Адрес: 105678, г. Москва, Шоссе Энтузиастов, д. 55 (Карта проезда)
Время работы: ПН-ПТ: с 9.00 до 18.00, СБ: с 9.00 до 14.00

Срок службы чугунных батарей: Срок службы чугунных радиаторов \ Акты, образцы, формы, договоры \ Консультант Плюс

Содержание

Срок службы чугунных радиаторов \ Акты, образцы, формы, договоры \ Консультант Плюс

]]>

Подборка наиболее важных документов по запросу Срок службы чугунных радиаторов (нормативно–правовые акты, формы, статьи, консультации экспертов и многое другое).

Статьи, комментарии, ответы на вопросы: Срок службы чугунных радиаторов Открыть документ в вашей системе КонсультантПлюс:
Статья: Офис продаж страховой компании: основные подходы и решения в условиях кризиса (Окончание)
(Сухоруков М.М.)
(«Организация продаж страховых продуктов», 2009, N 6)В случае приобретения нежилого помещения для офиса продаж на вторичном рынке следует иметь в виду, что общий срок службы зданий, их капитальность определяются долговечностью основных несущих конструкций — фундаментов, стен, перекрытий. Например, минимальная продолжительность эксплуатации фундаментов и стен составляет 40 — 50 лет, перекрытий — 60 — 80 лет. По капитальности, в зависимости от использованных для строительства материалов, общественные здания делятся на девять групп со средними сроками службы от 10 до 175 лет. Здания с каменными (из железобетонных, кирпичных и т.д. материалов) стенами относятся к первой — пятой группам со сроками службы от 80 до 175 лет. В технически исправном состоянии здания поддерживаются периодическим проведением текущих и капитальных ремонтов. Инженерные коммуникации также имеют минимальные сроки службы: системы центрального отопления с нагревательными приборами (стальными и чугунными радиаторами) — 30 — 40 лет, трубопроводы горячего водоснабжения из оцинкованных труб — 20 лет, трубопроводы холодного водоснабжения из оцинкованных труб — 30 лет, скрытая электропроводка — 40 лет.

Нормативные акты: Срок службы чугунных радиаторов
Открыть документ в вашей системе КонсультантПлюс:

Вопрос: Когда включается и отключается отопление в жилых домах?Ответ: Нормативный срок службы чугунных радиаторов 40 лет, стальных — 30, конвектора — 30.
Приборы отопления, внутридомовые сети теплоснабжения меняются при проведении капитального ремонта, сроки проведения и объемы работ по которому определяются эксплуатирующими организациями, а утверждаются муниципальными образованиями. При этом ежегодно при подготовке к отопительному сезону проводится промывка и испытание на прочность внутренних систем для определения объемов и видов ремонтных работ по текущему ремонту.

Срок службы чугунных радиаторов отопления

Химическая инертность к примесям в теплоносителе — гарантия длительного срока службы чугунных батарей отопления

Первый чугунный водяной обогреватель был, выражаясь современным языком, анонсирован в 1857 году в России инженером Францем Сангалли. Он был изготовлен из чугунной трубы, оснащенной выступающими ребрами для теплоотвода. Через несколько лет чугунный радиатор видоизменился и приобрел конфигурацию «гармошки», ставшей потом традиционной в 20 веке.

Водяное отопление с подачей горячей воды от установленной неподалеку котельной быстро стало доминирующим способом обогрева жилых и административных зданий императорской России. В некоторых из них чугунные радиаторы, ставшие раритетами, до сих сохраняют работоспособное состояние, что подчеркивает длительный срок службы чугунных батарей отопления. Проведение регулярного технического обслуживания отопительных батарей, промывка секций и периодическая замена межсекционных прокладок позволит довести срок эксплуатации чугунных батарей до 50 лет и выше.

