фиксирована, а повышение температуры будет ограничено доступной энергией. Однако это все еще может вызвать очень высокие локальные температуры даже в батареях с низким энергопотреблением. Во время зарядки такое автоматическое ограничение не применяется, поскольку нет ничего, что могло бы помешать пользователю продолжать перекачивать электроэнергию в аккумулятор после того, как он полностью зарядился. Это может быть очень рискованная ситуация.

Разработчики аккумуляторов стремятся поддерживать внутреннее сопротивление ячеек как можно более низким, чтобы минимизировать тепловые потери или тепловыделение внутри батареи, но даже с сопротивлением элементов всего 1 миллиОм нагрев может быть значительным.См. Примеры в разделе «Влияние внутреннего импеданса».

Термохимический нагрев и охлаждение

Помимо джоулева нагрева, химические реакции, протекающие в ячейках, могут быть экзотермическими, добавляясь к выделяемому теплу, или они могут быть эндотермическими, поглощая тепло в процессе химического воздействия. Поэтому перегрев с большей вероятностью будет проблемой при экзотермических реакциях, в которых химическая реакция усиливает тепло, выделяемое током, а не эндотермическими реакциями, когда химическое воздействие ему противодействует.В аккумуляторных батареях, поскольку химические реакции обратимы, химические вещества, являющиеся экзотермическими во время зарядки, будут эндотермическими во время разряда и наоборот. Так что от проблемы никуда не деться. В большинстве ситуаций Джоулев нагрев будет превышать эффект эндотермического охлаждения, поэтому меры предосторожности все же необходимо принимать.

Свинцово-кислотные аккумуляторы экзотермичны во время зарядки, а аккумуляторы VRLA склонны к тепловому разгоне (см. Ниже). NiMH-элементы также являются экзотермическими во время зарядки, и по мере приближения к полной зарядке температура элемента может резко повыситься.Следовательно, зарядные устройства для никель-металлгидридных элементов должны быть спроектированы так, чтобы определять это повышение температуры и отключать зарядное устройство, чтобы предотвратить повреждение элементов. Напротив, никелевые батареи с щелочными электролитами (NiCad) и литиевые батареи эндотермичны во время зарядки. Тем не менее, тепловой разгон все еще возможен во время зарядки этих аккумуляторов, если они подвержены перезарядке.

Термохимия литиевых элементов немного сложнее, в зависимости от степени внедрения ионов лития в кристаллическую решетку.Во время зарядки реакция сначала является эндотермической, а затем переходит в слегка экзотермическую в течение большей части цикла зарядки. Во время разряда реакция обратная, сначала экзотермическая, затем переходящая в слегка эндотермическую на протяжении большей части цикла разряда. Как и другие химические составы, эффект джоулевого нагрева больше, чем термохимический эффект, пока ячейки остаются в пределах своих проектных ограничений.

Внешнее тепловое воздействие

Тепловое состояние аккумулятора также зависит от окружающей среды. Если его температура выше температуры окружающей среды, он будет терять тепло из-за теплопроводности, конвекции и излучения. Если окружающая температура выше, аккумулятор будет нагреваться от окружающей среды. Когда температура окружающей среды очень высока, система терморегулирования должна работать очень усердно, чтобы поддерживать температуру под контролем. Одиночный элемент может очень хорошо работать при комнатной температуре сам по себе, но если он является частью аккумуляторной батареи, окруженной аналогичными элементами, все генерирующими тепло, даже если он несет одинаковую нагрузку, он может значительно превысить свои температурные пределы.

Температура — ускоритель

Конечным результатом термоэлектрических и термохимических эффектов, возможно, усиленных условиями окружающей среды, обычно является повышение температуры, и, как мы отметили выше, это вызывает экспоненциальное увеличение скорости протекания химической реакции. Мы также знаем, что при чрезмерном повышении температуры может произойти много неприятностей

Активные химические вещества расширяются, вызывая набухание клетки
Механическая деформация компонентов ячейки может привести к короткому замыканию или разрыву цепи
Могут происходить необратимые химические реакции, вызывающие необратимое снижение количества активных химикатов и, следовательно, емкости элемента
Продолжительная работа при высоких температурах может вызвать растрескивание пластиковых частей ячейки
Повышение температуры вызывает ускорение химической реакции, повышение температуры еще больше и может привести к тепловому разгоне
Газы могут выделяться
Давление внутри ячейки
Ячейка может разорваться или взорваться
Могут выделяться токсичные или легковоспламеняющиеся химические вещества
Судебные иски будут следовать

Тепловая мощность — конфликт

По иронии судьбы, поскольку инженеры по аккумуляторным батареям стремятся втиснуть все больше и больше энергии во все меньшие объемы, разработчику приложений становится все труднее получить ее снова.К сожалению, большая сила батарей, изготовленных по новой технологии, также является источником их наибольшей слабости.

Теплоемкость объекта определяет его способность поглощать тепло. Проще говоря, для заданного количества тепла, чем больше и тяжелее объект, тем меньше будет повышение температуры, вызванное теплом.

В течение многих лет свинцово-кислотные батареи были одними из немногих источников питания, доступных для приложений большой мощности.Из-за их большого размера и веса повышение температуры во время работы не было большой проблемой. Но в поисках меньших и легких батарей с большей мощностью и плотностью энергии неизбежным следствием является уменьшение тепловой емкости батареи. Это, в свою очередь, означает, что при заданной выходной мощности повышение температуры будет выше.

(Это предполагает аналогичный внутренний импеданс и аналогичные термохимические свойства, что не обязательно так.В результате отвод тепла является серьезной инженерной проблемой для батарей с высокой плотностью энергии, используемых в приложениях с высокой мощностью. Разработчики ячеек разработали инновационные методы строительства ячеек, чтобы отводить тепло от ячейки. Разработчики аккумуляторных батарей должны найти столь же инновационные решения, чтобы избавить аккумулятор от тепла.

Температурные характеристики аккумуляторов EV и HEV

Подобные конфликты возникают с батареями EV и HEV.Аккумулятор электромобиля большой, с хорошими возможностями рассеивания тепла за счет конвекции и теплопроводности и подвержен небольшому повышению температуры из-за своей высокой теплоемкости. С другой стороны, батарея HEV с меньшим количеством ячеек, но каждая из которых имеет более высокие токи, должна выдерживать ту же мощность, что и батарея EV, менее чем на одну десятую размера. Благодаря более низкой теплоемкости и более низким характеристикам рассеивания тепла это означает, что аккумулятор HEV будет подвергаться гораздо более высокому повышению температуры.

Принимая во внимание необходимость поддерживать работу элементов в допустимом температурном диапазоне (см. Срок службы в разделе «Отказы литиевой батареи»), аккумулятор электромобиля с большей вероятностью столкнется с проблемами, связанными с поддержанием его тепла на нижнем конце диапазона температур, в то время как аккумулятор HEV с большей вероятностью будет иметь проблемы с перегревом в условиях высокой температуры, даже если они оба рассеивают одинаковое количество тепла.

В случае электромобиля при очень низких температурах окружающей среды самонагрев (нагрев I ² R) за счет протекания тока во время работы, скорее всего, будет недостаточным для повышения температуры до желаемых рабочих уровней из-за большого размера батареи и для повышения температуры могут потребоваться внешние нагреватели. Это может быть обеспечено за счет отвода части емкости батареи на обогрев. С другой стороны, такое же тепловыделение I ² R в аккумуляторной батарее HEV, работающей в высокотемпературных средах, может привести к тепловому разгоне, и необходимо обеспечить принудительное охлаждение.

