Расчет радиаторов отопления – как не прогадать с количеством секций?

С выбором радиаторов отопления сегодня никаких проблем. Тут тебе и чугунные, и алюминиевые, и биметаллические – выбирай, какие хочешь. Однако сам факт покупки дорогих радиаторов особенной конструкции – еще не гарантия  того, что в вашем доме будет тепло. В этом случае играет роль и качество, и количество. Давайте разберемся, как правильно рассчитать радиаторы отопления.

Расчет всему голова – отталкиваемся от площади

Неправильный расчет количества радиаторов может привести не только к недостатку тепла в помещении, но и к чересчур большим счетам за отопление и слишком высокой температуре в комнатах. Расчет следует производить как во время самой первой установки радиаторов, так и при замене старой системы, где, казалось бы, с количеством секций давно все понятно, поскольку теплоотдача радиаторов может существенно отличаться.

Разные помещения – разные расчеты. Например, для квартиры в многоэтажном доме можно обойтись самыми простыми формулами или же расспросить соседей об их опыте отопления. В большом частном доме простые формулы не помогут – нужно будет учесть множество факторов, которые в городских квартирах попросту отсутствуют, например, степень утепления дома.

Самое главное – не доверяйте цифрам, озвученным наобум всевозможными «консультантами», которые на глаз (даже не видя помещения!) называют вам количество секций для отопления. Как правило, оно значительно завышено, из-за чего вы будете постоянно переплачивать за лишнее тепло, которое буквально будет уходить в открытую форточку. Рекомендуем использовать несколько способов расчета количества радиаторов.

Простые формулы – для квартиры

Жители многоэтажных домов могут использовать достаточно простые способы расчетов, которые совершенно не подходят для частного дома. Самый простой расчет радиаторов отопления не блещет высокой точностью, однако он подойдет для квартир со стандартными потолками не выше 2. 6 м. Учтите, что для каждой комнаты проводится отдельный расчет количества секций.

За основу берется утверждение, что на отопление квадратного метра комнаты нужно 100 Вт тепловой мощности радиатора. Соответственно, для того, чтобы вычислить количество тепла, необходимое для комнаты, умножаем ее площадь на 100 Вт. Так, для комнаты площадью 25 м² необходимо приобрести секции с совокупной мощностью 2500 Вт или 2,5 кВт. Производители всегда указывают теплоотдачу секций на упаковке, например, 150 Вт. Наверняка вы уже поняли, что делать дальше: 2500/150 = 16,6 секций

Результат округляем в большую сторону, впрочем, для кухни можно округлить и в меньшую – помимо батарей, там еще будет нагревать воздух плитка, чайник.

Также следует учесть возможные потери тепла в зависимости от расположения комнаты. Например, если это помещение, расположенное на углу здания, то тепловую мощность батарей можно смело увеличивать на 20 % (17 *1,2 = 20,4 секций), такое же количество секций понадобится и для комнаты с балконом. Учтите, что если вы намерены запрятать радиаторы в нишу или скрыть их за красивым экраном, то вы автоматически теряете до 20 % тепловой мощности, которую придется компенсировать количеством секций.

Расчеты от объема – что говорит СНиП?

Более точное количество секций можно высчитать, учитывая высоту потолков – этот способ особенно актуален для квартир с нестандартной высотой комнат, а также для частного дома в качестве предварительного расчета. В этом случае мы определим тепловую мощность, исходя из объема помещения. Согласно нормам СНиП, для обогрева одного кубического метра жилой площади в стандартном многоэтажном доме необходим 41 Вт тепловой энергии. Это нормативное значение необходимо умножить на общий объем, который можно получить, перемножим высоту комнаты на ее площадь.

Например, объем комнаты площадью 25 м^{2 ­}с потолками 2,8 м составляет 70 м³. Эту цифру умножаем на стандартные 41 Вт и получаем 2870 Вт. Дальше действуем, как и в предыдущем примере – делим общее количество Вт на теплоотдачу одной секции. Так, если теплоотдача равна 150 Вт, то количество секций – приблизительно 19 (2870/150 = 19,1). К слову, ориентируйтесь на минимальные показатели теплоотдачи радиаторов, ведь температура носителя в трубах редко когда в наших реалиях соответствует требованиям СНиП. То есть, если в техпаспорте радиатора указаны рамки от 150 до 250 Вт, то по умолчанию берем меньшую цифру. Если вы сами отвечаете за отопление частного дома, то берите среднее значение.

Точные цифры для частных домов – учитываем все нюансы

Частные дома и большие современные квартиры никак не попадают под стандартные расчеты – слишком много нюансов нужно учесть. В этих случаях можно применить самый точный способ расчета, в котором эти нюансы как раз и учитываются. Собственно, формула сама по себе весьма простая – с такой справится и школьник, главное – правильно подобрать все коэффициенты, которые учитывают особенности дома или квартиры, влияющие на возможность сохранять или терять тепловую энергию. Итак, вот наша точная формула:

• КТ = N*S*K¹*K²*K³*K⁴*K⁵*K⁶*K⁷
• КТ – это количество тепловой мощности в Вт, которое нам необходимо для отопления конкретной комнаты;
• N – 100 Вт/кв.м, стандартное количество тепла на метр квадратный, к которому мы и будем применять понижающие или повышающие коэффициенты;
• S – площадь помещения, для которого мы будем рассчитывать количество секций.

Следующие коэффициенты имеют как свойство повышать количество тепловой энергии, так и понижать, в зависимости от условий комнаты.

• K¹ – учитываем характер остекления окон. Если это окна с обычным двойным остеклением, коэффициент равен 1,27. Окна с двойным стеклопакетом – 1,0, с тройным – 0,85.
• K² – учитываем качество теплоизоляции стен. Для холодных неутепленных стен этот коэффициент равен по умолчанию 1,27, для нормальной теплоизоляции (кладка в два кирпича) – 1,0, для хорошо утепленных стен – 0,85.
• K³ – учитываем среднюю температуру воздуха в пик зимних холодов. Так, для -10 °С коэффициент равен 0,7. На каждые -5 °С добавляем к коэффициенту 0,2. Так, для -25 °С коэффициент будет равен 1,3.
• K⁴ – принимаем во внимание соотношение пола и площади окон. Начиная с 10 % (коэффициент равен 0,8) на каждые следующие 10 % добавляем 0,1 к коэффициенту. Так, для соотношения 40 % коэффициент будет равен 1,1 (0,8 (10%) +0,1 (20%)+0,1(30%)+0,1(40%)).
• K⁵ – понижающий коэффициент, корректирующий количество тепловой энергии с учетом типа помещения, расположенного выше. За единицу берем холодный чердак, если чердак отапливаемый – 0,9, если над комнатой отапливаемое жилое помещение – 0,8.
• K⁶ – корректируем результат в сторону увеличения с учетом количества стен, контактирующих с окружающей атмосферой.  Если 1 стена – коэффициент равен 1,1, если две – 1,2 и так далее до 1,4.
• K⁷ – и последний коэффициент, корректирующий расчеты относительно высоты потолков. За единицу берется высота 2,5, и на каждые полметра высоты прибавляется 0.05 к коэффициенту Таким образом, для 3 метров коэффициент – 1,05, для 4 – 1,15.

Благодаря этому расчету, вы получите количество тепловой энергии, которая необходима для поддержания комфортной среды обитания в частном доме или нестандартной квартире. Остается только разделить готовый результат на значение теплоотдачи выбранных вами радиаторов, чтобы определить количество секций.

Оцените статью: Поделитесь с друзьями!

схема определения и важные параметры комнат

При длительном проживании в доме многие люди сталкиваются с необходимостью замены системы отопления. Некоторые владельцы квартир в определённый момент решают выполнить замену изношенного радиатора отопления. Чтобы после выполнения необходимых мероприятий в доме была обеспечена теплая атмосфера, необходимо правильно подойти к задаче расчета отопления для дома по площади помещения. От этого во многом зависит эффективность работы системы отопления. Чтобы обеспечить это, нужно правильно произвести расчет количества секций устанавливаемых радиаторов. В этом случае теплоотдача от них будет оптимальной.

Если количество секций будет недостаточным, то необходимый прогрев комнаты никогда не произойдет. А по причине недостаточного количества секций в радиаторе возникнет большой расход тепла, что негативным образом отразится на бюджете владельца квартиры. Определить потребность конкретного помещения в отоплении можно, если произвести простые расчеты. А для того чтобы они казались точными, при их выполнении необходимо принимать во внимание целый ряд дополнительных параметров.

Простые вычисления по площади

Для того чтобы правильно рассчитать радиаторы отопления для определенного помещения, необходимо, прежде всего, принимать во внимание площадь комнаты. Самый простой способ — ориентироваться на сантехнические нормы, согласно которым для отопления 1 кв. м. требуется 100 Ватт мощности радиатора отопления. Следует не забывать и о том, что этот метод может использоваться для помещений, у которых высота потолков стандартная, то есть, варьируется от 2,5 до 2,7 метра. Выполнение расчетов с использованием этого метода позволяет получить несколько завышенные результаты. Помимо этого при его использовании во внимание не принимаются следующие особенности:

• число окон и тип пакетов, установленных в помещении;
• количество наружных стен, расположенных в помещении;
• материалы изготовления стен и их толщина;
• тип и толщина используемого утеплителя.

Тепло, которое для создания комфортной атмосферы в помещении должны давать радиаторы: для получения оптимальных расчетов необходимо взять площадь помещения и умножить ее на тепловую мощность радиатора.

Пример расчета радиатора

Скажем, если комната имеет площадь 18 кв. м., то для неё потребуется батарея мощностью 1800 ватт.

18 кв. м. х 100 Вт = 1800 Вт.

Полученный результат необходимо разделить на количество тепла, которое в течение часа выделяет одна секция радиатора отопления. Если в паспорте изделия указывают, что этот показатель равен 170 Вт, то далее расчеты будут такими:

1800 Вт / 170 Вт = 10,59.

Полученный результат необходимо округлить до целого. В результате получаем 11. Это означает, что в помещение с такой площадью оптимальным решением будет установка радиатора отопления с одиннадцатью секциями.

Следует сказать, что подобный метод отлично подходит только помещений, которые получают тепло от централизованной магистрали, где циркулирует теплоноситель с температурой 70 градусов Цельсия.