Преимущества батарей из чугуна перед батареями из других материалов

На заре появления чугунных радиаторов никто не проводил сравнений их рабочих характеристик с радиаторами из других материалов, поскольку сравнивать было не с чем. В советские времена альтернативы «гармошкам» МС-90 и МС-140 не было более полувека, только недавно появились стальные и алюминиевые батареи, абсолютно не адаптированные к нашему центральному отоплению.

До сих пор большинство квартир обогреваются чугунными отопительными батареями, но дело здесь не в консерватизме потребителей, а тех неоспоримых достоинствах, которыми обладают чугунные модели.

  1. Отличная абразивная стойкость и коррозионная инертность по отношению к солевым примесям и частичкам ржавчины от изношенных труб, содержащимся в теплоносителе.
  2. Эта же химическая устойчивость выгодно отличает чугун в межсезонные «отопительные каникулы», когда теплоноситель сливается, а внутренние полости радиатора свыше двух недель остаются обезвоженными и подвергаются окисляющей агрессии со стороны кислорода из воздуха.
  3. Основная часть (до 70%) выделяемой тепловой энергии приходится на излучение, что обеспечивает равномерный обогрев квартирного пространства.
  4. Изменением количества секций можно достичь желаемого микроклимата в помещении.
  5. Несложный монтаж, не требующий специальных крепежных элементов. У большинства потребителей радиаторы подвешены на вбитой в стену арматуре.
  6. Секционная конструкция позволяет производить ремонт чугунных батарей отопления путем замены непригодной секции вместо приобретения целого радиатора.
  7. Чугун не подвержен окислению при механических повреждениях типа царапин и сколов, поэтому даже простая аккуратная покраска внешней поверхности придает батарее пристойный вид. Устанавливать чугунные батареи можно в любом производственном помещении, в том числе и с повышенной влажностью, цехах химзаводов, складах, гаражах, в общем, везде, где удобно.

Промывка чугунных батарей

Трудно предположить качество горячей воды в системах отопления конца 19-го — начала 20-го веков, но загрязненность химическими примесями и ржавой мутью нынешнего теплоносителя известна всем. При подсыхании в межсезонный период ржавая взвесь оседает на внутренних стенках труб и полости радиаторов, забивая проходное сечение. За год нарастает слой до нескольких миллиметров. Мощность теплоотдачи снижается почти на 50%.

Со временем беспрепятственная циркуляция горячего теплоносителя все больше затрудняется из-за увеличения гидравлического сопротивления в зауженном проходном сечении. Поэтому удаление накопившейся грязи из радиатора является основным видом технического обслуживания батарей отопления.

Рекомендации, как промыть чугунные батареи отопления, основаны на нескольких методах:

  • химическом;
  • гидропневматическом;
  • обычном гидравлическом;
  • промывкой с разборкой радиатора.

Первые три метода предназначены для очистки коммуникаций системы центрального отопления силами служб ЖКХ, имеют регламентированную периодичность и требуют специального материального обеспечения. Промывку разобранных секций радиатора применяют в быту, когда своими силами осуществляется разборка радиатора и тщательная очистка от накопившейся грязи внутреннего объема секций.

Совсем не обязательно нанимать абстрактного сантехника дядю Васю, знающего, как снять чугунную батарею отопления, чтобы затем ее разобрать и помыть. Убедившись, что в стояке нет воды, совсем не трудно своими руками отсоединить на стыках от стояковой трубы и снять с крепежных арматурных крюков батарею. Снятый радиатор промывают со шланга струей воды, направленной в сторону, противоположную направлению потока теплоносителя. Промывать необходимо до тех пор, пока из радиатора не потечет незамутненная вода, не имеющая ржавчины и грязи.

Другой способ промывки — залить радиатор горячей водой, содержащей чистящее средство типа каустической соды, закрыть заглушками и оставить на час. Потом постучать по стенкам радиатора деревянным молотком, потрясти батарею, несколько раз можно перевалить ее с боку на бок. Ржавые отложения должны отслоиться и уйти с вылитой водой.