См. Также Технические характеристики EV, HEV и PHEV в разделе «Тяговые батареи»

Термический побег

Рабочая температура, достигаемая в батарее, является результатом увеличения температуры окружающей среды за счет тепла, выделяемого батареей. Если аккумулятор подвергается чрезмерному току, возникает возможность теплового разгона, что приводит к катастрофическому разрушению аккумулятора.Это происходит, когда скорость выделения тепла внутри батареи превышает ее способность рассеивания тепла. Это может произойти при нескольких условиях:

Первоначально тепловые потери I ² R зарядного тока, протекающего через элемент, нагревают электролит, но сопротивление электролита уменьшается с температурой, так что это, в свою очередь, приведет к более высокому току, вызывающему еще более высокую температуру, усиление реакции до достижения состояния выхода из-под контроля.
Во время зарядки зарядный ток вызывает экзотермическую химическую реакцию химических веществ в элементе, которая усиливает тепло, выделяемое зарядным током.
Или во время отвода тепла, возникающего в результате экзотермического химического воздействия, генерирующего ток, усиливает резистивный нагрев из-за протекания тока внутри элемента.
Слишком высокая температура окружающей среды.
Недостаточное охлаждение

Если не будут приняты некоторые защитные меры, последствия теплового разгона могут привести к расплавлению элемента или повышению давления, что приведет к взрыву или возгоранию, в зависимости от химического состава и конструкции элемента. См. Более подробную информацию в разделе «Неисправности литиевых батарей».

Система терморегулирования должна держать все эти факторы под контролем.

Примечание

Температурный разгон может произойти во время зарядки свинцово-кислотных аккумуляторов с регулируемым клапаном, когда выделение газа запрещено, а рекомбинация способствует повышению температуры. Это не относится к залитым свинцово-кислотным аккумуляторным батареям, поскольку электролит выкипает.

Контроль температуры

Обогрев

Относительно легко справиться с низкотемпературными условиями эксплуатации.В простейшем случае в батарее обычно достаточно энергии для питания самонагревательных элементов, которые постепенно доводят батарею до более эффективной рабочей температуры, когда нагреватели могут быть отключены. В некоторых случаях достаточно, чтобы аккумулятор не перезаряжался, когда он не используется. В более сложных случаях, например, с высокотемпературными батареями, такими как батарея Zebra, работающая при температурах, значительно превышающих нормальные температуры окружающей среды, может потребоваться некоторый внешний обогрев, чтобы довести батарею до рабочей температуры при запуске, и может потребоваться специальная теплоизоляция для поддержания температуру как можно дольше после выключения.

Охлаждение

Для маломощных батарей достаточно обычных схем защиты, чтобы поддерживать батарею в рекомендуемых пределах рабочих температур. Однако цепи большой мощности требуют особого внимания к управлению температурным режимом.

Проектные цели

Защита от перегрева —
В большинстве случаев это просто включает в себя мониторинг температуры и прерывание пути тока, если температура при достижении температурных пределов достигается с использованием обычных схем защиты.Хотя это предотвратит повреждение аккумулятора от перегрева, оно, тем не менее, может отключить аккумулятор до того, как будет достигнут предел допустимой нагрузки по току, что серьезно ограничит его производительность.
Рассеивание избыточного тепла —
Удаление тепла из батареи позволяет переносить более высокие токи до достижения температурных пределов. Тепло выходит из батареи за счет конвекции, теплопроводности и излучения, и задача разработчика блока состоит в том, чтобы максимизировать эти естественные потоки, поддерживая низкую температуру окружающей среды, путем обеспечения прочного, хорошего теплопроводящего пути от батареи (с использованием металлических охлаждающих стержней или пластин между ними). ячейки, если необходимо), максимально увеличив площадь его поверхности, обеспечив хороший естественный поток воздуха через или вокруг блока и установив его на проводящей поверхности.
Равномерное распределение тепла —

Даже несмотря на то, что тепловая конструкция батареи может быть более чем достаточной для рассеивания общего тепла, выделяемого батареей, внутри батареи все же могут быть локализованные горячие точки, которые могут превышать указанные температурные пределы. Это может быть проблемой для ячеек в середине многоячеечной упаковки, которая будет окружена теплыми или горячими ячейками по сравнению с внешними ячейками в упаковке, которые обращены к более прохладной среде.

Температурный градиент аккумулятора может серьезно повлиять на срок его службы. Закон Аррениуса указывает, что с увеличением температуры на каждые 10 ° C скорость химической реакции увеличивается примерно вдвое. Это создает несбалансированную нагрузку на элементы в батарее, а также усугубляет любой возрастной износ элементов. См. Также «Взаимодействие между ячейками и балансировка ячеек».

Разделение ячеек во избежание этой проблемы увеличивает объем упаковки.Для выявления потенциальных проблемных участков может потребоваться тепловидение.

Пассивное рассеяние можно еще больше улучшить, установив ячейки в блок из теплопроводящего материала, который действует как теплоотвод. Теплопередача от ячеек может быть максимизирована, если для этой цели используется материал с фазовым переходом (PCM), поскольку он также поглощает скрытую теплоту фазового перехода при переходе из твердого в жидкое состояние. Находясь в жидком состоянии, конвекция также вступает в игру, увеличивая потенциал теплового потока и выравнивая температуру в аккумуляторной батарее.Для этого применения доступны графитовые губчатые материалы с высокой проводимостью, пропитанные воском, который поглощает дополнительное тепло, когда температура достигает точки плавления.

Минимальная прибавка к весу —
Для приложений с очень большой мощностью, таких как тяговые батареи, используемые в электромобилях и HEV, естественного охлаждения может быть недостаточно для поддержания безопасной рабочей температуры, и может потребоваться принудительное охлаждение. Это должно быть последним средством, поскольку это усложняет конструкцию батареи, увеличивает ее вес и потребляет электроэнергию.Однако, если принудительное охлаждение неизбежно, первым выбором будет принудительное воздушное охлаждение с помощью вентилятора или вентиляторов. Это относительно просто и недорого, но теплоемкость теплоносителя, воздуха, который предназначен для отвода тепла, относительно мала, что ограничивает его эффективность. В худшем случае может потребоваться жидкостное охлаждение.
Для очень высоких скоростей охлаждения требуются рабочие жидкости с более высокой теплоемкостью. Вода обычно является первым выбором, поскольку она недорогая, но можно использовать и другие жидкости, такие как этиленгликоль (антифриз), которые имеют лучшую теплоемкость.Вес хладагента, насосы для его циркуляции, рубашки охлаждения вокруг ячеек, трубопроводы и коллекторы для транспортировки и распределения хладагента, а также радиатор или теплообменник для его охлаждения — все это значительно увеличивает общий вес, сложность и стоимость. батареи. Эти штрафы вполне могут перевесить выгоды, которые, как ожидается, будут достигнуты за счет использования химического состава батарей с высокой плотностью энергии.

Рекуперация тепла

В некоторых приложениях, например, в электромобилях, как указано выше, есть возможность использовать отработанное тепло для обогрева салона, и большинство автомобильных систем включают в себя некоторую форму интеграции управления температурным режимом аккумуляторной батареи с системами климат-контроля транспортного средства.Однако это полезно только в холодную погоду. В жарком климате высокая температура окружающей среды ложится дополнительным бременем на управление температурным режимом батареи.

Методики разогрева аккумуляторов при отрицательных температурах для автомобильных приложений: последние достижения и перспективы

https: // doi.org / 10.1016 / j.pecs.2019.100806Получить права и контент

Аннотация

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

ключевые слова

Литий-ионные батареи

Низкотемпературные

Электромобили

Система управления температурой

Стратегии предварительного нагрева

Сокращения

BEV

аккумуляторный электромобиль

BTMS

Системы управления температурой аккумулятора

CCD

Разряд постоянного тока

CHE

теплообменник охлаждающей жидкости

COP

коэффициент полезного действия

CPCM

композитный материал с фазовым переходом

CVD

разряд постоянного напряжения

DC / DC

постоянный ток в постоянный ток

ECT

электрохимико-термический

EEC

эквивалентная электрическая схема

EMS

управление энергопотреблением стратегия

HESS

гибридная система накопления энергии

HEV

гибридный электромобиль

HVAC

отопление, вентиляция и кондиционер

ICE

двигатель внутреннего сгорания

IGBT

биполярные транзисторы с изолированным затвором

SEI

твердоэлектролитный межфазный

MHPA

микротепловая трубка

PCM

материалы с фазовым переходом

PHEV

подключаемый гибридный электромобиль

PTC

положительный температурный коэффициент

RETC

пониженный электротермический соединенный

SAC

синусоидальный переменный ток

самонагревающийся литий-ионный аккумулятор SHLB

UDDS

График вождения городского динамометра

Рекомендуемые статьи Цитирующие статьи (0)