Существует еще один способ, который по своей простоте превосходит предыдущие. Применять его можно для расчета количества отопления в квартирах панельных домов. При его использовании учитывается то, что одна секция в состоянии обогреть площадь 1,8 кв. м., то есть, при выполнении расчетов площадь помещения следует разделить на 1,8. Если комната имеет площадь 25 кв. м., то для обеспечения оптимального отопления потребуется 14 секций в радиаторе.

25 кв. м. / 1,8 кв. м. = 13,89.

Однако у такого метода расчета имеется один нюанс. Его нельзя использовать для приборов пониженной и повышенной мощности. То есть, для тех радиаторов, у которых отдача одной секции варьируется в диапазоне от 120 до 200 Вт.

Метод расчета отопления для комнат с высокими потолками

Если в помещении потолки имеют высоту более 3 метров, то применение перечисленных выше способов не дает возможности правильно рассчитать потребность в отоплении. В таких случаях необходимо использовать формулу, которая учитывает объем помещения. В соответствии с нормативами СНиП, для обогрева одного кубического метра объема помещения требуется 41 Ватт тепла.

Пример расчета радиатора

Отталкиваясь от этого, для обогрева помещения, площадь которого составляет 24 кв. м., а высота потолков не менее 3 метров, расчеты будут следующие:

24 кв. м. х 3 м = 72 куб. м. В результате получаем общий объем помещения.

72 куб. м. х 41 Вт = 2952 Вт. Полученный результат — суммарная мощность радиатора, который обеспечит оптимальный обогрев комнаты.

Теперь необходимо рассчитать количество секций в батарее для комнаты такой площади. В том случае если в паспорте к изделию указано, что теплоотдача одной секции составляет 180 Вт, при расчетах необходимо общую мощность батареи разделить на это число.

В итоге получаем 16,4. Потом результат нужно округлить. В результате имеем 17 секций. Батареи с таким количеством секций вполне хватит для создания теплой атмосферы в комнате площадью 72 м³. Выполнив несложные вычисления, получаем нужные нам данные.

Дополнительные параметры

Выполнив расчет, следует провести корректировку полученного результата, принимая во внимание особенности комнаты. Они должны учитываться следующим образом:

• для комнаты, являющейся угловой, с одним окном при расчетах к полученной мощности батареи необходимо добавить 20% дополнительно;
• если в помещении имеется два окна, то должна быть выполнена корректировка в сторону увеличения на 30%;
• в случаях, когда монтаж радиатора выполняется в нише под окном, его теплоотдача несколько снижается. Поэтому необходимо добавить к его мощности 5%;
• в комнате, в которой окна выходят на северную сторону, к мощности батареи необходимо дополнительно добавить 10%;
• украшая батарею в своей комнате специальным экраном, следует знать, что он крадет у радиатора некоторое количество тепловой энергии. Поэтому дополнительно необходимо прибавить к радиатору 15%.

Специфика и другие особенности

В помещении, для которого производится расчет потребности в отоплении, может быть и другая специфика. Важными становятся следующие показатели:

• температура циркулирующего в радиаторах отопления теплоносителя не должна быть ниже 70 градусов. Если уровень температуры меньше, то число секций в приборе отопления необходимо увеличить;
• в том случае, если между двумя помещениями дверь отсутствует, следует выполнить расчет их общей площади, а потом рассчитать количество радиаторов, необходимых для оптимального обогрева;
• в помещениях, в которых на окнах установлены стеклопакеты, потери тепла сведены к минимуму. Поэтому при выборе радиатора отопления можно устанавливать изделие с меньшим количеством секций.

Климатические зоны

Каждый знает, что каждая климатическая зона имеет свои потребности в обогреве. Поэтому при разработке проекта необходимо принимать во внимание эти показатели.

У каждой климатической зоны имеются свои коэффициенты, которые необходимо использовать при расчетах.

Для средней полосы России этот коэффициент равен 1. Поэтому он не используется при расчетах.

В северных и восточных регионах страны коэффициент равен 1,6.

В южной части страны этот показатель варьируется от 0,7 до 0,9.

При выполнении расчетов необходимо на этот коэффициент умножить тепловую мощность. А потом на теплоотдачу одной секции разделить полученный результат.

Заключение

Расчет отопления в помещении очень важен для обеспечения теплой атмосферы в жилище в зимнее время. Больших сложностей с выполнением расчетов обычно не возникает. Поэтому каждый владелец может осуществить их самостоятельно, не прибегая к услугам специалистов. Достаточно найти формулы, которые используются для расчетов.

В этом случае можно сэкономить на приобретении радиатора, так как вы будете избавлены от необходимости платить за ненужные секции. Установив их на кухне или в гостиной, в вашем жилище будет царить комфортная атмосфера. Если вы неуверены в точности своих расчетов, из-за которых вы не подберете оптимальный вариант, то следует обратиться к профессионалам. Они правильно произведут расчеты, а после качественно выполнят установку новых радиаторов отопления или грамотно проведут монтаж системы отопления.

Оцените статью: Поделитесь с друзьями!

Как рассчитать количество секций радиатора? точный расчет.

Система отопления имеет не маловажную роль в обустройстве помещения жилого или нежилого назначения.

В общем, на этот фактор влияет несколько моментов:

 

1. Во-первых, необходимо учитывать площадь отапливаемого пространства. 

2. Во-вторых, наличие и количество оконных и дверных проемов в помещении. 

3. В-третьих, размер радиатора.

4. В-четвертых, статус помещения в зависимости от его назначения.

---

В процесс подготовительной работы при установке систем отопления входит правильный расчет размера радиатора необходимых для данного помещения.

Как рассчитать количество секций радиатора, согласно плану?

 

Правильные вычисления помогут решить множество проблем, которые всплывут только после монтажа. Например, если установить количество батарей, недостаточное для эффективной работы, то энергии ими выделяемой будет не достаточно для обеспечения необходимого температурного режима. 

И напротив, если применять радиаторы с превышением нормы, это повлечет завышенные расходы на отопление. Для стандартного помещения расчеты представляют собой простой процесс, доступный каждому.

 

Вариант № 1. Расчет с учетом площади отапливаемого помещения

 

Не сложные предварительные вычисления можно провести, ориентируясь на площадь помещений. Этот способ рассчитан для помещений с высотой  2.4 – 2.6 метра. По нормам для обогрева помещений с низким потолком необходимо 100Вт на квадратный метр.

Чтобы рассчитать количество расходуемой мощности, необходимо умножить данный показатель на площадь жилой комнаты.  Стандартная комната в 18 кв.м. потребует 1.8 кВт тепловой энергии. 

При этом расчет количества секторов батарей обеспечит рациональное использование ресурсов. Чтобы рассчитать необходимый размер радиатора (в секциях) полученный результат мощности делим на теплоотдачу устройства. Эти показатели отмечаются производителем непосредственно на радиаторных секциях.

Например, стандартный расход равен 170 Вт. В нашем случае расчет будет выглядеть так: 1800Вт / 170 Вт получает 10.6. Дробный показатель округляем в сторону большего. То есть для нашей комнаты потребуется 11 секций.

Округление всегда осуществляется к большему, за исключением тех комнат, в которых потеря тепла низкая. Например, кухня. Кроме того следует учитывать и индивидуальные факторы, способные повлиять на изменение тепловых потерь от стандарта. Если в комнате есть выход на балкон, большое окно или помещение находится в углу строения. В этих случаях рассчитать количество секций необходимо повысив на 17-20%.

Вариант № 2.

Расчеты с учетом объема помещения

 

Этот метод более точный. Алгоритм расчетов аналогичен предыдущему варианту. В первую очередь производится расчет потребляемой мощности, а затем расчет количество секторов радиатора. Согласно нормативам СНИП для обогрева 1 куб.м. необходимо 41 Вт мощности. Для получения объема комнаты проводим элементарные вычисления: площадь помещения, умноженная на высоту. После чего полученный объем помещения умножаем на величину норматива.

Стоит учесть, что современные стеклопакеты уменьшают теплопотерю до 34 Вт. Итак, пример на нашей комнате, только высота потолка 3 метра.

 

Вот наши вычисления:

 

Объем помещения – 18 кв.м. х 3 м получаем 54 куб.метров;

далее расчет теплового расхода – 54 куб.м. х 41 Вт получаем 2214 Вт.

Взяв радиаторы мощностью 170 В получим: 2214/170=13 секций. Производители зачастую завышают показатели отдачи тепла, за счет погрешностей. В реальности стоит ориентироваться на показатели по минимуму затрат, указанные в паспорте радиатора.

 

Вариант № 3. Точный расчет

 

Этот вариант подходит для вариантов как расчет нестандартных помещений. То есть учитываются все факторы, которые повлияют на уровень теплоотдачи. Вот формула, по которой рассчитывают необходимую энергию:

 

КТ = 100 х  S х К1 х К2 х К3 х К4 х К5 х К6 х К7,  где 

• КТ — количество мощность тепла;
• S — площадь в кв. м. помещения; 
• К1 —  остекление окон: 
• Обычные окна — 1,27; 
• Двойные стеклопакеты — 1,0; 
• Тройные стеклопакеты — 0,85;

 

К2 —  теплоизоляция : 

 

• Низкий уровень — 1,27; 
• Средний уровень  — 1,0; 
• Высокий уровень— 0,85. 

 

К3 — соотношение размера окна и площади комнаты: 

 

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

 

К4 — температурный режим в зимнее время:

 

• 10 гр — 0,7.
• 15 гр — 0,9; 
• 20гр — 1,1; 
• 25 гр — 1,3;
• 35 гр — 1,5; 

 

К5 — наличие наружных стен: 

 

• 1 стена— 1,1; 
• 2 стены— 1,2; 
• 3 стены— 1,3; 
• 4 стены— 1,4.

 

К6 — вид строения:

 

• Отапливаемая мансарда или чердак — 0,9; 
• Жилое помещение — 0,8 
• К7 — высота комнаты: 
• до 2,5 м — 1,0; 
• 3 — 3.5 м — 1,05; 
• 3,5 — 4 м — 1,1; 
• 4 – 4.5м — 1,15;
• 4,5 м и более — 1,2. 

С помощью подобного варианта расчета учитываются все нюансы помещения. Результат, полученный в процессе применения вышеуказанной формулы, необходимо разделить на коэффициент теплоотдачи одного сектора радиатора, который указан в паспорте устройства. А полученное число округлить. Это и есть количество необходимых для данного помещения секций в отопительной системе.

 

Вариант № 4.