Это важно! Чугун является хрупким материалом, поэтому обстукивание стенок обязательно производить деревянным молотком. От ударов металлического молотка могут пострадать стенки радиатора. Скрытые трещины являются концентраторами напряжений, которые при повышении давления в сети могут разрушить батарею.

Сама процедура, как разобрать чугунный секционный радиатор, не имеет никаких утвержденных руководящих указаний по ее исполнению, поэтому все действия

Разборка и разборка чугунной батареи

Откручиваются торцевые заглушки, а затем и ниппели между секциями.

Зачастую футорки и секции сильно прикипают, приходится прикладывать силу, чтобы прикипевшая футорка провернулась. Когда радиатор предстанет в виде простых чугунных деталей, каждая из них очищается от ржавых налетов любым доступным механическим способом. Чугун не боится царапин, поэтому можно скалывать или отбивать неподдающиеся прикипевшие куски отвердевшей грязи.

Когда радиатор временно демонтирован из состава отопительной системы, необходимо использовать эту ситуацию, чтобы доукомплектовать батарею дополнительными секциями. Расчет чугунных батарей отопления для определения оптимального количества секций несложен. Используем необходимое значение 100 Вт для обогрева 1 кв. метра жилья и указанную в паспорте чугунной «гармошки» минимальную теплоотдачу секции 125 Вт.

Для большой комнаты площадью 24 кв. метра понадобится не менее:

24 х 100 = 2400 Вт тепловой энергии.

Ее можно получить от:

2400 / 125 = 19,2 штук секций. Округляем с запасом в большую сторону. Значит, необходимо не менее 20 секций, что равнозначно двум десятисекционным чугунным батареям.

После определения необходимого количества секций, остается определиться с тем, как нарастить батареи в соответствии с размерами окон и их расположением. Радиаторы унифицированы под любой вариант разводки труб к стояку, имея в конструкции по две торцевые точки для подключения. В очищенные от ржавчины и грязи резьбовые входы вкручиваются ниппеля с прокладками из паронита или резины и поджимаются для подсоединения следующей секцией.

Промывка батарей, проводимая раз в два-три года таким несложным способом, поможет продлевать срок эксплуатации чугунных батарей, которые, как уже говорилось выше, при элементарном техническом обслуживании способны отработать более полувека.

  • Виды и классификация экранов для батарей отопления
  • Модификации батарей отопления
  • Как выбрать алюминиевые батареи, и какие факторы на это влияют?
  • Краткий обзор металлических батарей отопления

Чем хороши чугунные батареи нового образца и на что ориентироваться при выборе

Чугунные батареи известны более полутора столетий и по всем законам эволюции технологий уже давно должны были бы исчезнуть из обихода. Тем не менее их по-прежнему можно встретить в современных квартирах и частных домах. С течением времени меняется дизайн, появляются новые конструкции, но отопительные приборы из чугуна все еще бьют рекорды популярности. В чем преимущества чугунных батарей нового образца? Имеет ли смысл ставить их сейчас, когда выбор радиаторов так велик?

Чугунные радиаторы отопления в современном минималистском интерьере

Разновидности и конструкционные особенности чугунных радиаторов

Каждая батарея состоит из нескольких литых секций. Их изготавливают из серого чугуна. Внутри секций есть каналы, по которым движется теплоноситель. Сечение каналов круглое или эллипсовидное. Между собой секции соединены ниппелями. Чтобы стыки не подтекали, их дополнительно герметизируют специальными прокладками – обычно паронитовыми или резиновыми.

В зависимости от количества каналов внутри секций различают несколько видов батарей:

Производители выпускают отопительные приборы различных типоразмеров, с разным количеством секций. От параметров радиаторов зависит главная техническая характеристика – мощность. Высота приборов колеблется от 35 до 150 см, глубина – 50-140 см.