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

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

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

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

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

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

Теплопередача и терморегулирование аккумуляторов электромобилей с материалами с фазовым переходом

В данной статье исследуется пассивная система терморегулирования для аккумуляторов электромобилей, состоящая из инкапсулированных фазовых преобразователей. материал (PCM), который плавится в процессе поглощения тепла, выделяемого аккумулятором. Новая конфигурация теплового Система управления, использующая двойные серии оболочек PCM, анализируется с помощью моделирования конечных объемов. Комбинация вычислительных Гидродинамика (CFD) и анализ второго закона используются для оценки и сравнения новой системы с одиночными оболочками PCM.Используя метод конечных объемов, изучается теплопередача в аккумуляторной батарее, и результаты используются для анализа эксергии. убытки. Моделирование обеспечивает рекомендации по проектированию системы управления температурным режимом, чтобы минимизировать размер и стоимость системы. Теплопроводность и температура плавления изучаются как два важных параметра конфигурации оболочек. Выявлена невозможность теплопередачи от окружающей среды к оболочке из ПКМ в неизолированном корпусе. Для одной системы PCM, эксергетический КПД ниже 50%.Во втором случае для других комбинаций эффективность эксергии составляла 30–40%. Содержание второй оболочки не оказало существенного влияния на эксергетическую эффективность. Система двойной оболочки PCM показала более высокая эксергетическая эффективность, чем у системы с одной оболочкой PCM (кроме случая для типа PCM-1). Что касается ссылки окружающей среды, обнаружено, что во всех случаях эффективность эксергии уменьшалась, когда температура мертвого состояния повышалась, и содержание разрушенной эксергии постепенно увеличивается.Для систем с двойной оболочкой для всех температур мертвого состояния эффективность были очень похожи. За исключением температуры мертвого состояния 302K, с другими температурами, эксергетическая эффективность для различные комбинации составляют более 50%. Диапазон эксергетической эффективности широко варьируется от 15 до 85% для одной оболочки. системы и между 30–80% для систем с двойной оболочкой.

% PDF-1.7 % 312 0 объект > эндобдж xref 312 132 0000000016 00000 н. 0000004108 00000 п. 0000004377 00000 н. 0000004404 00000 н. 0000004458 00000 п. 0000004587 00000 н. 0000004664 00000 н. 0000004686 00000 н. 0000005120 00000 н. 0000005257 00000 н. 0000005394 00000 п. 0000005524 00000 н. 0000005661 00000 п. 0000005798 00000 н. 0000005935 00000 н. 0000006066 00000 н. 0000006197 00000 н. 0000006328 00000 н. 0000006486 00000 н. 0000006644 00000 н. 0000006803 00000 п. 0000006962 00000 н. 0000007158 00000 н. 0000007299 00000 н. 0000007434 00000 н. 0000007595 00000 н. 0000007675 00000 н. 0000007755 00000 н. 0000007834 00000 п. 0000007912 00000 н. 0000007990 00000 н. 0000008070 00000 н. 0000008151 00000 п. 0000008232 00000 н. 0000008313 00000 н. 0000008394 00000 н. 0000008475 00000 н. 0000008554 00000 н. 0000008634 00000 п. 0000008713 00000 н. 0000008793 00000 н. 0000008873 00000 н. 0000008951 00000 п. 0000009030 00000 н. 0000009108 00000 п. 0000009188 00000 п. 0000009267 00000 н. 0000009346 00000 п. 0000009424 00000 н. 0000009503 00000 н. 0000009581 00000 п. 0000009660 00000 н. 0000009738 00000 н. 0000009816 00000 н. 0000009893 00000 п. 0000009973 00000 н. 0000010054 00000 п. 0000010134 00000 п. 0000010214 00000 п. 0000010294 00000 п. 0000010374 00000 п. 0000010454 00000 п. 0000010535 00000 п. 0000010868 00000 п. 0000010946 00000 п. 0000021886 00000 п. 0000033619 00000 п. 0000044509 00000 п. 0000056293 00000 п. 0000068548 00000 п. 0000080178 00000 п. 0000080562 00000 п. 0000081056 00000 п. 0000081478 00000 п. 0000081780 00000 п. 0000082186 00000 п. 0000082364 00000 п. 0000083052 00000 п. 0000083228 00000 п. 0000083284 00000 п. 0000083343 00000 п. 0000083638 00000 п. 0000083707 00000 п. 0000084241 00000 п. 0000084464 00000 н. 0000084978 00000 п. 0000085285 00000 п. 0000085635 00000 п. 0000085741 00000 п. 0000086072 00000 п. 0000086523 00000 п. 0000086726 00000 п. 0000086935 00000 п. 0000099061 00000 н. 0000112271 00000 н. 0000113116 00000 н. 0000118631 00000 н. 0000122218 00000 н. 0000125984 00000 н. 0000126283 00000 н. 0000206797 00000 н. 0000215230 00000 н. 0000215812 00000 н. 0000218181 00000 н. 0000218441 00000 н. 0000218987 00000 п. 0000219182 00000 н. 0000219722 00000 н. 0000219852 00000 н. 0000220402 00000 н. 0000220546 00000 н. 0000284374 00000 н. 0000284413 00000 н. 0000284950 00000 н. 0000285071 00000 н. 0000308792 00000 н. 0000308831 00000 н. 0000308907 00000 н. 0000308965 00000 н. 0000309313 00000 н. 0000309428 00000 н. 0000309549 00000 н. 0000309697 00000 н. 0000309829 00000 н. 0000309953 00000 н. 0000310103 00000 п. 0000310284 00000 п. 0000310393 00000 п. 0000310518 00000 н. 0000310682 00000 п. 0000003938 00000 н. 0000002998 00000 н. трейлер ] >> startxref 0 %% EOF 443 0 объект > поток x ڜ T [hi = s $ 8k [7Mvv% inm $ Al ؤ i6 ׶˃ «Bb» FPpaY] Xu} A — / 7̙ s @ (- / POU 5} lK {f7.

Как повысить КПД батареи отопления. Как увеличить теплоотдачу радиатора — советы мастера

Чтобы в квартире было комфортно, зимой она должна прогреваться до определенной температуры, а для этого необходимо правильно смонтировать систему отопления. Для его качественной и безотказной работы необходимо соблюдение всех условий не только при прокладке городской сети, но и при эксплуатации и обслуживании.

Передача тепла от батареи к комнате происходит тремя способами: теплообмен, конвекция и излучение.

От тепловой сети требуется, чтобы он равномерно прогревал всю площадь помещения, и чтобы в середине сезона не приходилось снижать тепло радиатора (держать открытыми окна или окна).

Но может случиться с точностью до наоборот, а это значит, что батарейки начнут плохо греть комнату и если это произойдет, то воспользуйтесь той же памяткой.

Как увеличить теплообмен в батареях отопления? Памятка

Для увеличения теплоотдачи радиаторов необходимо выполнить пять основных условий. Рассмотрим их:

Нельзя допускать попадания пыли на нагревательный прибор, так как микрочастицы значительно снижают теплоотдачу, также необходимо содержать в чистоте и внутреннюю часть этого устройства;
Cancel отопительные приборы лучше в темном цвете, так как именно такие оттенки способствуют не только поглощению, но и излучению света.Для этого лучше применить использование на основе цинка, и тогда КПД системы отопления и, в частности, аккумуляторов увеличится почти на 15%;
Самый простой ответ, на вопрос: — Как увеличить теплоотдачу аккумуляторов? — Совет: — на стене за радиатором необходимо повесить светоотражающий экран, для этого подойдет обычная фольга, которая будет перенаправлять исходящее тепло за пределы помещения. Возьмите этот материал или металлический лист и закрепите на стене (за обогревателем), и он сразу почувствует, что воздух нагрелся;
Для того, чтобы теплоотдача батареи отопления увеличилась, необходимо увеличить площадь поверхности радиатора, для этого мы используем кожухи, которые могут быть из алюминия.В том случае, если аккумулятор не греет комнату, значит, используются такие крышки, так как этот металл быстро нагревается и отдает тепло.
Если аккумуляторы часто отключаются, нужно приобрести железный элемент, который дольше нагревается и дольше передает тепло;
Когда теплый воздух от батареи циркулирует в ненужном направлении, воздушный поток от работающих вентиляторов, которые перенаправляют горячий воздух в правый канал, направляется к радиатору;
Если дома есть несколько компьютерных кулеров, которые не подходят, то они расположены внизу радиатора, и они помогут теплому воздуху быстрее циркулировать от пола к потолку.