 

Простой способ как определить необходимое количество секций радиатора
Калькулятор расчетов можно найти в сети интернет на сайтах крупных производителей отопительных систем и комплектующих к ним. Удобные программы-калькуляторы позволят быстро и без проблем произвести расчеты любой сложности. Для этого достаточно заполнить необходимые поля формы.

 

Расчет количества радиаторов отопления на площадь видео

Расчет радиаторов отопления по площади дома: три основных варианта

Что нужно знать при расчете количества секций

Тот, кто ввязался в строительство собственного дома, даже не подозревает, что его ждет впереди. Ведь поднять коробку из стен, пола и кровли — это самое легкое. Все сложности начинаются после. Они касаются не только отделочных работ, но и сооружения коммуникационных сетей, где система отопления занимает одну из самых важных позиций. Мы не будем говорить обо всей системе, а рассмотрим вопрос расчета радиаторов отопления по площади дома.

Почему именно по площади? Потому что это самый простой вариант, который не требует особых знаний. Хотя это слишком просто сказано — не требует знаний. В любом деле знания или хотя бы информация имеют огромное значение. Но для определения необходимого числа радиаторов есть упрощенная формула, по которой можно рассчитать требуемое количество тепловой энергии для помещения.

В этой формуле присутствует одно соотношение — для обогрева 10 квадратных метров площади необходимо затратить 1 киловатт тепла. Но есть здесь одно очень важное положение — это соотношение будет действовать лишь в том случае, если высота потолков в доме не превышает трех метров. Оптимальный вариант — 2,7–2,8 м.

Формула расчета

Выше уже было оговорено, что эта формула имеет упрощенный вид. Дело в том, что для расчета радиаторов отопления требуются коэффициенты, которые определяют объем теплопотерь здания.

К примеру:

• Количество окон. В комнате может быть одно окно, а может быть два или три. Понятно, что чем больше оконных проемов, тем холоднее в помещении. И не так уж важно, сколько камер в стеклопакете, хотя этот показатель, конечно, будет влиять на потери тепла. А представьте себе панорамные окна! Вот где огромное количество тепла уходит напрасно. То же самое можно сказать и о входных дверях.
• Расположение комнаты. В угловой комнате тепловые потери больше, чем во внутренней. И это также необходимо обязательно учитывать.
• Один из основных коэффициентов — это показатель теплоизоляции строения. Чем лучше проведено утепления здания, тем меньше теплопотерь. А, значит, можно говорить о снижении количества секций радиатора.
• То же самое можно сказать и о месте расположения помещения внутри дома по отношению к сторонам света. На южной стороне можно устанавливать радиаторы с меньшим количеством секций, а на северной с большим.

У многих может возникнуть вопрос, в чем же простота расчета. Знать все коэффициенты простому обывателю невозможно. Конечно, найти их в интернете не проблема, поскольку информации много. Но стоит ли этим заниматься? Не лучше ли передать этот вопрос специалисту? Конечно, он возьмет за свои услуги определенную сумму. Поэтому можно поступить еще проще — использовать онлайн калькулятор. К примеру, на нашем сайте.

Для этого вам необходимо определить самостоятельно, а самое главное правильно:

• площадь помещений и оконных проемов
• их количество
• толщину стен и теплоизоляции
• количество наружных стен и их площадь
• высоту потолков
• среднюю температуру воздуха в вашем регионе

Внимание! Последний показатель считается очень важным. Многие специалисты рекомендуют брать не среднюю температуру, а минимальную. Они считают, что лучше сделать небольшой запас, чем мерзнуть в самые студеные морозы.

Теплоотдача радиаторов

Тут возникает еще один момент, который влияет на правильность расчета батарей отопления. Это мощность используемых радиаторов.

Всем известно, что современный рынок отопительного оборудования предлагает четыре вида радиаторов отопления:

• Чугунные.
• Стальные.
• Алюминиевые.
• Биметаллические.

У каждого вида своя тепловая отдача, которая зависит от теплопроводности материала и габаритных размеров самого отопительного прибора. Приведем несколько примеров, которые покажут эти отличия.

В первую очередь определяем теплопроводность материала:

• У чугуна она равна 52 Вт/м*К.
• У стали 65 Вт/м*К.
• У алюминия 230 Вт/м*К.
• У биметаллических радиаторов 380 Вт/м*К.

Из этого сравнения становится понятно, что оптимальный вариант — это биметаллические радиаторы отопления. У них самая высокая тепловая отдача. Но многое будет зависеть и от размеров отопительного прибора, ведь производители сегодня предлагают достаточно широкую модельную линейку.

Давайте сравним несколько моделей:

• Чугунная гармошка марки М-140, в которой межосевое расстояние составляет 500 мм. Теплоотдача одной секции — 175 Вт/м*К.
• С тем же межосевым расстоянием алюминиевый радиатор от «РИФАР» — 183 Вт/м*К.
• От РИФАР биметаллические батареи — 204 Вт/м*К.

Как видите, и здесь достаточно большие различия, которые непосредственным образом будут влиять на правильно проведенный расчет радиаторов отопления, где учитывается площадь отапливаемого помещения. Кстати, именно секция батареи, а точнее, ее мощность обычно используется в проведении всех видов расчетов, касающихся определения тепловой отдачи отопительных приборов. Не забываем использовать нормы и требования СНиП.

У многих потребителей, которые впервые сталкиваются с подбором и расчетами радиаторов отопления, возникают вопросы по определению их теплоотдачи. Ведь не искать же эти показатели, рыская по интернету. Такой необходимости нет. Все технические характеристики отопительных приборов производитель указывает в паспорте изделия. Так что искать ничего не надо.

Коэффициенты

Расчет количества радиаторов отопления

Хотелось бы вернуться к коэффициентам, которые корректируют расчет. Конечно, их знание для такого способа, как онлайн калькулятор, необязательно. Но для информации, по нашему мнению, они могут быть использованы.

Не будем расписывать все коэффициенты, просто выборочно покажем некоторые из них:

• Если в вашем доме установлены окна с обычным одинарным стеклопакетом, то для расчета количества тепла, необходимого для определенного помещения, нужно использовать коэффициент 1,27. Если устанавливаются окна с двойным стеклопакетом, используется коэффициент 1,0. Не забываем, что по СНиП обычно учитываются и размеры самого оконного проема, а именно, площадь стеклопакетов.
• Коэффициент с учетом теплоизоляции. Хорошая теплоизоляция — коэффициент 1,0. Что значит хорошая теплоизоляция? Например, стена в два кирпича или в полтора с утеплителем толщиной 5 см. Варианты могут быть разными. Пониженная теплоизоляция — коэффициент 1,27. Повышенная — 0,85.
• Вернемся к окнам. Чтобы точнее рассчитать необходимое количество тепла, нужно определить соотношение площади окон к площади пола. А, соответственно, к каждому соотношению есть свой коэффициент. Буквально несколько примеров. При соотношении 50% используется коэффициент 1,2. При 10% — 0,8.
• Кстати, даже чердачное помещение влияет на проводимый расчет. Если оно отапливаемое, то применяется коэффициент 0,9, если нет — 1,1.
• Напоминаем и о высоте потолков. Здесь также присутствуют большие различия. А именно, высота 2,5 м — коэффициент 1,0, высота 3,0 — 1,05, 4 м — 1,15.

Заключение по теме

Как видите, расчет количества радиаторов отопления по площади дома — процесс достаточно сложный и серьезный. Если вы в этом деле не являетесь специалистом, лучше воспользуйтесь или упрощенным расчетом, или калькулятором на нашем сайте. Второй вариант точнее и надежнее.

Как рассчитать количество батарей для отопления для вашей квартиры

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

Расчет количества радиаторов отопления на комнату

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

Расчет количества секций радиатора

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

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

P=100*S*k₁*k₂*k₃*k₄*k₅*k₆*k₇, где

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

S – площадь помещения в кв. метрах;

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

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

k₁=1,27,

для двойного стеклопакета k₁=1,

для тройного k₁=0,85;

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

для стены с худшей теплоизоляцией – 1,27,

с лучшей теплоизоляцией – 0,85;

Выбирайте радиатор нужной мощности!

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

при Sокон/Sпола= 0,4 k₃=1,1;

при Sокон/Sпола= 0,3 k₃=1,0;

при Sокон/Sпола= 0,2 k₃=0,9;

при Sокон/Sпола= 0,1 k₃=0,8.

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

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

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

если -20°С, то k₄= 1,1;

если -15°C, то k₄= 0,9;

если – 10°С, то k₄= 0,7:

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

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

если две стены, то k₅=1,2;

если три стены, то k₅=1,3;

если 4 стены, то k₅=1,4.

Радиатор в угловой комнате должен быть мощнее

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

k₆ принимается равным 1;

если отапливаемый чердак, то k₆ = 0,9;

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

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

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

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

В комнате с высоким потолком радиатор должен быть мощнее

Как рассчитать количество батарей отопления в режиме online

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

Чугунные радиаторы по-прежнему пользуются большой популярностью

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

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

Биметаллические радиаторы имеют растущую популярность

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

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

Алюминиевые радиаторы парового отопления привлекательны своей дешевизной

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

Точный расчет количества радиаторов (секций) отопления

Подсчитать количество необходимых секций для осуществления отопления нужной вам площади вы легко можете с помощью специального калькулятора на сайте. Стоит отметить, что данные с этого калькулятора могут быть не совсем достоверные. Наиболее точные данные для расчета можно произвести исключительно вручную с учетом каждого помещения.

Точный расчет количества радиаторов (секций) отопления

Подсчитать количество необходимых секций для осуществления отопления нужной вам площади вы легко можете с помощью специального калькулятора на сайте. Стоит отметить, что данные с этого калькулятора могут быть не совсем достоверные. Наиболее точные данные для расчета можно произвести исключительно вручную с учетом каждого помещения.

Наиболее простые способы рассчитать секции в вашем жилище.

Первый вариант. Составление данных исходя из объема необходимой комнаты.

Данный способ обозначен в СНиП и наиболее хорошо подходит для стандартного типа жилья. В основе этого способа: вы берете 41 Вт на 1 метр в кубе той площади, которую вы планируете отапливать. Чтобы правильно рассчитать и узнать сколько секций вам требуется, вы должны поделить весь объем необходимой для отопления комнаты на мощность отпаивания 1 секции. Последняя составляющая обязана быть указан в прилагаемой документации к радиатору.

Второй вариант. Расчет исходя из всей площади нужной вам комнаты.