Что касается места расположения и типа крепления, то чугунные радиаторы преимущественно настенные, их крепят под подоконниками на мощные кронштейны. Но в последние годы изготовители все чаще поставляют на рынок напольные модели, которые комплектуются ножками. Это удобный вариант, ведь чугун очень тяжел, его можно монтировать не на все типы стен.

Конструкция чугунных радиаторов

Положительные свойства чугунных батарей отопления

В некоторых квартирах по сей день стоят самые первые модели чугунных радиаторов, которым уже около сотни лет. Настоящий раритет! И владельцы не спешат заменять отопительные приборы более современными. Такая «приверженность традициям» носит сугубо практический характер, ведь даже некоторые недостатки чугуна на самом деле оказываются достоинствами.

Батареи-долгожители – в чем секрет их популярности

  • Устойчивость к воздействию агрессивного теплоносителя. В сетях централизованного теплоснабжения качество воды оставляет желать лучшего. Владелец квартиры не может ни контролировать его, ни изменять, приходится подстраиваться под обстоятельства – искать радиаторы, устойчивые к коррозии, химическому и механическому воздействию. Толстые стенки чугунных батарей не чувствительны к постоянному трению, создаваемому мелкими частицами, находящимися в воде. Когда теплоноситель сливают на лето, материал не поддается коррозии.
  • Высокое рабочее давление. Гидроудары и высокое давление в централизованных системах – еще одно испытание для радиаторов в многоквартирных домах. Чугун выдерживает 9 атмосфер, не лопается во время скачков давления.
  • Долговечность. Практический опыт показывает, что реальный срок службы чугунных батарей отопления может составлять несколько десятилетий. Зачастую их заменяют вовсе не потому, что они вышли из строя, а просто из-за «несовременного» вида отопительных приборов и желания украсить интерьер более эстетичными радиаторами. Если правильно ухаживать за батареями, они могут исправно работать полвека и более.
  • Разумная цена. По прочности и устойчивости к негативным воздействиям с чугуном может сравниться только биметалл. Разница в цене между радиаторами из этих материалов огромна. При замене батарей во всех комнатах экономия существенная, поэтому многие владельцы помещений выбирают бюджетный вариант. Биметаллические отопительные приборы красивы, эффективны, но слишком уж дороги.

Чугунные батареи – прочные, надежные и долговечные

«Замаскированные» под недостатки достоинства

  • Высокая инерционность. Толстые чугунные стенки радиаторов прогреваются долго, в отличие от тонкостенных современных моделей. На первичный прогрев всех комнат уходит довольно много времени. Но недостаток ли это? По большому счету, скорость нагрева имеет значение лишь раз в год – в самом начале отопительного сезона. Потом в течение нескольких месяцев эта характеристика никак не влияет на тепловой режим. Наоборот, высокая инерционность становится серьезным плюсом в случае аварийного отключения отопления, ведь помещение долго не остывает.
  • Низкая скорость отдачи тепла. Мощность одной секции чугунной батареи в среднем составляет 110 Вт. Это ниже, чем у стальных или алюминиевых моделей, не говоря уже о биметаллических. Казалось бы, мощность небольшая, скорость прогрева низкая – явные недостатки. Но не все так просто. Чугунные батареи греют преимущественно с помощью излучения, т.е. не только воздух, но и предметы в комнате, которые тоже в свою очередь начинают отдавать тепло. В результате прогрев получается более качественным, чем при отоплении с помощью других видов радиаторов. Поэтому вряд ли стоит относить это свойство к недостаткам.

Таблица мощности и теплоотдачи радиаторов из разных материалов

Однозначные недостатки: стоит ли на них акцентировать внимание

Большой вес. Эта особенность чугуна доставляет немало хлопот владельцам квартир, ведь батареи действительно тяжело транспортировать, переносить и устанавливать. Справиться с этим недостатком не получится. Остается утешаться тем, что большой вес – это толстые стенки прибора, которые будут хорошо греть зимними вечерами. К тому же монтируют батареи раз в несколько десятилетий, поэтому можно заплатить грузчикам и монтажникам за тяжелую работу.