Рассмотренные случаи дают ответ на вопрос: — Как увеличить теплоотдачу аккумуляторов? Но кроме этого необходимо учитывать и другие факторы, такие как мощность отопительного прибора, его качество, способ подключения и соблюдение некоторых правил при установке.

Правила, которые необходимо соблюдать при установке

Чтобы не скапливался воздух, при установке батареи отопления используется строительный уровень;
От пола до радиатора и от батареи до подоконника расстояние должно составлять 10 см, а от настенного отопительного прибора должен быть зазор 3 см;
Если мебель ставится перед лицевой панелью батареи отопления, то соблюдается нужное расстояние (10 см);
Но помните, что лицевую панель плохо работающего отопительного прибора нельзя закрывать шторами, декоративными решетками и ширмами, а также кабелями;
При установке подводки не наносится контакт, система также не должна подниматься или сопротивляться;
Если аккумулятор плохо греется, то одной из причин может быть засорение трубы или самого нагревательного прибора.Может появиться из-за посевов на резьбовых соединениях и поэтому желательно перед их установкой их определить;
Также увеличения теплоотдачи батареи можно добиться за счет увеличения секций. Но в том случае, если подключение будет боковым, то оно будет неэффективным, потому что разветвленная батарея будет нагреваться медленно и выходом из текущей ситуации будет переход к диагональному подключению;
Одной из первых причин неправильной установки и недостаточной теплоотдачи отопительного прибора является наклон радиатора, его близкая установка к стене или полу, а также предусмотренное перекрытие мебели или декоративных элементов. выше.

Как рассчитать мощность батареи отопления

Следует отметить, что теплопередача — это мощность или тепловой поток нагревательного устройства. Рассмотрим, как он рассчитывается для конкретного помещения, которое в нашем случае имеет площадь 14 м 2 и высоту потолка 2,7 м.

Самый распространенный способ правильного расчета основан на наличии в помещении внешних стен и окон. Например:

если в помещении одна стена с видом на улицу и одно окно, то на 10 м 2 требуется 1 кВт мощности;
если в помещении две наружные стены и два окна, то на 10 м 2 отопительный прибор с теплопередачей равен 1.3 кВт.

Рассмотрим второй способ определения необходимого количества теплового потока для обогрева того или иного помещения:

S * H * 41, где S — площадь помещения;
h — высота потолка;
41 — показатель минимальной мощности на 1 м 3 помещения.

Сделав расчет по этой формуле, определяем, что для нашей комнаты площадью 14 м 2 и высотой 2,7 м получаем, что нам необходимо приобрести радиатор емкостью 14 * 2.7 * 41 = 1549 Вт, что соответствует 1,5 кВт, а так как одна секция (в зависимости от марки) имеет мощность до 100 Вт, легко определить, что необходимо будет приобрести 15 секционных батарей отопления.

Важно! Если при вычислении нет целого выражения, оно округляется до наибольшего.

В том случае, если вы хотите знать, как отрегулировать тепло в батареях, необходимо произвести работы по установке термостата, обеспечивающего равномерный прогрев помещения до определенной температуры.

Заключение

Для качественной работы отопительного прибора, а также для прогрева помещения необходимо определить теплоотдачу батареи и при необходимости постараться ее увеличить.

Мы рассматривали, как самостоятельно работать над улучшением теплоотдачи системы отопления, но если вы не понимаете, что, то вызывайте сантехнику, которая не только быстро и качественно выполнит все необходимые работы, но и объяснит, что и как это надо делать.

Иногда бывает сложно выбрать оптимальную модель. В большинстве случаев учитывается несколько факторов — сложность монтажа, срок службы и теплоотдача. Последний показатель — самый важный, так как именно от него будет зависеть работоспособность устройства.

С появлением новых материалов для изготовления радиаторов (алюминиевых, биметаллических) чугун они отошли на «задний план». Но их уникальные эксплуатационные характеристики снова заставили покупателей обратить на себя внимание.Прежде всего, это хорошие эксплуатационные характеристики. В отличие от алюминия и металла, чугун может накапливать тепло, и при понижении температуры воды радиаторы какое-то время будут теплыми.

Но вернемся к вопросу о теплопередаче. Имея подробную методику расчета, можно ознакомиться, в которой подробно описана методика расчета и указаны способы увеличения этого показателя.

Практически все производители указывают номинальное значение теплопроводности при идеальных температурных режимах — 90 ° С.Однако реально добиться этого от поставщиков тепла в многоквартирных домах проблематично.

В результате показатели нагрева помещения существенно отличаются от расчетных. В этом случае можно использовать несколько небольших «хитростей», позволяющих повысить температуру в помещении при действующей системе отопления.

Для поглощения тепловой энергии стеной можно установить световозвращающий экран из фольги.

В этом случае эффективность теплоотдачи радиатора увеличится — на 5-10%.Но следует помнить, что если стена наружная, то без должного обогрева она может вызвать теплопотери в помещении.

Установочный вентилятор

Обогрев помещения от железных радиаторов отопления происходит за счет естественной конвекции. Для увеличения прохождения воздушных масс через приборную часть можно установить небольшой вентилятор на стене за радиатором. Это немного повысит температуру в комнате, но в то же время вызовет более холодный кулер. Этот метод можно использовать для системы центрального отопления.

Монтаж стального декоративного кожуха

Они искусственно увеличивают площадь радиатора и будут способствовать лучшей теплоотдаче. При этом увеличится время нагрева, что скажется на инерционности обогрева помещения от автономной системы отопления.

Это лишь несколько методов искусственного увеличения теплоотдачи чугунных радиаторов. Но наиболее эффективным будет соблюдение температуры теплоносителя.Для этого необходимо либо повысить качество услуг, предоставляемых управляющей компанией по системе центрального отопления, либо сделать автономным.

Отопление Отопление / Аккумулятор

Начались настоящие холода и температура в квартире упала? Очень частая проблема. Самый популярный способ борьбы с холодами в квартире — покупка дополнительных электронагревателей. Однако есть и более дешевые варианты.

Холод в квартире: что об этом сказано в законодательстве?

Регулируемая температура воздуха в жилых помещениях зимой не очень высокая: 18 градусов в обычных помещениях, 20 в угловых и 25 в ванной.Норму нельзя превышать более 4 или опускать более чем на 3 градуса. Различия допустимы только ночью: перепады температур днем угрожают административному восстановлению ЖКХ. Максимально допустимый перерыв в отоплении — 24 часа в месяц.

Одноразовая пауза не может быть более 16 часов, за каждый дополнительный холодный час плата за отопление у жителей должна снижаться. Несоблюдение установленных норм — повод для жалоб в Дезж, ТСЖ или управляющую компанию.Однако в этом случае, скорее всего, на виновных будет возложено взыскание. Самый простой и эффективный способ: оставить жалобу в городском офисе Госжилиоспекции через горячую линию или онлайн-форму.

Холод в квартире: как должны работать радиаторы и стояки?

Если нормативные 18 градусов покажутся недостаточными — проблему придется решать самостоятельно. Для начала необходимо выяснить, насколько оптимально работают радиаторы: вся поверхность должна быть промерзающей равномерно, общая температура батареи и стояка не сильно отличается.

Причин неисправности может быть несколько: общий износ системы отопления дома, неисправность того или иного радиатора или жесткие ограничители на термостате. Однако заменить батареи или провести их капитальный ремонт в любом случае удастся только летом, когда отопление в доме в принципе отключено. Стандартный температурный максимум для радиаторов обычно устанавливается на уровне 35 градусов, но в некоторых случаях максимальной считается комфортная температура 17-19. Устройство обычно можно просто перенастроить.