В данном способе вы уже берете не 41, а 100 Вт мощности на 1 метр кубический нужной комнаты. Стоит заметить, что данный способ подойдет для помещений, где потолки ниже 2.5 метров. Для того, чтобы узнать сколько нужно секций для полноценного топления вашего жилого помещения, вам необходимо поделить всю площадь комнаты на мощность 1 секции. Последний параметр должен быть указан в тех. документах радиатора.

Образец того, как правильно вычислить сколько требуется секций для вашего помещения.

N=S/P*100, где:

N —  то число, которое указывает необходимое количество секций. Если число получилось нецелое, то его нужно округлить.

S — общая площадь необходимого помещения в кубических метрах.

P — Вт одной секции, то есть ее теплоотдача.

Для данного вычисления отметим несколько особенностей. К примеру, если к необходимой вам комнате еще прилегает балкон, или она располагается в угловой части здания, или есть несколько окон, то лучшим вариантом к полученному результату прибавить примерно 20 процентов. При получении дробного конечного результата, округлите итоговую цифру в большую сторону.

Стоит также отметить: данный результат подразумевает самые лучшие условия. Имеется в виду, что в вашем помещении нету иных потерь тепла, система отопления идеально и без перебоев работает, а окна и двери не допускают утечки тепла. Если брать более реалистичные условия, то вам стоит рассчитывать на большее количество необходимых секций. Также стоит отметить, что данные способы вычисления весьма условны и не берут в оборот дополнительные детали, такие как сохранения тепла окнами и толщина стен вашего жилого помещения. Данные факторы могут оказать значительное влияние и их обязательно следует учитывать при вычислениях.

Как правильно и максимально точно узнать сколько требуется секций именно для вашего типа жилья.

Варианты расчета секций, которые указывались выше больше всего подходят на стандартных квартирах с наиболее распространенными параметрами. С помощью тех простых способов получить необходимый результат для новых видов квартир и домов просто невозможно. Для более точного расчёта вам необходимо использовать данную формулу:

КТ = 100Вт/м2 * S * К1 * К2 * К3 * К4 * К5 * К6 * К7,

Основу составляет расчёт в 100 Вт на квадратный метр, однако площадь помещения в данной формуле имеет несколько дополнительных параметров о которых и пойдет речь:

K1 — параметр, который отвечает за остекление проемов окон:

двойное остекление: 1.27;

двойной стеклопакет: 1.0;

тройной стеклопакет: 0.85;

K2 — параметр, который отвечает за теплоизоляцию стен:

Плохой уровень: 1.27;

Средний уровень: 1.0;

Высокий уровень: 0.85;

K3 — параметр соотношения окна и пола в комнате:

50 процентов: 1.2;

40 процентов: 1.1;

30 процентов: 1.0;

20 процентов: 0.9;

10 процентов: 0.8;

K4 — параметр вычисления среднего уровня температуры в помещении в самую холодную неделю года:

 -35°C: 1.5;

 -25°C: 1.3;

 -20°C: 1.1;

 -15°C: 0.9;

-10°C: 0.7;

K5 — параметр корректировки тепла с соответствием количество стен снаружи:

1: 1.1;

2: 1.2;

3: 1.3;

4: 1.4;

K6 — параметр, который отвечает за учет комнаты, которая располагается выше:

Холодное: 1.0;

Отапливаемое: 1.0;

Отапливаемое жилое: 1.0;

K7 — параметр, который отвечает за высоту потолков(в метрах):

 2.5: 1.0;

 3.0: 1.05;

 3.5: 1.1;

 4.0: 1.15;

 4.5: 1.2;

Данная формула позволяет наиболее точно рассчитывать количество необходимых для отпаивания вашей комнаты секций. Чтобы узнать требуемое число секций радиаторов, поделите итоговый результат на мощность 1 секции. Последний вариант расчета учитывает многие особенности вашего помещения и позволяет наиболее точно и объективно произвести все расчёты. Для современного жилья, которое отличается от традиционных моделей лучше всего использовать именно эту формулы для расчёта, так как она учитывает многие особенности и дополнительные детали вашей системы отопления, которые могут оказать итоговое значения при конечном расчете.

(PDF) Анализ тепловыделения литий-ионного аккумулятора во время зарядки и разрядки с учетом различных факторов влияния

Выводы

Для того, чтобы спрогнозировать влияние изменения температуры аккумулятора на характеристики электромобиля, тепловыделение во время зарядки и Разряд

требует детального анализа. Джоулевое тепло и реакционное тепло являются основными источниками тепла, которые в значительной степени зависят от рабочих условий, включая температуру окружающей среды, эффект старения, SOC и ток заряда / разряда.

В этой статье мы проводим серию экспериментов по

для определения параметров тепловыделения. Параметр Джоулева тепла

(внутреннее сопротивление) откалиброван при различных температурах

, SOC и условиях разложения, а параметр тепла реакции

(эффективный энтропийный потенциал) равен

, рассчитанному путем измерения OCV при разных SOC при

широкий температурный диапазон. Сделан вывод, что джоулева теплота

увеличивается при более низкой температуре и по мере старения элемента, и эффект старения

более значим для процесса зарядки, чем разряд

.Напротив, для реакции

тепловыделения в процессе старения в большей части диапазона SOC существует небольшое изменение.

Battery SOC также влияет на количество джоулева тепла и реакции.

Скорость тепловыделения. Более высокий рабочий ток приводит к увеличению на

джоулей и выработке тепла реакции, а также к увеличению на

процента джоулей тепла в общем тепловыделении.

На основе анализа тепловыделения реализована модель сосредоточенного теплового

для расчета изменения температуры батареи

в процессе заряда / разряда.Расчетная температура

хорошо соответствует экспериментальным результатам

при различных токах и условиях старения, подтверждая точность анализа тепловыделения

. Следовательно, если известен входной ток

, этот метод может быть использован для

прогнозирования будущего изменения температуры. Также перспективно применение этого метода в системе управления батареями электромобилей

из-за его простоты.

Выражение признательности Это исследование финансируется МОСТ (Министерство науки и технологий

) Китая (грант №2011AA11A227 и

2010DFA72760) и Министерства образования Китая (грант

№ 2012DFA81190).

Ссылки

1. Чжан Дж., Ли Дж. Обзор прогнозирования и мониторинга состояния литий-ионной батареи

. J Источники энергии. 2011; 196: 6007–14.

2. Чжао XW, Zhang GY, Yang L и др. Новый режим зарядки ионных аккумуляторов Li-

композитами LiFePO4 / C при низких температурах.

J Therm Anal Calorim. 2011; 104: 561–7.

3. Bhide S, Shim T. Новая электрическая литий-ионная батарея с прогнозированием модели

, включающая эффекты теплового и скоростного факторов. IEEE Trans Veh

Technol. 2011; 60: 819–29.

4. Лу Т.Ю., Чианг С.К., Ву Ш. и др. Оценка термической опасности литий-ионных аккумуляторов

18650 с помощью адиабатического калориметра. J Therm

Анал Калорим. 2013; DOI: 10.1007 / s10973-013-3137-9.

5. Лу Л., Хань Х, Ли Дж. И др. Обзор ключевых вопросов управления литий-ионными батареями

в электромобилях.J Источники энергии.

2013; 226: 272–88.

6. Ян К., Дж. Дж., Чен С. Анализ температурных характеристик аккумуляторной батареи

LiFePO4 / C во время зарядки и разрядки.

J Therm Anal Calorim. 2010; 99: 515–21.

7. Fang K, Chen S, Mu D, et al. Интенсивность тепловыделения металлогидридной батареи никель-

во время зарядки / разрядки. J Therm Anal

Калорим. 2013; 112: 977–81.

8. Bandhauer TM, Garimella S, Fuller TF. Критический обзор

тепловых проблем в литий-ионных батареях.J Electrochem Soc. 2011;

158: R1–25.

9. Chen SC, Wan CC, Wang YY. Термический анализ литий-ионных аккумуляторов

. J Источники энергии. 2005; 140: 111–24.

10. Wu W, Xiao X, Huang X. Влияние конструктивных параметров батареи

на тепловыделение и использование в литий-ионном элементе. Электрохим

Acta. 2012; 83: 227–40.

11. Форгез К., До Д.В., Фридрих Г. и др. Тепловое моделирование цилиндрической LiFePO

4

/ графитовой литий-ионной батареи.J Power Sour-

ces. 2010; 195: 2961–8.

12. Томас К.Э., Ньюман Дж. Тепловое моделирование пористых вставных электродов

. J Electrochem Soc. 2003; 150: A176–92.

13. Андреа Д., Мейлер М., Штайнер К. и др. Определение характеристик литий-ионных аккумуляторов высокой мощности

методом электрохимического импеданса спектроскопии

. I. Экспериментальное исследование. J Источники энергии. 2011;

196: 5334–41.

14. Эккер М., Гершлер Дж. Б., Фогель Дж. И др.Разработка модели прогнозирования срока службы

для литий-ионных батарей на основе расширенных данных испытаний на ускоренное старение

. J Источники энергии. 2012; 215: 248–57.

15. Вишванатан В.В., Чой Д., Ван Д. и др. Влияние изменения энтропии

интеркаляции лития в катодах и анодах на терморегулирование литий-ионных аккумуляторов

. J Источники энергии. 2010; 195: 3720–9.

16. Томас К.Э., Богату К., Ньюман Дж. Измерение энтропии

реакции как функции состояния заряда в легированном и нелегированном оксиде лития-марганца

.J Electrochem Soc. 2001; 148: A570–5.

17. Мэтт Р., Тернер Л., Метлах Х. Аккумуляторная система VOLTEC для электромобиля

с увеличенным запасом хода. Двигатели SAE Int J. 2011; 4:

1944–62.

18. Руководство по тестированию аккумуляторных батарей для гибридных электромобилей. Айдахо

Национальная лаборатория. 2010. http://www.inl.gov/technicalpublica

tions / Documents / 4655291.pdf. По состоянию на 10 мая 2013 г.

19. Remmlinger J, Buchholz M, Meiler M, et al. Состояние здоровья

мониторинг литий-ионных аккумуляторов в электромобилях с помощью оценки внутреннего сопротивления на плате

.J Источники энергии. 2011; 196:

5357–63.

20. Томас К.Э., Ньюман Дж. Теплоты смешения и энтропия в пористых вставных электродах

. J Источники энергии. 2003; 119–121: 844–9.