Большой объем теплоносителя. Если сравнивать с алюминиевыми моделями, которым для работы хватает 0,4 л воды, то 0,9 л для чугунных кажется много. С другой стороны, если для владельцев частных домов это еще может иметь значение, то хозяевам квартир с централизованным отоплением вообще все равно, какой объем воды прогревает поставщик тепла.

Некрасивый внешний вид. Да, нельзя равнодушно смотреть на радиатор, если своим убогим видом он действительно портит весь интерьер. Но это не конец света, ведь батареи можно скрыть шторами или специальными экранами, декорировать. Некоторые владельцы квартир с такими батареями проявляют чудеса фантазии, украшая их вычурными рисунками, забавными фигурками и т.п. Вариант – покупка роскошных современных моделей, выполненных в ретро-стиле. Это очень красиво, хоть и дорого.

Украшение батареи в технике декупаж – красота своими руками

Отличия чугунных батарей отопления зарубежного и российского производства

Российские чугунные батареи конкурируют с импортными. Что касается технических характеристик, то зачастую они уступают продукции зарубежных марок. Классический чугунный радиатор МС-140 рассчитан на рабочее давление 9 атмосфер, опрессовочное – 15. Можно найти немецкие, итальянские и чешские модели с лучшими показателями. Кроме того, у них более гладкие поверхности. Для заполнения требуется меньше теплоносителя. Если сравнить МС-140 с моделью TERMO чешского бренда Viadrus, то увидим, что первый «поглотит» 1,3 л, а второй 0,8 л при равной заявленной мощности. Единственное преимущество российской продукции – она дешевле.

Декорированная «под старину» чугунная батарея немецкого производства

При покупке радиаторов имеет смысл обратить внимание на чугунные модели. Они действительно стоят потраченных денег. Расчет нужной для отопления комнаты мощности очень прост: на обогрев 10 кв.м. нужно 1-1,3 кВт. Подсчитайте, сколько секций достаточно для отопления каждой комнаты, и подберите подходящие чугунные радиаторы, ориентируясь на технические характеристики в документации.

Понравилась статья? Поделитесь с друзьями:

У Вас есть вопросы?
Задайте их в комментариях

Технические характеристики чугунных радиаторов отопления: мощность, размеры, срок службы

Теплоотдача и мощность

Это основные характеристики любого прибора отопления, которые определяют его эффективность и обслуживаемую площадь. Чаще всего производители указывают мощность одной секции, а требуемое количество секций рассчитывается, исходя из типа и размеров помещения.

Классический чугунный радиатор

Теплоотдача радиаторов зависит от материалов, из которых они изготовлены. В этом чугун, конечно, проигрывает и стали и, тем более, алюминию.

Его теплопроводность примерно в два раза хуже, чем у алюминия. Однако это компенсируется низкой инертностью. Он долго набирает тепло и так же долго его отдает.

Поэтому эффективность алюминиевой батареи будет выше при интенсивном потоке теплоносителя, например, в закрытых системах с принудительной циркуляцией. В открытых системах или при естественной циркуляции преимущество будет у чугуна.

Мощность секции радиатора из чугуна составляет примерно 160 Вт. Для сравнения аналогичные характеристики алюминиевых и биметаллических батарей находятся в районе 200 Вт. Поэтому при прочих равных условиях чугунное изделие должно состоять из большего числа секций.

Расчет количества секций

Технические расчеты радиаторов можно выполнять с помощью разных методик. Существуют точные алгоритмы, которые учитывают многие параметры материала, конфигурации и расположения помещения. Мы же приведем упрощенную формулу, позволяющую с достаточной точностью оценить искомое значение, и затем покажем, как нужно модифицировать результат, если условия отличаются от стандартных.

Итак, количество секций можно определить, если площадь помещения умножить на 100 и разделить на мощность секции в Ваттах.