Холод в квартире: Отрежьте батарейки, чтобы работать эффективнее

Повысить температуру в помещении на 3-5 градусов легко можно с помощью вентилятора, который будет направлять воздушный поток вдоль аккумулятора. Специалисты отмечают, что работа вентилятора в этом случае будет приравнена к использованию дополнительного отопителя мощностью 1 кВт. Для выигрыша еще несколько градусов сможете наклеить на стену, за поверхность радиатора, кусок светоотражающей фольги или специальный теплоотражающий материал с блестящей поверхностью — пенопласт.Конструкция позволит более эффективно распределять нагретый воздух, отражая его от стены. После установки рефлектора зазор между стеной и аккумулятором должен быть не менее двух сантиметров, иначе нарушение циркуляции воздуха даст обратный эффект.

Чтобы не было так холодно, проверьте прорези в окнах и дверях

Около 30% тепла уходит через различные щели в окнах и дверях. При этом оправы есть смысл заклеивать, от водоемов априори защищены только обладатели обычных очков, современных пластиковых пакетов.Закрыть щели в дверных проемах и на балконе можно с помощью монтажного пенопласта или шерстяного шнура, специальной ленты. Срок годности временного утеплителя очень небольшой — всего один сезон.

Холод в квартире из-за щелей в углах и стенах

С простыми прорезями в углах и стенах справиться сложнее. Оптимальный вариант — заказать тепловизионное исследование, снимок квартиры со специального прибора, на котором будут отражены самые теплые и холодные зоны жилья.Проблемные места могут быть устранены по результатам исследования. Средняя стоимость услуги в Москве колеблется от 4 до 6 тысяч рублей, в регионах хиталог можно заказать за 3 тысячи рублей.

Такая операция может предостеречь от более серьезных расходов — например, повсеместной укладки теплого пола или оклейки изоляционным материалом всех стен, ведь общую температуру в помещении можно снизить только за счет одного угла.

Система централизованного отопления предполагает нагрев теплоносителя в котельной и дальнейшее его распределение по жилым помещениям с помощью системы труб и радиаторов.Чтобы отопление было максимально эффективным и равномерным, необходимо правильно подобрать радиаторы, а также принять дополнительные меры по увеличению теплоотдачи.

В долгосрочной перспективе знания о том, как увеличить теплопередачу батареи центрального отопления, помогут владельцу добиться максимально комфортного и плавного обогрева своего дома и навсегда решить проблему холода в квартире при включенной системе отопления. .

Чтобы понять принцип действия различных методов увеличения теплоотдачи, необходимо ознакомиться с переменными, которые влияют на эффективность батареи для отопления для центрального отопления, расположенной в квартире.

В общем понимании уровень теплоотдачи радиатора зависит от следующих факторов:

Также существуют косвенные факторы, из-за которых подключенная к контуру батарею обогрева не работает на полную мощность, это:

Улучшение конвекции воздуха

Среди простейших методов, которые помогут понять, как увеличить теплоотдачу трубы отопления своими руками, — использование законов конвекции. Часто в аккумуляторных квартирах используются предметы принудительной мебели, защищенные или скрытые за тяжелыми занавесками.Все эти элементы препятствуют циркуляции воздуха и в помещении довольно сложно добиться комфортного температурного режима, даже если центральное отопление работает на полную мощность.

Для оптимизации скорости воздушного потока необходимо максимально увеличить пространство вокруг радиатора.

Не встречая препятствий на своем пути, нагретый воздухом воздух будет свободно перемещаться по комнате и обеспечивать максимальный уровень обогрева, обеспечиваемый мощностью радиатора.

Использование электрического вентилятора для улучшения конвекции

Владельцам, которым хорошо известны законы физики, согласно которым нагрев проецируется нагревом водопровода, понятно, что скорость циркуляции воздуха влияет на теплопередачу батареи.Чем быстрее в помещении циркулирует воздух, тем больше тепла он может забрать от радиатора за определенный период времени.

Для улучшения естественной конвекции рядом с радиаторами можно установить электровентиляторы. Предпочтение отдается бесшумным моделям, потребляющим минимальное количество электроэнергии. Установка вентилятора должна производиться под определенным углом к батарее. Такой простой метод достаточно эффективен. Он способен поднять температуру в помещении на несколько градусов.

Расположение световозвращающего экрана

В виде средства для увеличения теплоотдачи может быть использована фольга для обогрева батарей, которая поможет направить поток тепловой энергии в помещение. От радиаторов, не оборудованных отражающим экраном, тепло расходится во все стороны, в том числе отдаваемое холодными внешними стенками. Экран помогает сфокусировать направление теплового потока и повысить температуру в помещении.

Дизайн экрана простой и доступный.Он должен иметь большую площадь, чем площадь радиаторов, и устанавливаться на чистой стене за батареей. Вместо фольги можно использовать фольгизолон — специальный материал, который с одной стороны имеет поролоновую основу, а с другой покрыт светоотражающей фольгой. Крепить экран к стене нужно с помощью любого качественного строительного клея.

Продувка радиаторов

В сложных условиях батарея центрального отопления может со временем засориться или унести ее.Такие изменения сопровождаются плохой циркуляцией теплоносителя и появлением холодных участков. Устранить воздушные пробки и засоры поможет продувка батарей отопления — быстрый и экономичный способ увеличить теплоотдачу.

Существует несколько методов продувки, предполагающих использование различного оборудования:

Применение одного или нескольких способов продувки радиаторов позволит повысить эффективность радиаторов и позволит забыть о холода и дискомфорте в квартире.

Стоит помнить, что система центрального отопления представляет собой сложную сеть радиаторов и трубопроводов.

Следовательно, некоторые виды продувки аккумуляторной батареи целесообразно выполнять совместно с соседями, потому что в противном случае очищенные участки повторно снизят теплоотдачу через несколько недель эксплуатации. Более подробно о способах промывки системы отопления вы можете прочитать.

Следуя простым и доступным рекомендациям, можно увеличить теплоотдачу любого типа радиатора и получить возможность извлечь максимальную выгоду от использования системы центрального отопления.Комплексное использование методов — наиболее рациональное решение проблемы плохой теплоотдачи и поможет владельцу добиться эффективной работы отопительных приборов в своем жилище.

Основная задача отопительных батарей любого типа — максимально возможное отопление помещения. Параметром, определяющим, насколько устройство соответствует поставленным задачам, является их теплоотдача. Но не только это может повлиять на часто возникающую проблему — как повысить КПД отопительной батареи. С потерей тепла можно справиться, можно найти достаточно помещений, но перед этим необходимо выяснить, что может повлиять на процесс теплопередачи в окружающее пространство.Рассмотрим основные факторы, влияющие на КПД отопительных приборов:

Модель радиатора, количество секций и размер самого аккумулятора;
Тип подключения радиатора к тепловой сети;
Размещение батареи отопления в помещении;
Материал, из которого изготовлен аккумулятор.

Что такое КПД и как его рассчитать

Теплопередача нагревательных устройств, в состав которых входят батареи или радиаторы, состоит из количественного показателя тепла, который передается батареей в течение определенного периода времени и измеряется в ваттах.Процесс передачи тепла батареями обусловлен процессами, которые известны как конвекция, излучение и теплообмен. В любом радиаторе используются эти три типа теплообмена. В процентном соотношении эти виды теплоотдачи могут отличаться от разных типов аккумуляторов.

Какой будет ДПК у нагревателей, в подавляющем большинстве зависит от материала, из которого они изготовлены. Рассмотрим, какие достоинства и недостатки имеют радиаторы, изготовленные из разных видов материала.

Чугун имеет относительно низкую теплопроводность, поэтому аккумулятор из этого материала — не лучший вариант.Кроме того, небольшая поверхность этих нагревательных устройств значительно снижает теплопередачу и обусловлена излучением. В нормальных условиях емкость чугунного аккумулятора не более 60 Вт.
немного выше чугуна. Более активный теплообмен происходит за счет наличия дополнительных кромок, увеличивающих площадь теплового излучения. Передача тепла происходит за счет конвекции, мощность примерно 100 Вт.
Aluminium имеет самую высокую из всех предыдущих версий по теплопроводности, их мощность около 200 Вт.