21. Dubarry M, Truchot C, Liaw BY. Синтезировать режимы деградации батареи

с помощью диагностической и прогностической модели. J Источники энергии.

2012; 219: 204–16.

22. Belt J, Utgikar V, Bloom I. Calendar и PHEV цикл жизненного старения

высокоэнергетических литий-ионных элементов, содержащих смешанную шпинель и

катодов со слоистым оксидом

.J Источники энергии. 2001; 196: 10213–21.

23. Zheng Y, Han X, Lu L, et al. Блок питания литий-ионных аккумуляторов исчезает

Идентификация неисправностей на основе энтропии Шеннона в электромобилях.

Дж Источники энергии. 2013; 223: 136–46.

24. Чанг СиДжей, Ян Дж.Л., Ченг У.С. Оценка температуры и состояния заряда ультраконденсаторов

на основе расширенного фильтра Kalman

. J Источники энергии. 2013; 234: 234–43.

25. Браун Д., Ландерс Р.Г. Ориентированное на управление тепловое моделирование литий-ионных аккумуляторов

на основе модели первого принципа с помощью модели

, сокращенной с помощью глобального алгоритма Арнольди.J Electrochem Soc.

2012; 159: A2043–52.

26. Онда К., Охшима Т., Накаяма М. и др. Температурное поведение небольшой литий-ионной батареи

во время быстрой зарядки и разрядки

циклов. J Источники энергии. 2006; 158: 535–42.

27. Ye Y, Shi Y, Cai N, et al. Электротермическое моделирование и экспериментальная проверка литий-ионного аккумулятора. J Источники энергии.

2012; 199: 227–38.

1010 G. Liu et al.

123

Калькулятор энергии и времени работы батареи • Электрические, радиочастотные и электронные калькуляторы • Онлайн-конвертеры единиц

Прежде чем объяснять, как использовать этот калькулятор, сначала мы дадим несколько определений.Это необходимо из-за противоречивой терминологии в области электрических батарей.

Терминология

Сухой элемент или одноэлементный или одноэлементный аккумулятор — это наименьшая форма электрического устройства, способного генерировать электрическую энергию в результате химических реакций, состоящих из двух электродов, химической смеси и корпуса. Это тип батареи, используемый для обеспечения электропитания портативных устройств, таких как фонарики. Элемент обычно имеет номинальное напряжение от 1 до 3 вольт в зависимости от его химического состава.Примеры: элементы AAA, AA, C, D (батарейки).

Аккумулятор представляет собой устройство, состоящее из одного (одноэлементный аккумулятор) или нескольких (многоэлементный аккумулятор) электрохимических элементов, установленных в одном корпусе и соединенных вместе последовательно и параллельно, предназначенное для питания различных электрических устройств. Примеры: автомобильный аккумулятор 12 В 45 Ач, состоящий из шести перезаряжаемых элементов 2 В 45 Ач.

Батарейный блок или батарейный блок состоит из нескольких батарей (или батарейных модулей), соединенных параллельно или последовательно, или обоих, последовательно и параллельно, которые обеспечивают резервное или аварийное питание и не имеют общего корпуса.Примером батарейного блока являются две параллельно подключенные аккумуляторные батареи 12 В 8 Ач, используемые в ИБП, которые не имеют общего корпуса. В конце статьи мы более подробно обсудим параллельное и последовательное подключение аккумуляторов в банки.

Формулы и определения

Одиночная батарея

Следующая формула показывает взаимосвязь между током , потребляемым от батареи, ее емкостью и C-скоростью :

или

, где

I _bat — ток в амперах, потребляемый от аккумулятора,

C _bat — номинальная емкость аккумулятора в ампер-часах (означает, что ампер на часы), которая обычно указывается на аккумуляторе, и

C _rate — это C-rate батареи, который определяется как разрядный ток, деленный на теоретический потребляемый ток, при котором батарея будет обеспечивать свою номинальную емкость за один час.

Время работы t и C-rate обратно пропорциональны:

или

Обратите внимание, что это теоретическое время работы . Из-за различных внешних факторов реальное время работы будет примерно на 30% меньше, чем рассчитано по этой формуле. Также следует отметить, что допустимая глубина разряда (DOD) аккумулятора еще больше ограничивает время его работы.

Номинальная энергия в ватт-часах , сохраненная в батарее, рассчитывается по следующей формуле:

, где

E _bat — номинальная энергия, сохраненная в батарее в ватт-часах,

V _bat — номинальное напряжение аккумулятора в вольтах, а

C _bat — номинальная емкость аккумулятора в Ач.

Энергия в джоулях , которые выражаются в ваттах-секундах, рассчитывается следующим образом:

Мы знаем, что один ампер, протекающий по проводу в течение одной секунды, потребляет 1 кулон заряда. Следовательно, заряд в батарее определяется из Q = I · t от известной емкости в Ач, которая представляет собой ток, который батарея может обеспечить в течение 3600 секунд:

, где

Q _bat — это заряд батареи в кулонах (C), а

C _bat — номинальная емкость батареи в ампер-часах.

Battery Bank

Номинальное напряжение в вольтах аккумуляторного блока определяется как

, где

V _bat — номинальное напряжение аккумулятора в вольтах,

V _bank — номинальное напряжение батарейного блока, а

N _s — количество батарей в одном или нескольких наборах.

Емкость в ампер-часах блока батарей, C _банк определяется как

Номинальная энергия в ватт-часах хранится в банке E _банк определяется как

, где

E _bat — номинальная энергия, хранимая в одной батарее,

N _s — количество батарей в последовательном наборе, а

N _p — количество батарей, соединенных последовательно в параллельном наборе.

Энергия в джоулях рассчитывается следующим образом:

где E _{банк, Втч} — номинальная энергия в Втч, хранимая в банке.

Заряд в кулонах в банке, Q _банк определяется сумма зарядов всех аккумуляторов в банке:

Ток разряда банка, I _банк рассчитывается как

Время работы банка t _банк определяется как

щелочные батареи AAA и AA

Характеристики батареи

При выборе батареи можно учитывать следующие характеристики :

• Тип батареи или элемента
• Батарея или химический состав элемента
• Напряжение
• Емкость
• Уровень заряда
• Глубина разряда
• Влияние скорости заряда и разряда (коэффициент заряда)
• Удельная энергия веса)
• Плотность энергии (на единицу объема)
• Отношение мощности к массе
• Рабочая температура
904 83 Глубина выгрузки
• Размер и вес
• Цена

Некоторые из этих характеристик обсуждаются ниже.

Тип батареи

Батареи подразделяются на первичные (одноразовые) и вторичные (перезаряжаемые).

Первичные

Первичные батареи — это одноразовые батареи, которые нельзя надежно перезарядить. Обычными типами первичных батарей являются щелочные и угольно-цинковые батареи.

Зарядка литий-ионных батарей в интеллектуальном зарядном устройстве

Вторичный

Вторичные батареи — это аккумуляторные батареи, которые можно надежно заряжать много (до 1000) раз.Самый распространенный и самый старый тип аккумуляторных батарей — это свинцово-кислотные батареи. Другими распространенными типами аккумуляторных батарей являются никель-кадмиевые (NiCd), никель-металлогидридные (NiMH), литий-ионные (Li-ion) и литий-полимерные (LiPo) батареи.

Удельная энергия и плотность энергии

Удельная энергия батареи измеряется в единицах энергии на единицу массы. Единицей измерения удельной энергии в системе СИ является джоуль на килограмм. Для батарей обычно используются ватт-часы на килограмм.Удельная энергия описывает энергию, переносимую в единице массы. Плотность энергии — это количество энергии на единицу объема. Для батарей плотность энергии измеряется в ватт-часах на литр.

К сожалению, удельная энергия батарей относительно мала по сравнению с удельной энергией бензина. В то же время новые литий-ионные аккумуляторы имеют в четыре раза большую плотность энергии по сравнению со старыми свинцово-кислотными аккумуляторами, и новые электромобили, работающие от этих аккумуляторов, достаточно практичны для повседневного использования.Литий-полимерные батареи имеют самую высокую удельную энергию и в настоящее время широко используются в дистанционно управляемых самолетах (дронах).

Химический состав батарей

Щелочные батареи

Щелочные батареи, хотя и используют почти вековую технологию, являются наиболее распространенными первичными (неперезаряжаемыми) батареями. Номинальное напряжение их элементов составляет 1,5, а емкость щелочного элемента AA составляет 1800–2600 мАч. Если объединить несколько элементов в один корпус, вы получите батареи на 4,5 В (3 элемента), 6 В (4 элемента) и 9 В (6 элементов).Маленькие батарейки на 9 В, которые были разработаны для первых транзисторных радиоприемников и теперь используются в рациях, детекторах дыма и передатчиках дистанционного управления, имеют очень небольшую емкость — всего около 500 мАч. Удельная энергия щелочных батарей составляет 110–160 Втч / кг.

Цинк-углеродные батареи

Цинк-углеродные первичные батареи были изобретены в 1886 году и широко используются до сих пор. Номинальное напряжение их элементов составляет 1,5, а емкость угольно-цинковых элементов АА — до 400–1700 мАч. Они бывают того же размера и категории напряжения, что и щелочные батареи.Их удельная энергия составляет 33–42 Втч / кг, что примерно в три раза ниже удельной энергии щелочных батарей. Из-за своей малой емкости угольно-цинковые батареи используются только в устройствах с малым потреблением энергии или в устройствах с прерывистым режимом работы, например, в передатчиках дистанционного управления или часах.

Никель-кадмиевые батареи, подобные этой, были установлены на канадских геостационарных спутниках связи Anik A, запущенных в 1972–1975 годах и выведенных из эксплуатации десятью годами позже.

Свинцово-кислотные батареи

Свинцово-кислотные аккумуляторные (вторичные) батареи не дороги, легко доступны и широко используются в легковых и грузовых автомобилях, механизмах, ИБП и другом оборудовании.Их напряжение элементов составляет 2 В, а наиболее распространенные напряжения аккумуляторов — 6, 12 и 24 В. Они удобны, если их вес не является важным фактором. Их удельная энергия составляет 33–42 Втч / кг.

Никель-кадмиевые батареи

Никель-кадмиевые (NiCd) аккумуляторные (вторичные) батареи были изобретены более ста лет назад и в 1990-х годах быстро потеряли свою долю рынка в пользу никель-металлогидридных и литий-ионных аккумуляторов. Напряжение NiCd элементов составляет 1,2 В, а их удельная энергия составляет 40–60 Втч / кг.