Теперь несколько советов:

  • Если получилось дробное число, увеличивайте его в большую сторону – лучше запас по теплу, чем недостаточный прогрев помещения;
  • Если в комнате два окна, предпочтительнее поставить две батареи, распределив на них полученное количество секций. Так будет выше срок службы и ремонтопригодность системы отопления. Кроме того, радиаторы будут создавать эффективный заслон холодному воздуху из окон;
  • Если помещение имеет две внешние стены или высота потолков в нем более 3 м, лучше добавить одну-две секции для компенсации теплопотерь. То же самое можно сделать, если наверху находится неотапливаемый чердак.

Размеры и вес

Размеры, вес и внешний вид чугунных радиаторов – это больное место всех обладателей и установщиков подобных приборов. Посмотрим, так ли все ужасно, на примере наиболее популярного отечественного радиатора – МС-140.

  • Высота радиатора – 59 см;
  • Глубина секции – 14 см;
  • Ширина секции – 9,3 см;
  • Вес – 7 кг;
  • Емкость секции– 1,4 л;
  • Мощность секции – 160 Вт.

Конечно, переносить и устанавливать 10-секционные радиаторы весом 70 кг – удовольствие не самое большое, но ведь делается это один раз (технические специалисты и монтажники, наверное, сейчас грустно улыбнулись).

А вот по количеству теплоносителя чугунная батарея действительно не впечатляет – 14 литров на эти 10 секций нужно ведь нагреть и доставить.

В городской квартире это не сильно обременяет, а вот если тепловая энергия берется из котла автономной системы отопления, то лишние кубометры газа или киловатты электроэнергии придется оплачивать из собственного кармана.

Срок службы

Ну а теперь немного о приятном: срок службы и чувствительность к качеству теплоносителя – это те характеристики, по которым чугунные радиаторы опережают всех конкурентов. Это и понятно – чугун абсолютно устойчив к абразивному износу и не вступает в химические реакции с материалами труб или элементов котлов. Размеры каналов внутри секций здесь внушительные, поэтому эти батареи практически никогда не засоряются, а, следовательно, им не нужны технические работы по очистке.

Многие специалисты утверждают, что срок службы современных чугунных батарей – 30-40 лет. Что же, очень может быть, ведь во многих домах еще живы старые советские радиаторы.

Однако есть здесь и своя ложка дегтя – гидравлические удары. Об этом поговорим далее. Ниже предлагаем вам ознакомиться с видео о достоинствах и недостатках чугунных батарей:

Рабочее и опрессовочное давление

Когда речь заходит про технические характеристики радиаторов, показатели давления всегда приводятся в числе первых. Обычное рабочее давление теплоносителя 6-9 атмосфер. С этим напором любые радиаторы справляются, для чугунных батарей штатной нагрузкой считается как раз 9 атмосфер.

Есть еще понятие «опрессовочного» давления — это максимальное давление в системе, которое может возникать при ее первоначальном запуске. Для модели МС-140 – это 15 атмосфер.

Различные дизайнерские решения оформления чугунных радиаторов

По регламенту при запуске системы отопления обязательно должна выполняться проверка возможности плавного пуска центробежных насосов. По-хорошему, все насосы должны быть оборудованы автоматикой, обеспечивающей этот плавный пуск. Ну а на самом деле…

На самом деле, в большинстве домов ее или нет, или она находится в неисправном состоянии. Но и на такой случай в инструкции предусмотрен соответствующий пункт: первоначальный пуск должен выполняться при закрытой задвижке, которую можно (плавно!) открывать только после выравнивания давления в магистрали. Учитывая, кто и как запускает отопление в наших домах, нетрудно себе представить процент выполнения этих инструкций.

При нарушении регламента и возникает тот самый гидроудар, при котором мгновенный скачок давления вызывает превышение допустимого значения, и один из радиаторов по ходу движения теплоносителя не выдерживает нагрузки. Дальнейший ход событий понятен – его срок службы оказывается не столь долгим, как хотелось бы.