Важную роль в повышении эффективности нагревательных батарей играет способ подключения, который должен соответствовать типу батареи и материалу, из которого она изготовлена. Прямое одностороннее подключение имеет самые высокие показатели эффективности теплопередачи и самые низкие теплопотери. Диагональное соединение применяется в случае большого количества секций и значительно снижает возможные теплопотери.

Нижнее подключение применяется, если теплопроводящие трубы скрыты под стяжкой пола и не исключают теплопотери в размере до 10% от исходной величины.Наименее эффективным считается однотрубное соединение, так как потери мощности отопительного прибора могут быть достигнуты 45%.

5 способов повысить КПД системы отопления

Поддержание чистоты поверхности нагревательных приборов.

Каким бы невероятным это утверждение не казалось, но даже тонкий слой пыли на радиаторах приводит к снижению теплоотдачи. Например, эффективность алюминиевых радиаторов, загрязненных слоем пыли, может снизиться на 20-25%.Кроме того, внутренняя часть аккумулятора нуждается в регулярной чистке. С первой проблемой можно справиться самостоятельно, обыкновенная влажная уборка, а вот для второй придется обратиться к квалифицированному специалисту. В обслуживании находятся сантехники, обладающие знаниями и навыками, которые помогут в короткие сроки очистить радиатор от накипи и других загрязнений, накопившихся в процессе эксплуатации.

Окраска радиаторов в соответствии с назначением окраски.

Для начала необходимо подобрать краску темных тонов.За счет этого удастся добиться не только хорошего нагрева аккумуляторов, но и значительного увеличения теплоотдачи. Во-вторых, вы должны выбрать для окрашивания подходящую краску. В качестве покрытия для чугунных радиаторов отопления лучше использовать все известные всем эмали, а для алюминиевых и стальных аккумуляторов больше подходят акриловые, алкидные и акрилатные эмали.

Тепло, которое выделяет аккумулятор, распространяется во всех направлениях. Следовательно, не менее половины полезного теплового излучения уходит в стену, расположенную за отопительными приборами.Напрасно снизить теплопотери можно, разместив экран радиатора, например, из обычной фольги или готовый, купленный в магазине. При использовании даже самодельного экрана из тонкого металлического листа стена не только останавливается, но и создается дополнительный источник тепла, так как, нагреваясь, экран сам начинает отдавать тепло в комнату. При использовании отражающего экрана КПД чугунных аккумуляторов и многих других можно повысить до 10-15%.

Увеличьте площадь поверхности аккумулятора.

Между площадью поверхности, излучающей тепло, и количеством этого тепла есть самая прямая зависимость. Дополнительный кожух можно использовать для увеличения теплоотдачи радиаторов. Материал, из которого он будет изготовлен, необходимо тщательно пройти. Например, алюминиевые корпуса обладают наибольшей теплопередачей. Применяются как дополнение к чугунным радиаторам. При частых перебоях в работе систем отопления стоит задуматься о покупке стального кожуха, который очень долго сохраняет тепло, полученное от радиаторов отопления.Соответственно, этот тип кожуха батареи отдает тепло в окружающее пространство намного дольше, чем другие.

Создание дополнительных воздушных потоков в помещении.

Если направить воздушный поток к отопительным приборам, например, с помощью обычного бытового вентилятора, то нагрев воздуха в помещении произойдет намного быстрее. При этом следует учитывать, что направление воздушного потока должно быть вертикальным и направленным вверх. При таком способе повышение КПД радиаторов может достигать 5-10%.

Используя хотя бы один способ улучшить теплоотдачу аккумуляторов, можно значительно повысить температуру в помещении и снизить затраты на дополнительное отопление. Прежде чем приступить к улучшению характеристик радиаторов, убедитесь, что они подключены к тепловой сети и в том, что регуляторы подачи тепла на устройствах последнего поколения выставлены на нужное значение. Кроме того, при постоянной проблеме с подачей тепла необходимо обратить внимание на теплоизоляцию стен и окон, через которые обычно идет тепло.Утеплять необходимо не только наружные стены, но и те, которые выходят на лестничную клетку.

Методики разогрева батарей

при отрицательных температурах для автомобильной промышленности: последние достижения и перспективы (2019.11) — 新闻

Недавно профессор Сяосун Ху из VPSL в Университете Чунцина и его сотрудники (из Оксфорда, Беркли, Королевы Белфаста и Университета Мэриленда) были приглашены профессором Хай Вангом из Стэнфордского университета в США и профессором Кристофом Шульцем из Университета Дуйсбург-Эссен в Германия опубликует обзорную статью «Методики разогрева аккумуляторных батарей при отрицательных температурах для автомобильной промышленности: последние достижения и перспективы» в ведущем международном журнале Progress in Energy and Combustion Science (фактор воздействия: 26.467). Влияние низкой температуры на литий-ионную батарею электромобилей и тепловые проблемы, связанные с низкотемпературным прогревом аккумуляторных батарей, суммированы в макро- и микроуровне. Приведены расчетные факторы низкотемпературных систем разогрева на уровне аккумуляторных элементов, аккумуляторных модулей / блоков и систем питания. В этом обзоре также систематически освещаются все возможные в настоящее время методы низкотемпературного предварительного нагрева аккумуляторных батарей и их последние достижения в исследованиях.Обсуждаются также преимущества и трудности различных методов предварительного нагрева, возможные направления исследований низкотемпературного терморегулирования аккумуляторных батарей с разных точек зрения.

Обзор артикула

Цель исследования

В целях содействия устойчивому развитию энергетики и реагирования на растущий спрос на энергию разработка электромобилей получила широкое внимание во всем мире. Как одна из основных технологий электромобилей, характеристики аккумуляторных батарей напрямую влияют на производительность, безопасность и экономичность электромобилей.Однако проблема низких температур стала ключевой технической трудностью в разработке глобальных электромобилей, что серьезно ограничивает развитие электромобилей. При низких температурах разрядная емкость и мощность литий-ионных аккумуляторных батарей значительно снизились, а внутреннее сопротивление резко увеличилось, что вызвало такие проблемы, как сокращение пробега, недостаточная мощность и снижение приемлемости зарядки. Кроме того, литиевое покрытие отрицательного электрода более важно при низких температурах, а рост дендритов лития сокращает срок службы батареи и создает потенциальную угрозу безопасности.Хотя низкотемпературные характеристики литий-ионных аккумуляторов можно в некоторой степени улучшить за счет улучшения материалов аккумуляторов, требуется много времени, чтобы обеспечить их общие характеристики во всем температурном диапазоне (–20 ° C ~ 60 ° C). Система терморегулирования батареи (BTMS), которая предварительно нагревает батарею перед операциями для улучшения ее характеристик, стала еще одним вариантом преодоления узкого места низкотемпературной технологии аккумуляторной батареи. Таким образом, в этой статье будут представлены надежные аргументы в пользу управления температурным режимом и контролем автомобильных аккумуляторных батарей в низкотемпературных средах.

Влияние низких температур на литий-ионные батареи

На макроуровне, то есть на уровне элемента батареи, воздействие низкой температуры на литий-ионные батареи характеризуется уменьшением разрядной емкости и доступной энергии, увеличением внутреннего сопротивления и внешней выходной мощности. Кроме того, при низких температурах приемник заряда аккумулятора значительно снижается, а высокоскоростной заряд также вызывает литиевое покрытие отрицательного электрода, вызывая необратимую потерю емкости аккумулятора.Поэтому, чтобы избежать литиевого покрытия, скорость зарядки должна быть ограничена низким уровнем, что приведет к значительному увеличению времени зарядки. Такое снижение производительности на уровне элементов можно объяснить микромасштабными изменениями свойств материала батареи. В микромасштабе влияние низкой температуры на материалы отрицательного электрода, положительного электрода и электролита батареи показано на Рисунке 1, который в основном включает: (1) явление границы раздела отрицательного электрода, такое как уменьшение содержания Li + проницаемость пленки SEI на поверхности частиц графита; (2) Медленная кинетика в электроде, такая как увеличение сопротивления переносу заряда (Rct) и межкристаллитного сопротивления (Rct при –20 ° C может быть на 300% выше значения комнатной температуры), а также уменьшение твердофазной диффузии Li + темп; 3) Увеличение вязкости электролита и уменьшение проводимости.