Никель-кадмиевые батареи 1,2 В 10 Ач, подобные этой, были установлены в советской ракете «Энергия», которая использовалась для запуска советского корабля-шаттла «Буран» в 1988 году.

Никель-металлогидридные батареи

Никель-металлогидридные (NiMH) аккумуляторные (вторичные) батареи были изобретены относительно недавно, в 1967 году. Их удельная энергия (объемная) намного выше, чем у никель-кадмиевых батарей, и приближается к плотности энергии литий-ионных батарей. Их номинальное напряжение ячеек равно 1.2 В и удельная энергия 60–120 Втч / кг. Удельная мощность NiMH аккумуляторов (250–1000 Вт / кг) также намного выше, чем у NiCd аккумуляторов (150 Вт / кг).

Литий-полимерные батареи

Литий-полимерные или литий-ионные полимерные аккумуляторные (вторичные) батареи (LiPo, LIP) используют полимерный электролит в виде геля. Благодаря высокой удельной энергии 100–265 Втч / кг они используются там, где вес является важным фактором. К ним относятся сотовые телефоны, самолеты с дистанционным управлением (дроны) и планшетные компьютеры.Из-за своей высокой плотности энергии аккумуляторы LiPo, которые перегреты и перезаряжены, могут страдать от теплового разгона , что может привести к утечке, взрыву и возгоранию. Эти батареи также могут расширяться во время хранения, когда они полностью заряжены, что может привести к трещинам в корпусе устройства, в котором они установлены.

Интеллектуальные литий-ионные полимерные батареи для дронов Zerotech Dobby (слева) и DJY Mavic Pro (справа); литий-ионные полимерные батареи могут расширяться во время хранения, когда они полностью заряжены, и из-за этой проблемы рекомендуется разрядить их до 40–65%, если они не будут использоваться в течение 10 дней или более

Литий-железо-фосфатные батареи

Литий-железо-фосфатные Аккумуляторные (вторичные) батареи (LiFePO₄) представляют собой литий-ионные батареи, в которых в качестве катодного материала используется фосфат лития и железа (LiFePO₄), а в качестве анода — графитовый электрод с металлической коллекторной сеткой.Это относительно новая технология, разработанная в начале 2000-х годов, которая имеет много общих преимуществ и недостатков с литий-ионными батареями с другим химическим составом. Напряжение их элементов составляет 3,2 В, и, поскольку оно настолько велико по сравнению с другими химическими реактивами, для номинального напряжения 12,8 В. Эти батареи имеют очень постоянное напряжение во время разряда, что позволяет обеспечивать почти полную мощность до тех пор, пока элемент полностью разряжена. Удельная энергия LiFePO₄ аккумуляторов составляет 90–110 Втч / кг.Литий-железо-фосфатные батареи используются в велосипедах, электромобилях, солнечных лампах, электронных сигаретах и ​​фонариках. Литий-железо-фосфатная батарея 14500 имеет размер AA. Однако его напряжение другое — 3,2 В.

Напряжение батареи

Напряжение батареи определяется химическим составом, используемым внутри ее ячеек, а также количеством ячеек, соединенных последовательно. В таблице ниже показаны напряжения различных вторичных и первичных ячеек.

NiCd, NiMH аккумулятор	1.2V
Первичный щелочной	1,5 В
Цинк-углеродный первичный	1,5 В
Свинцово-кислотный	2 В
Первичный литий	В зависимости от химического состава
Литий-ионный перезаряжаемый, в зависимости от химического состава	3–3,6 В

Если первичная батарея состоит из нескольких элементов, соединенных последовательно, ее напряжение может составлять 4,5 В, 12 В, 24 В, 48 V и др.

Емкость аккумулятора

Емкость аккумулятора — это количество электрического заряда, которое аккумулятор может доставить при номинальном напряжении. Обратите внимание, что емкость и емкость — разные электрические величины. Емкость можно измерить в единицах электрического заряда — кулонах (Кл), а емкость — в единицах электрической емкости — фарадах (1 Ф = 1 Кл / В). Однако обычно его измеряют в более удобных ампер-часах (Ач или А · ч) или миллиампер-часах (мА · ч или мА · ч, 1 мА · ч = 1000 А · ч), потому что батареи одного химического состава имеют фиксированное напряжение.Емкость в Ач или мАч обычно указывается на корпусе аккумулятора. Номинальная емкость батареи часто выражается как произведение 20 часов, умноженное на ток, который свежая батарея может обеспечить в течение 20 часов при комнатной температуре. Реальная (неноминальная) емкость любого аккумулятора зависит от нагрузки, то есть от тока, который она подает на нагрузку, или скорости ее разряда. Чем выше скорость разряда, тем меньше емкость аккумулятора.

Емкость аккумулятора также может быть измерена в единицах энергии — ватт-часах (Втч или Вт · ч) — почти в тех же единицах, которые измеряет ваш домашний электросчетчик, который измеряет электрическую энергию, используемую дома, в киловаттах. часов (кВтч).1 кВтч = 1000 Втч. Чтобы получить Wh, нужно умножить Ah на номинальное напряжение батареи. Например, аккумулятор 12 В 8 Ач, который часто используется в небольших ИБП, имеет мощность 12 · 8 = 96 Втч.

В следующей таблице показана номинальная емкость батарей 1,2 В и 1,5 В типоразмера AA:

первичный

NiMH аккумулятор	600–3600 мАч
NiCd аккумулятор	600–1000 мАч
Щелочной		1800–2600 мАч
Цинк-углеродный первичный	400–1700 мАч
Литиевый первичный, в зависимости от химического состава	1500–3000 мАч

Battery C-Rate

C-rate ( скорость или C-рейтинг) определяется как разрядный ток, деленный на теоретический потребляемый ток, при котором батарея будет обеспечивать свою номинальную емкость за один час; это безразмерная величина.Например, для батареи с номинальной емкостью C _bat = 8 Ah, разряд 2C обеспечит номинальную емкость батареи за 0,5 часа с током I _bat = 16 A. Разряд 1C батареи Такой же аккумулятор обеспечит номинальную емкость при токе 8 А за один час. Обратите внимание, что C-rate является безразмерным значением, несмотря на то, что C _bat выражается в ампер-часах, а I _bat — в амперах. Также обратите внимание, что аккумулятор будет обеспечивать меньше энергии, если он разряжается с более высокой скоростью заряда.

Глубина разряда

Часто полная энергия, накопленная в батарее, не может быть использована без повреждения батареи. Допустимая глубина разряда (DOD) конкретной батареи, которая иногда указывается в ее технических характеристиках, определяет долю энергии, которая может быть отобрана из батареи. Например, свинцово-кислотные аккумуляторы, предназначенные для запуска автомобильных двигателей, не рассчитаны на глубокую разрядку, которая может легко повредить их. В них установлены тонкие пластины, обеспечивающие максимальную площадь поверхности и, следовательно, максимальный выходной ток может быть легко поврежден глубоким разрядом и особенно повторным глубоким разрядом с высоким пусковым током.Некоторые батареи могут быть разряжены всего на 30%, то есть только 30% их емкости можно использовать для питания нагрузки.

Элементы, батареи и блоки: 1 — батарейный блок 3 В, состоящий из двух последовательно соединенных щелочных элементов AA на 1,5 В, 2 — элемент размера 1,5 ААА, 3 — батарея 9 В, состоящая из шести последовательно соединенных элементов 1,5 В

В то же время существуют свинцово-кислотные батареи с более толстыми пластинами, предназначенными для регулярной разрядки и зарядки. Эти батареи используются в фотоэлектрических системах и электромобилях.

Серия

и параллельное соединение элементов и батарей в блоки батарей

Батарейные блоки используются, когда необходимо объединить несколько батарей для одного применения. Подключив батареи в блок, можно увеличить напряжение, ток или и то, и другое. Для соединения нескольких батарей в блоке используются три метода:

• Параллельное соединение
• Последовательное соединение
• Последовательное и параллельное соединение

При подключении батарей в батарейном блоке следует помнить о некоторых очень важных моментах.Старайтесь использовать для своего банка не только аккумуляторы одного типа, но и аккумуляторы одного производителя и из одной партии. Конечно, никогда не подключайте в один банк аккумуляторы разного химического состава. Если вы подключите разные батареи, даже если ваша конструкция вначале кажется работающей, вы резко сократите срок службы ваших батарей. Если вы не соответствуете емкостям, одна батарея будет разряжаться быстрее, чем другая, что опять же сократит срок их службы.

Последовательное соединение

Когда подключает батареи последовательно , общее напряжение является суммой отдельных напряжений батарей, а их емкость в Ач остается неизменной.Например, вы можете подключить два аккумулятора 12 В 10 Ач последовательно, и ваш аккумулятор будет выдавать 24 В и по-прежнему будет иметь емкость 10 Ач. При последовательном подключении используйте толстые перемычки, чтобы соединить отрицательную клемму первой батареи с положительной клеммой второй батареи, затем отрицательную клемму второй батареи с положительной клеммой третьей батареи и так далее. Затем подключите концевые клеммы (одну положительную и одну отрицательную) к нагрузке.

Параллельное соединение

Когда вы подключаете батареи параллельно , их напряжение остается прежним, а их емкость и номинальный ток увеличиваются.Чтобы подключить батареи параллельно, используйте толстые перемычки для соединения всех положительных и отрицательных клемм. Положительный на положительный и отрицательный на отрицательный. Чтобы выровнять нагрузку, подключите положительную клемму нагрузки к одному концу аккумуляторной батареи, а отрицательную клемму нагрузки — к другому концу аккумуляторной батареи. Например, вы можете подключить два аккумулятора 12 В 10 Ач параллельно, и ваш аккумулятор будет выдавать 12 В и иметь емкость 20 Ач.

В этом блоке батарей есть два параллельных набора из трех батарей, соединенных последовательно.

Если вы хотите увеличить напряжение и емкость одновременно, используйте серию и параллельное соединение .Например, если у вас шесть идентичных аккумуляторов 12 В 10 Ач, вы можете создать два набора из трех последовательно соединенных аккумуляторов, которые затем будут подключены параллельно. Ваш новый аккумуляторный блок обеспечит 20 Ач при 36 В.