Качество теплоносителя

Мы уже отмечали, что чугунные батареи абсолютно не чувствительны к качеству теплоносителя. Им не важен его вид, состав, показатели pH и другие характеристики. Все посторонние примеси, камни и прочий мусор, всегда содержащийся в коммунальных сетях, свободно проходят через широкие каналы радиатора и отправляются дальше (возможно, для того чтобы застрять в узких отверстиях стальных вставок биметаллического радиатора соседа).

Неважно для чугуна и то, каким теплоносителем вы собираетесь оборудовать систему, если предполагаете использовать ее в вашем доме. Это может быть и вода, и тосол, и любая другая незамерзающая жидкость.

Многие делают вывод о том, что при использовании чугунных радиаторов совсем не нужна водоподготовка. Ни в коем случае не следуйте этим советам! В вашей системе есть еще много других компонентов, прежде всего, котел, у которого от плохого качества теплоносителя может упасть мощность, выйти из строя теплообменник или гидравлическая группа.

Корпус радиатора

Обсуждая характеристики чугунных радиаторов, нельзя не отметить еще одну их отличительную особенность – они продаются неокрашенными. Поэтому после покупки их нужно покрыть декоративным термостойким составом, а перед этим обязательно протянуть – качество отечественной сборки часто оставляет желать лучшего.

Однозначного ответа на вопрос, лучше или хуже чугунные радиаторы, чем, например, алюминиевые или биметаллические, наверное, дать невозможно. Кто-то ругает новомодные изделия, кто-то, наоборот, является ярым противником раритетов. Надеемся, что наш цикл статей по радиаторам отопления поможет разобраться, что же нужно именно вам.

ООО ДИЗАЙН ПРЕСТИЖ 8(495)744-67-74

Кроме быстрого и качественного ремонта труб отопления. оказываем профессиональный монтаж систем отопления под ключ. На нашей странице по тематике отопления > https://resant.ru/otoplenie-doma.html < можно посмотреть и ознакомиться с примерами наших работ. Но более точно, по стоимости работ и оборудования лучше уточнить у инженера.

Для связи используйте контактный телефон ООО ДИЗАЙН ПРЕСТИЖ 8(495) 744-67-74 . на который можно звонить круглосуточно.

Отопление от ООО ДИЗАЙН ПРЕСТИЖ Вид: водяное тут > https://resant.ru/uslugi/vodyanoe-otoplenie.html

▼ Электрическое отопление: ▼

Источники: http://santehkrug.ru/ximicheskaya-inertnost-k-primesyam-v-teplonositele-garantiya-dlitelnogo-sroka-sluzhby-chugunnyx-batarej-otopleniya.html, http://teploguru.ru/radiator/chugun/batarei-novogo-obrazca.html, http://electricity.msk.ru/tehnicheskie-harakteristiki-chugunnyih-radiatorov-otopleniya-moshhnost-razmeryi-srok-sluzhbyi.html

Срок службы радиаторов – какие надежнее и долговечнее?

От чего зависит срок службы радиаторов отопления?

При монтаже новых систем отопления или модернизации старых немаловажное значение имеет правильный выбор радиаторов, надежность которых может стать определяющим параметром долговечности всей системы. Поэтому срок службы радиаторов отопления указывается производителями в сопроводительной документации и на упаковке.

Для различных типов приборов, при условии правильного выбора и установки, он составляет:

Тип радиатора Срок службы

Алюминиевый

20–25 лет

Биметаллический

25–30 лет

Стальной

15–20 лет

Чугунный

25–35 лет

Факторы, определяющие срок эксплуатации радиаторов отопления

При покупке радиаторов необходимо учитывать, что фактический срок их эксплуатации зависит от следующих параметров отопительной системы:
  • рабочее давление в системе отопления;
  • испытательное давление;
  • химическая чистота теплоносителя;
  • температура теплоносителя.