Рис. 1 Механизмы снижения производительности аккумулятора при низких температурах с точки зрения материала.

Тепловая наука участвует в процессах разогрева батарей

Поскольку улучшение материалов аккумуляторной батареи не может улучшить общие характеристики аккумуляторной батареи в полном диапазоне температур за короткое время, для уровня модуля / блока батареи применяется терморегулирование, то есть температура аккумуляторного блока регулируется в пределах подходящий диапазон путем предварительного нагрева для компенсации негативных эффектов, вызванных низкой температурой, что в настоящее время является наиболее эффективным способом решения проблем, вызванных низкой температурой.Таким образом, улучшение низкотемпературных характеристик батареи становится проблемой теплового режима. Чтобы эффективно разогреть аккумуляторную батарею при низких температурах, необходимо полностью понимать тепловые характеристики батареи и соответствующие характеристики теплопередачи, относящиеся к аккумуляторному элементу, модулю и батарее. В то же время тепловыделение, теплопроводность или тепловая конвекция также необходимо точно моделировать, измерять и контролировать, чтобы эффективно регулировать повышение температуры батареи.Обычно низкотемпературная система предварительного нагрева аккумуляторной батареи требует определенного количества энергии. Следовательно, необходимо всесторонне спроектировать метод теплопередачи и путь в системе предварительного нагрева на основе тепловых теорий и методов, чтобы уменьшить потери тепла во время процесса предварительного нагрева, тем самым снижая потребление энергии во время процесса предварительного нагрева. При низких температурах основной принцип процесса предварительного нагрева показан на рисунке 2.

Рис.2 Основные принципы процесса предварительного нагрева.

Конструктивное рассмотрение системы предварительного нагрева

Целью терморегулирования аккумуляторных батарей при низких температурах является восстановление энергоемкости и мощности литий-ионных аккумуляторов, а также устранение литиевого покрытия путем нагрева аккумуляторов от отрицательной температуры перед работой. Чтобы достичь быстрого прогрева и избежать ускоренного старения батареи, целевая температура прогрева обычно устанавливается на 0 ° C, при которой батарея может восстановить большую часть доступной энергии и мощности.Для быстрой зарядки со скоростью заряда выше 1 ° C целевая температура разогрева должна быть намного выше 0 ° C, чтобы предотвратить литиевое покрытие при такой высокой скорости тока. Таким образом, факторы, которые необходимо учитывать при низкотемпературном предварительном нагреве аккумуляторных батарей, сводятся к следующему: (а) потребление электроэнергии; b) продолжительность предварительного нагрева; c) влияние нагрева на старение батареи; (d) однородность температуры аккумуляторного элемента, модуля и блока; (e) Общая стоимость, включая стоимость системы, эксплуатационные расходы и стоимость обслуживания; f) сложность, такая как дополнительные устройства, вес и пространство, необходимые из-за интеграции системы отопления; (g) Безопасность и надежность системы отопления.Кроме того, для разных уровней интеграции аккумуляторной системы (аккумуляторная батарея, модуль / блок, система) также различаются конструктивные соображения, как показано на Рисунке 3 ниже:

Рис. 3 Конструктивные особенности BTMS при низких температурах при различных уровнях интеграции батарей. (По материалам Tarascon JM, Armand M. Проблемы и проблемы, связанные с перезаряжаемыми литиевыми батареями. Nature. 2001; 414: 359-67.)

Классификация стратегий разогрева батареи

Стратегии предварительного нагрева аккумуляторных батарей можно классифицировать в соответствии с положением источника тепла.Основываясь на границах аккумуляторного элемента, методы предварительного нагрева можно в основном разделить на две категории, как показано на рисунке 4, включая внешний нагрев и внутренний предварительный нагрев. При внешнем нагреве тепло, необходимое для предварительного нагрева, в основном обеспечивается внешними источниками тепла (проводами сопротивления или другими электрическими нагревательными элементами), а затем тепло передается силовой батарее посредством конвекции или теплопроводности. Этот процесс может быть запитан либо батареей, либо внешним источником питания (зарядные сваи).В настоящее время в большинстве коммерческих автомобилей аккумуляторы подогреваются внешними методами. Внутренний предварительный нагрев обычно достигается путем разряда или подачи переменного тока на аккумулятор. Использование внутреннего сопротивления батареи для выработки тепла для нагрева батареи позволяет избежать сложного процесса теплопередачи и потерь тепла во время процесса теплопередачи. Специальный метод внутреннего предварительного нагрева, такой как самонагревающаяся литий-ионная батарея, может значительно увеличить скорость выделения тепла внутри батареи за счет изменения конструкции батареи и добавления элементов, выделяющих тепло (никелевая фольга) внутри батареи.В настоящее время большинство исследований сосредоточено на внутреннем предварительном нагреве.

Рис. 4 Классификация стратегий предварительного нагрева.

Внешний обогрев

Как правило, методы внешнего нагрева требуют специально разработанного BTMS для передачи тепла от внешних источников тепла к элементам батареи во время процесса предварительного нагрева, где учитываются такие факторы, как характер и маршруты теплопередачи, геометрия и расположение элементов батареи, свойства тепла. носитель переноса может повлиять на эффективность нагрева.Обычные системы BTMS, такие как воздушные и жидкостные системы, экономичны для коммерческих приложений с высокой безопасностью и надежностью. Однако низкая скорость теплопередачи и низкая эффективность нагрева являются основными проблемами при внешнем нагреве, что приводит к увеличению продолжительности нагрева и повышенному потреблению энергии, особенно при нагреве литий-ионных аккумуляторов большого формата. Более того, разница температур внутри аккумуляторного элемента и модуля / блока, зависящая от геометрии элемента, размещения нагревательных элементов и теплопроводности теплоносителя, является еще одной важной проблемой в традиционных BTMS.

В будущем могут быть предприняты усилия для решения вышеупомянутых проблем путем повышения эффективности нагрева во внешних системах предварительного нагрева. В частности, при конвективном нагреве большое значение имеет увеличение скорости теплопередачи в BTMS, что включает в себя изменение способа протекания теплоносителя для достижения более высокой скорости теплопередачи, применение новой теплопередающей жидкости с более высокой теплопроводностью (например, наножидкостей), а также оптимизация геометрии проточных каналов теплоносителя.Для кондуктивного нагрева лучших характеристик можно достичь несколькими способами: (а) оптимизировать расположение аккумуляторных элементов для увеличения эффективной площади контакта; (б) применение новых нагревательных элементов с более высокими тепловыми характеристиками (например, панельные нагреватели на основе пленки) или коэффициентом полезного действия; (c) увеличение теплопроводности теплопроводной среды, например, применение наноразмерного PCM. Помимо этого, лучшая теплоизоляция также может помочь снизить потери тепла в окружающую среду во время процесса теплопередачи, что также может снизить затраты энергии во время прогрева.

Рис. 5 Схема системы воздушного отопления. (По материалам Ji Y, Wang CY. Стратегии нагрева литий-ионных батарей, работающих от отрицательных температур. Electro-chimica Acta. 2013; 107: 664-74.)

Внутреннее отопление

Стратегия внутреннего нагрева генерирует тепло непосредственно через сопротивление батареи, поэтому система предварительного нагрева обычно не требует слишком большого количества элементов управления. Следовательно, передача тепла в такой системе может быть простой.Метод внутреннего предварительного нагрева обычно позволяет нагревать батарею быстрее и равномернее и имеет определенные преимущества с точки зрения энергопотребления, однородности температуры и стоимости (самонагревающиеся батареи, как показано на рисунке 6). Однако из-за того, что этот тип технологии предварительного нагрева недостаточно развит на уровне модуля батареи / корпуса, он еще не реализован на коммерческой основе. Одна из основных проблем, связанных со стратегиями внутреннего нагрева, заключается в сопутствующей деградации батареи. Для внутреннего самонагрева и SHLB, поскольку батарея разряжается во время нагрева, прямого повреждения, такого как покрытие литием, не происходит, но операции с высокой скоростью усугубляют старение в долгосрочной перспективе.Для взаимного импульсного нагрева следует избегать использования низкой частоты импульсов и нагрева при высоком начальном SOC, поскольку оба они увеличивают риск литиевого покрытия. Для нагрева переменным током следует осторожно использовать ток с низкой частотой с дополнительными ограничениями (такими как границы напряжения), чтобы избежать необратимого повреждения батареи. Использование высокой частоты при нагреве переменным током способствует снижению потери емкости батареи.