Исследование характеристик рассеивания тепла пространственной компоновкой литиевой батареи в АНПА

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

1. Введение

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

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

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

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

2. Моделирование литиевого аккумуляторного отсека АПА с внешним охлаждением

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

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

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

2.1. Батарея внутри модуля Анализ тепла

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

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

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

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

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

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

2.2. Теплообмен между внутренней и внешней стенками аккумуляторной кабины

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

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

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

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

3. Анализ влияния пространства и расположения на характеристики рассеивания тепла аккумуляторной батареи

На основе литий-ионной аккумуляторной батареи для внешней тепловой модели подводного пространства и поскольку аккумуляторный отсек АПА представляет собой закрытое и компактное пространство, расстояние между батареями и комбинированные типы для распределения температурного градиента внутри батарейного отсека имеют большое значение. В этой статье в качестве примера для анализа ячеек с разным пространством и различными перестановками выбрана обмоточная литий-тионилхлоридная батарея с названием 18650.Числовые параметры, относящиеся к одной батарее 18650, показаны в таблице 1.

Длина [м] Параметр Значение Диаметр [м] 0,082 0,065 Масса [кг] 0,048 Внутреннее сопротивление [] 0,03–0,06 Плотность [кг · м −3 ] Удельная теплоемкость [Дж · кг −1 · K −1 ] 1000 Эквивалентная теплопроводность [Вт · м −1 · K −1 ] 3 Номинальное напряжение [В] 3.6 Номинальная мощность [Ач] 2,5

3.1. Влияние расстояния между батареями на температурное поле батарейного блока

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

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

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

Расстояние между элементами (м) Значение разницы температур (° C) 0,68 0,63 0,59 0.56 0,53 0,51 0,50 0,49 0,48 0,47

, расстояние между батареями увеличивается по мере увеличения расстояния между внутренними батареями в таблице 2 и на рис. температурный градиент постепенно уменьшается. Изменение температуры внутри батарейного отсека стабильное, и при увеличении расстояния между батареями температура снижается на 0,01 ° C, с.Следовательно, лучшее расстояние между батареями.

3.2. Влияние расположения батарей на температурное поле блока батарей

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

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

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

4. Анализ теплового моделирования пространственной компоновки аккумуляторной батареи подводного аппарата

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

4.1. Схема пространственной структуры аккумуляторной батареи подводного аппарата

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

Параметр Значение Скорость 4 кН 9057 9057 9057 9057 9057 9057 Мощность полета 9057 км 180 Вт Рабочее напряжение 21 В ~ 30 В

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

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

4.2. Анализ теплового моделирования литиевой батареи AUV

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

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

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

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

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

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

Скорость / кН Ток одной батареи / А Коэффициент поверхностной теплопередачи (Вт / (м 2 ) · K)) Тепловая мощность (Вт / м 3 ) 4 0,27 1564 172 5 0.52 2854 655 6 0,90 4094 1958

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

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

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

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

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

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

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

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

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

После непрерывной разрядки в течение 10 часов кривая максимальной температуры аккумуляторного отсека с течением времени показана на рисунке 13. Как показано на рисунках 12 и 13, после того, как подводный аппарат плывет со скоростью 5 узлов и непрерывно работает в течение 10 ч, разница внутренней температуры аккумуляторного отсека составляет 4.55 ° C при температуре воды 10 ° C; разница внутренней температуры аккумуляторного отсека составляет 4,60 ° C при температуре воды 15 ° C; а внутренняя разница температур в аккумуляторном отсеке составляет 4,65 ° C при температуре воды 20 ° C.

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

После непрерывной разрядки в течение 10 часов максимальная температура внутри аккумуляторного отсека с течением времени показана на рисунке 15. Как показано на рисунках 14 и 15, после того, как подводный аппарат плывет со скоростью 6 узлов и непрерывно работает в течение 10 часов. разность внутренней температуры аккумуляторного отсека составляет 10,84 ° C при температуре воды 10 ° C; перепад внутренней температуры аккумуляторного отсека составляет 10,96 ° C при температуре воды 15 ° C; а внутренняя разница температур в аккумуляторном отсеке составляет 11.07 ° C при температуре воды 20 ° C.

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

5. Заключение

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

Конкурирующие интересы

Авторы заявляют, что у них нет конкурирующих интересов.

Благодарности

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

Как оценить время работы от аккумулятора моего нагретого устройства?

Обзор

Один из наиболее часто задаваемых сегодня вопросов новаторов и предпринимателей, стремящихся разработать идеальный продукт, обеспечивающий комфорт потребителя, — это: могу ли я питать свой гаджет от аккумулятора? Этот пост поможет вам понять требования и проблемы использования аккумулятора для работы нагретого устройства. Все сводится к вопросам, насколько большой, насколько горячий и какой длины? Поскольку выбор батарей практически безграничен, цель этого поста — предоставить вам основную информацию, которую должен иметь , чтобы проконсультироваться со специалистом по батареям, который поможет вам с выбором.

Давайте рассмотрим основы. Тепловыделение зависит от удельной мощности, условий окружающей среды и тепловых потерь (или прироста). Плотность ватт — это количество произведенной мощности, деленное на площадь, производящую мощность, которую чаще всего называют ваттами на квадратный дюйм.

Реальный пример: я разработал мобильный лоток для подогрева и теперь хочу продать его болельщикам из Мичигана для футбольных матчей. Размер лотка составляет 8 дюймов на 8 дюймов, и в нем используется технология толстопленочного полимерного нагревателя.Я хочу, чтобы нагреватель разогрелся примерно до 165 ° F и мог работать около двух с половиной часов. Он будет изолирован, будет иметь термостат и должен работать от батареи. Что теперь?

ШАГ 1 — Установите целевую температуру

Когда все сказано и сделано, установление максимальной рабочей температуры элемента, который вы разрабатываете, является основным фактором при оценке ваших вариантов. Не обязательно зацикливаться на этом, но чем больше переменных вы учитываете, тем точнее вы сможете предсказать результат.Будут ли тепловые воздействия, такие как изоляция, воздушный поток или большие тепловые массы, добавляющие или уменьшающие возможности обогревателя?

Для нашего примера выберем комфортную рабочую температуру 60 градусов

ШАГ 2 — Оцените мощность

После того, как вы определили температуру, которую хотите достичь в своем устройстве, вы можете определить требуемую мощность в ваттах на квадратный дюйм, выполнив несколько простых тестов (см. Сообщение в нашем блоге « Как определить требуемую плотность ватт в моем устройстве. приложение »для получения инструкций по проведению простого теста для этого).

Еще один способ получить общее представление о том, какая мощность может вам понадобиться, — это посмотреть на приведенную ниже таблицу, выбрать желаемую рабочую температуру и отметить соответствующую плотность ватт. Обратите внимание, что диаграмма отображает тепловую мощность на открытом воздухе на алюминии, поэтому учитывайте окружающую среду и отрегулируйте ее соответствующим образом.

Наша подушка сиденья с подогревом будет изолирована подушкой снизу (предполагая, что более низкая плотность может быть приемлемой) и контролироваться термостатом (предполагая, что более высокая плотность может быть приемлемой для быстрого нагрева), поэтому мы разделим разницу и начнем наше тестирование со стандартной базовой линией для 60 градусов F.Глядя на диаграмму ниже, 60F соответствует примерно 0,5 Вт на квадратный дюйм.

Расчет мощности

8 дюймов x 8 дюймов = 81 квадратный дюйм

64 SQ IN x 0,75 WPSI = 48 Вт (расчетное значение для достижения 165 градусов F в приложении).

ШАГ 3. Общие сведения об ампер-часах

Определение постоянной нагрузки или мощности, которая требуется, — это большая часть битвы, поэтому теперь, когда у нас есть процесс для этого, мы можем перейти к подготовке к разговору со специалистом по аккумуляторным батареям.Подобно тому, как термин « ватт-плотность » используется разработчиками обогревателей, в мире аккумуляторов используется термин « ампер-часов ». Ампер-час — это единица измерения, используемая для выражения емкости аккумулятора с течением времени. Он рассчитывается путем умножения силы тока (в амперах) на время разряда (в часах).

Чтобы рассчитать силу тока для нашей батареи, вам будет предложено установить напряжение. Хорошие новости! Нагреватели могут быть рассчитаны на очень широкий диапазон напряжений с.

В нашем примере мы укажем аккумулятор на 12 В в качестве отправной точки. Помня, что мощность (P) равна напряжению (В), умноженному на ток (I)

P = V x I или I = P / V

I = 48 Вт / 12 В

I = 4 А

Логика подсказывает, что батарея 12 В с номиналом 10 Ач проработает около 2,5 часов, когда нагрузка потребляет 4 А, верно? Что ж, отчасти это правда. Есть вещи, называемые температурными колебаниями и законом Пойкерта, который говорит, что это не совсем так, но мы оставим детали этого вопроса специалистам по аккумуляторным батареям.Достаточно сказать, что вы всегда можете рассчитывать на то, что батарея прослужит меньше, чем вы ожидаете…

ШАГ 4. Проконсультируйтесь со специалистом по аккумуляторным батареям

Здесь процесс становится интересным, и вам нужно будет проконсультироваться со специалистом по аккумуляторным батареям, чтобы определить наилучшее сочетание размера, напряжения и срока службы для вашего приложения. Будьте готовы обсудить:

• Размер доступного места для аккумулятора
• Рассчитанная вами мощность
• Варианты напряжения, которые работают для вас и ваших управляющих устройств (при необходимости)
• Минимальный срок службы (в часах), необходимый аккумуляторной батарее.

Доступны тысячи комбинаций и технологий, поэтому теперь, когда вы вооружены информацией, которую необходимо предоставить специалисту по аккумуляторным батареям, выбор правильной батареи должен быть намного проще. Если вы хотите дополнительно обсудить требования к вашему приложению, позвоните, чтобы поговорить с одним из наших инженеров по приложениям по телефону 864-295-4811.

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности.Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.

---

Настройка вашего браузера для приема файлов cookie

Существует множество причин, по которым cookie не может быть установлен правильно. Ниже приведены наиболее частые причины:

• В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки браузера, чтобы он принимал файлы cookie, или чтобы спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
• Ваш браузер спрашивает вас, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались.Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, нажмите кнопку «Назад» и примите файлы cookie.
• Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Если вы подозреваете это, попробуйте другой браузер.
• Дата на вашем компьютере в прошлом. Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы исправить это, установите правильное время и дату на своем компьютере.
• Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie.Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.

---

Почему этому сайту требуются файлы cookie?

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу. Чтобы предоставить доступ без файлов cookie потребует, чтобы сайт создавал новый сеанс для каждой посещаемой страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.

---

Что сохраняется в файле cookie?

Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в cookie; никакая другая информация не фиксируется.

Как правило, в файлах cookie может храниться только информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта. Например, сайт не может определить ваше имя электронной почты, пока вы не введете его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступа к остальной части вашего компьютера, и только сайт, который создал файл cookie, может его прочитать.

Инженерный анализ тепловых явлений для свинцово-кислотных аккумуляторов в процессе перезарядки (Технический отчет)

Чой, К. В., и Яо, Н. П. Инженерный анализ тепловых явлений свинцово-кислотных аккумуляторов в процессе зарядки . США: Н. П., 1977. Интернет. DOI: 10,2172 / 7213682.

Чой, К. В., и Яо, Н. П. Инженерный анализ тепловых явлений для свинцово-кислотных аккумуляторов во время процессов перезарядки . Соединенные Штаты. https://doi.org/10.2172/7213682

Чой, К. В., и Яо, Н. П.Пт. «Инженерный анализ тепловых явлений свинцово-кислотных аккумуляторов в процессах перезарядки». Соединенные Штаты. https://doi.org/10.2172/7213682. https://www.osti.gov/servlets/purl/7213682.

@article {osti_7213682,
title = {Инженерный анализ тепловых явлений для свинцово-кислотных аккумуляторов в процессе зарядки},
author = {Чой, К. В. и Яо, Н. П.},
abstractNote = {Были исследованы переходные термические явления в Pb / PbO / sub 2 / (свинцово-кислотных) аккумуляторах во время процессов зарядки.Были сформулированы математические модели для исследования поведения теплопередачи через поверхность раздела электрод / электролит внутри пористого PbO / sub 2 / электрода во время зарядки, теплового поведения и распределения температуры в свинцово-кислотной батарее во время различных процессов зарядки, разработанных для электромобилей. применение силовых установок и методы охлаждения свинцово-кислотных аккумуляторов во время циклов перезарядки. Численные решения показывают, что теплопередача между твердым электродом и электролитом внутри пористого электрода настолько высока, что их температуры можно считать одинаковыми.Результаты также показывают, что в свинцово-кислотной батарее, предназначенной для приведения в движение электромобиля, тепло, выделяемое в элементе во время процессов быстрой зарядки, может вызвать заметное повышение температуры в элементе, если тепло не отводится должным образом. Исследования процессов отвода тепла показывают, что включение охлаждающих трубок в ячейку не может эффективно отводить тепло, выделяющееся из ячейки. Однако тепло можно эффективно отводить за счет циркуляции электролита через батарею.Приведены численные решения для инженерной оценки конструкции теплоотвода во время циклических процессов аккумуляторной батареи. 25 рисунков, 4 таблицы.},
doi = {10.2172 / 7213682},
url = {https://www.osti.gov/biblio/7213682}, journal = {},
number =,
volume =,
place = {United States},
год = {1977},
месяц = ​​{4}
}

Выбор и определение размеров батарей, контроллеров заряда и инверторов для автономной солнечной энергетической системы

Если вы проектируете солнечную электрическую систему и не имеете доступа к сети, вам придется иметь дело с солнечными батареями.После того, как вы решили, какой тип батареи использовать, пора определить размер вашей системы. На этом этапе вы познакомитесь с небольшой математикой. К счастью, SolarTown поможет вам в расчетах. В целом система должна быть достаточно большой, чтобы обеспечить все ваши потребности в энергии в течение нескольких пасмурных дней, но все же достаточно маленькой, чтобы ее могли заряжать солнечные батареи. Вот шаги для определения размера вашей системы.

Статьи по теме:

Системы хранения на солнечных батареях: если вы не можете отличить AGM от геля

Автономные солнечные энергетические системы: путь к цивилизации

Емкость батарейного блока — расчет потребности в ампер-часах

Размер преобразователя

Чтобы определить размер инвертора, мы должны определить пиковую нагрузку или максимальную мощность вашего дома.Это определяется суммированием мощности приборов и устройств, которые могут работать одновременно. Включите все, от микроволновых печей и ламп до компьютеров и часов. Сумма скажет вам, какой размер инвертора вам нужен. Не забывайте, что некоторые приборы при запуске потребляют мощность, превышающую их номинальную. Номинальное значение перенапряжения инвертора должно учитывать эти временные увеличения.

• Пример. В комнате есть две лампочки по 60 Вт и настольный компьютер на 300 Вт. Размер инвертора 60 х 2 + 300 = 420 Вт

Суточное потребление энергии

Затем найдите энергию, которую дом использует за день.Выясните, сколько часов в день будет работать каждое электронное устройство. Умножьте мощность каждого устройства на время его работы, чтобы получить энергию в ватт-часах в день. Сложите все значения ватт-часов, чтобы получить общее значение для вашего дома. Эта оценка, вероятно, слишком занижена, так как будет потеря эффективности. Чтобы получить приблизительное представление о реальной стоимости системного проигрыша, умножьте его на 1,5. Это поможет учесть снижение производительности при повышении температуры.

• Пример. Лампочки работают 5 часов в день.Компьютер работает 2 часа в сутки. 120 х 5 + 300 х 2 = 1200 ватт-часов. 1200 x 1,5 = 1800 ватт-часов

Дни автономии

Теперь решите, сколько дней энергии вы хотите хранить в своей аккумуляторной батарее. Обычно это от двух до пяти.

Емкость аккумуляторной батареи

Наконец, мы можем рассчитать минимальную емкость батареи AH. Возьмите количество ватт-часов в день и умножьте их на число, которое вы выбрали на шаге 3.Это должно соответствовать глубине разряда ваших аккумуляторов на 50%. Поэтому умножьте на 2 и преобразуйте результат в киловатт-часах в ампер-часы (AH). Это делается делением на напряжение батареи.

• Пример: вы хотите, чтобы аккумуляторная батарея проработала три дня без подзарядки, и вы используете 1,8 кВт / ч в день. Поскольку 1,8 x 3 x 2 = 10,8 кВт · ч, это емкость, которая нам нужна от батарей. Преобразуя это в AH, мы должны разделить на напряжение вашей системы. Это может быть 12, 24 или 48 для коммерческого применения.Если мы выберем 48 В, минимальная емкость Ач составит 10 800/48 = 225 Ач. Теперь, если вы разделите на рейтинг вашей батареи, вы найдете количество батарей, которые вы должны использовать. Осторожно, это применимо только к определенным схемам подключения.

Статья по теме : Хорошее, плохое и уродливое в солнечных инверторах

Контроллеры заряда — не перезаряжайте аккумуляторы!

Определение размера контроллера заряда — это следующий шаг при выборе размера вашей системы. Поскольку вы, вероятно, еще не сталкивались с этими компонентами, мы кратко их обсудим.Если вы хотите сразу определить размер контроллера заряда, перейдите к разделу «Расчет».

Обзор

Контроллеры заряда регулируют мощность, поступающую от солнечных панелей к батареям. Они являются ключевой частью любой автономной системы и предотвращают чрезмерную зарядку аккумуляторов. Мы обсудим два типа контроллеров заряда: PWM и MPPT.

Контроллеры

с ШИМ (широтно-импульсной модуляцией) дешевле, чем MPPT, но создают большие потери мощности. Может быть потеряно до 60% мощности.Это связано с тем, что контроллеры PWM не оптимизируют напряжение, поступающее на батареи. Это ограничение делает ШИМ-контроллер плохим выбором для большой системы. Однако в небольших системах их низкая цена делает их жизнеспособным вариантом.

Контроллеры

MPPT (отслеживание максимальной мощности) оптимизируют напряжение, поступающее от солнечных панелей, так что максимальное количество энергии передается в аккумуляторную батарею. Точка максимальной мощности или оптимальное преобразовательное напряжение будет колебаться в зависимости от изменения интенсивности света, температуры и других факторов.Процесс цифровой оптимизации, выполняемый контроллером MPPT, быстро находит и настраивает точку максимальной мощности. Для этого в контроллерах MPPT требуется сложная электроника, что объясняет их высокую цену. Однако есть существенная выгода: контроллеры MPPT на 93-97% эффективны при преобразовании мощности.

Расчет

После того, как вы определите размер своей аккумуляторной батареи и массива солнечных панелей, определение того, какой контроллер заряда использовать, становится сравнительно простым.Все, что нам нужно сделать, это найти ток через контроллер, используя мощность = напряжение x ток. Возьмите мощность, производимую солнечными панелями, и разделите ее на напряжение батарей. Например:

• Пример: солнечная батарея вырабатывает 1 кВт и заряжает батарею на 24 В. Тогда размер контроллера составляет 1000/24 ​​= 41,67 ампер. Введите коэффициент безопасности, умножив найденное значение на 1,25, чтобы учесть переменную выходную мощность: 41,67 x 1,25 = 52,09 ампер

В нашем примере нам понадобится контроллер не менее 52 ампер.Контроллер заряда Flex Max MPPT-FlexMax 60 соответствует нашим спецификациям.

Электропроводка аккумуляторной батареи — все вместе

Проводка будет играть важную роль в определении количества необходимых батарей. Цель на этом заключительном этапе — получить заданные AH и напряжение. Существует два метода подключения компонентов в цепи: параллельный и последовательный. На следующих схемах синие батареи включены параллельно, красные батареи — последовательно. В последовательной конфигурации напряжения аккумуляторов складываются, в то время как при параллельной работе складывается ток.

Последовательные и параллельные соединения

можно комбинировать для получения необходимого напряжения и АН. Просто помните:

Серия

→ напряжение добавляет, ток нет

Параллельный → ток складывается, напряжение нет

Отметим, что количество параллельных подключений должно быть сведено к минимуму, так как они могут сократить срок службы батареи. Если использованная батарея подключена параллельно новой, это приведет к ухудшению качества более свежей батареи и уменьшится срок службы всей системы.На основании этой характеристики некоторые пришли к выводу, что идеальный аккумуляторный блок состоял бы из длинной линии последовательно соединенных аккумуляторов. К сожалению, это не всегда возможно из-за требований к напряжению и AH системы.

Как мы упоминали ранее, не всегда легко узнать, сколько батарей вам нужно для питания вашего дома. Это связано с тем, что конфигурации проводки имеют огромное влияние на выходную мощность аккумуляторной батареи. Так что всегда проектируйте свою систему хранения, прежде чем покупать какие-либо компоненты! Если вы хотите получить более подробную информацию о проводке аккумулятора, посетите этот веб-сайт.

.