Рис. 6 Внутренняя структура самонагревающейся литий-ионной батареи и принцип ее работы （адаптировано из Zhang G, Ge S, Xu T, Yang X-G, Tian H, Wang C-Y.Быстрый самонагрев и определение внутренней температуры литий-ионных батарей при низких температурах. Electrochimica Acta. 2016; 218: 149-55.)

Будущие тенденции

Несмотря на достигнутый к настоящему времени обширный прогресс в исследованиях, вопрос о том, как эффективно разогреть батареи от отрицательных температур, все еще остается проблемой и остается нерешенной. Таким образом, будущие тенденции предполагаются исходя из следующих аспектов, чтобы стимулировать новые прорывы в этой области исследований:

(1) Процесс теплопередачи в системе предварительного нагрева батареи должен быть всесторонне спроектирован с точки зрения терминологии, чтобы повысить эффективность нагрева, особенно при внешнем нагреве.Путь теплопередачи и схемы должны быть оптимизированы, чтобы уменьшить расстояние теплопередачи, повысить коэффициент теплопередачи и минимизировать нежелательные теплопотери в окружающую среду. Следовательно, лучшая теплоизоляция, добавление большего количества теплопроводных материалов (например, наножидкостей и CPCM) и применение более термически эффективных нагревательных элементов (например, тепловых насосов и панельных нагревателей на основе пленки) также будут полезны для таких систем предварительного нагрева.

(2) Разработка стратегий управления на основе моделей в BTMS может обеспечить оптимальный нагрев батареи как для внешнего, так и для внутреннего нагрева.Текущие исследования в первую очередь сосредоточены на проектировании систем предварительного нагрева и изучении новых подходов к отоплению. Хотя некоторые параметры, присущие таким системам нагрева, были исследованы с точки зрения их влияния на производительность нагрева, оптимальность управления, которая помогает достичь лучших характеристик нагрева за счет управления процессом нагрева, изучалась редко. Тем не менее, стратегии управления предварительным нагревом на основе моделей обычно требуют применимых моделей, которые подходят для управления и реализации.Следовательно, ключевой задачей является разработка ориентированных на управление моделей предварительного нагрева батареи с достаточной точностью, а также высокой вычислительной эффективностью, в ходе которых точное моделирование теплового поведения батареи (на уровне элемента, модуля и блока), характеристик теплопередачи системы и системы тепловыделения необходимы.

(3) Стратегии предварительного нагрева необходимо дополнительно изучить на уровне модуля батареи / блока, поскольку однородность температуры элементов в блоке имеет решающее значение для общей производительности блока батарей и может повлиять на процессы его старения.Если внутри аккумуляторной батареи не происходит тепловыделения, а именно нагрев аккумуляторной батареи является чистой проблемой теплопередачи, можно изучить влияние характеристики теплового взаимодействия между окружающей средой и ячейкой на однородность температуры аккумуляторной батареи. Если внутри аккумуляторной батареи выделяется тепло, разные величины тепловыделения элементов, вызванные несоответствием сопротивления элементов, могут вносить вклад в температурный градиент внутри аккумуляторной батареи, и, таким образом, это необходимо учитывать.

(4) Влияние предварительного нагрева на старение батареи требует систематического исследования, особенно для нагрева переменным током.Влияние параметров тока, таких как амплитуда и частота, на старение батареи необходимо изучить с точки зрения электрохимических механизмов внутри литий-ионной батареи. Электрохимические модели, управляющие кинетическими и транспортными процессами на аноде под нагрузкой сигнала переменного тока, могут быть созданы для явного выявления влияния параметров переменного тока на старение. Таким образом, можно было бы полностью изучить предельные значения тока при нагреве переменным током, чтобы повысить эффективность нагрева без повреждения батареи, что сделало бы нагрев переменным током благоприятной парадигмой для низкотемпературных применений батарей.

Рис. 7 Влияние нагрева переменным током на старение литий-ионных аккумуляторов при различных частотах тока. (По материалам Zhu J, Sun Z, Wei X, Dai H. Метод нагрева литий-ионных батарей переменным током от отрицательных температур. International Journal of Energy Research. 2016; 40: 1869-83.)

Информация о публикации

Источник ：

Xiaosong Hu *, Yusheng Zheng, David A. Howey, Hector Perez, Aoife Foley и Michael Pecht, «Методики разогрева аккумуляторных батарей при отрицательных температурах для автомобильных приложений: последние достижения и перспективы», Progress in Energy and Combus Science, 77 : 100806, 2020.

Полнотекстовая ссылка: www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0360128519301169

Дополнительное введение

Прогресс в области энергетики и горения

Progress in Energy and Combustion Science (PECS) — ведущий журнал в области энергетики и горения.

Как эффективно увеличить теплоотдачу батареи центрального отопления?

От чего зависит уровень теплоотдачи батареи отопления?

Улучшение конвекции воздуха

Использование электрического вентилятора для улучшения конвекции

Обустройство отражающего экрана

Продувка радиаторов

Как увеличить кпд батареи отопления: варианты эффективного увеличения показателя

Что такое кпд и как его рассчитать

5 способов увеличения кпд отопительной системы

💯 Повышение теплоотдачи батарей: развенчиваем мифы

Уменьшение теплопотерь

Использование экранов-отражателей за радиатором

Сдвиг точки росы

Охлаждение стены за радиатором

Улучшение циркуляции воздуха

Окраска радиатора в тёмный цвет

Изменение способа подключения радиатора

В заключение

Как увеличить теплоотдачу радиатора?

Самые интересные ролики на Youtube

Пролог.

Цель эксперимента.

Датчик температуры.

Выбор оптимального положения вентилятора.

Экспериментальные данные.

Результаты и выводы.

Мелкие подробности.

Теплоотдачу батареи отопления в квартире можно повысить без помощи сантехников и ЖЭКа | Lifestyle

Почему батареи отопления в квартире стали плохо прогревать помещение

Как увеличить теплоотдачу батареи отопления при помощи отражателя

Как повысить теплоотдачу радиаторов отопления с помощью дополнительных приспособлений

Как окраска батареи отопления влияет на теплоотдачу

Прочие способы увеличения теплоотдачи батареи отопления в квартире

Как увеличить теплоотдачу радиаторов отопления?

Новая жизнь старых батарей. Как увеличить энергоэффективность батарей без замены?

Читайте также по теме:

Решение проблем с нагревом батареи с помощью теплообмена

Управление температурным режимом батареи

Температурные эффекты

Контроль температуры

Методики разогрева аккумуляторов при отрицательных температурах для автомобильных приложений: последние достижения и перспективы

Аннотация

ключевые слова

Сокращения

Теплопередача и терморегулирование аккумуляторов электромобилей с материалами с фазовым переходом

Как повысить КПД батареи отопления. Как увеличить теплоотдачу радиатора — советы мастера

Как увеличить теплообмен в батареях отопления? Памятка

Правила, которые необходимо соблюдать при установке

Как рассчитать мощность батареи отопления

Заключение

Установочный вентилятор

Монтаж стального декоративного кожуха

Холод в квартире: что об этом сказано в законодательстве?

Холод в квартире: как должны работать радиаторы и стояки?

Холод в квартире: Отрежьте батарейки, чтобы работать эффективнее

Чтобы не было так холодно, проверьте прорези в окнах и дверях

Холод в квартире из-за щелей в углах и стенах

Улучшение конвекции воздуха

Использование электрического вентилятора для улучшения конвекции

Расположение световозвращающего экрана

Продувка радиаторов

Что такое КПД и как его рассчитать

5 способов повысить КПД системы отопления

при отрицательных температурах для автомобильной промышленности: последние достижения и перспективы (2019.11) — 新闻

Добавить комментарий Отменить ответ