Рабочее давление определяется типом систем отопления, и для частных домов оно обычно составляет 3–5 атмосфер, а для многоэтажных 8–16 атмосфер. Рабочее давление радиатора, гарантируемое производителем, должно как минимум на 2 атмосферы превышать рабочее давление в системе.

Такое же разнообразие и с теплоносителями: в коттеджах могут использоваться растворы-антифризы, а в централизованном теплоснабжении вода обычно проходит химическую подготовку.

Еще одна опасность для функционирования радиаторов кроется при сезонном запуске систем отопления, когда возникает гидравлический удар, и не все материалы и конструкции способны успешно ему противостоять.

Поэтому при выборе необходимо учитывать восприимчивость материала радиатора к негативным воздействиям. Например, чугун – инертный, хрупкий металл, сталь в местах сварки быстро коррозирует, а алюминий разрушается при повышенной кислотности воды.

Особенности чугунных и стальных радиаторов

Этими свойствами металлов объясняется тот факт, что классические чугунные радиаторы невосприимчивы к качеству воды, но очень чувствительны к гидравлическому удару и давлению в системе, превышающему 9 атмосфер.

Стальные радиаторы быстро выходят из строя при наличии кислорода в воде и при превышении рабочего давления в системе над нормативным для этих батарей (8–10 атмосфер). Поэтому они надежно работают только в автономных системах отопления.

Долговечность алюминиевых радиаторов

Кислотность и общая загрязненность теплоносителя оказывают критическое влияние на срок службы алюминиевых радиаторов. Этот тип отопительных приборов появился сравнительно недавно, но уже завоевал популярность в первую очередь из-за своих потребительских свойств, которые обусловлены физико-технологическими характеристиками алюминия:
  • легкостью;
  • высокой теплопроводностью,
  • высокой текучестью,
  • пластичностью.

Поэтому алюминиевые радиаторы имеют высокий показатель теплоотдачи и очень продуктивны. Они легкие, надежные и успешно противостоят гидравлическим ударом.

Однако алюминиевые радиаторы так же, как и стальные, чувствительны к высокому давлению и сливу теплоносителя из системы, так как в этом случае коррозионные процессы идут быстрее. Поэтому современные конструкции предусматривают наличие запорной арматуры и автоматического газовыпускного клапана. Такие радиаторы производители рекомендуют устанавливать в частном домостроении с контролируемой кислотностью воды, что позволит исключить все факторы риска для этих эстетичных изделий.

Надежность биметаллических радиаторов

Все достоинства алюминиевых радиаторов, но без их недостатков, воплощены разработчиками в биметаллических радиаторах. Прочность и долговечность этим изделиям обеспечивает использование стальных труб-коллекторов для контакта с теплоносителем, что существенно снижает разрушающее воздействие воды. Оптимальное сочетание прочности стали и теплопроводности алюминия позволяет гарантировать срок службы биметаллических радиаторов 25 лет при самом высоком для таких приборов рабочем давлении (до 24 атмосфер), то есть это оптимальный выбор для многоэтажного строительства.

Такая конструкция гарантирует их долговечность при воздействии всех неблагоприятных факторов отечественных централизованных теплосетей, а именно: невысокий уровень водоочистки, нестабильное давление в системах, сезонный слив теплоносителя.

Максимальный срок эксплуатации батарей отопления обеспечивается не только высоким качеством их изготовления, но и учетом при их выборе всех особенностей (рабочее давление, водоподготовка и пр.) систем отопления в частном либо многоэтажном строительстве.

Чугунные дизайнерские радиаторы Exemet доступная классика

Cтатьи Чугунные дизайнерские радиаторы Exemet доступная классика

Чугунные дизайнерские радиаторы Exemet доступная классика

Раздел: Cтатьи /  Дата: 25 апреля, 2018 в 9:57 /  Просмотров: 880
Чугунные дизайнерские радиаторы Exemet доступная классика

Перед вами статья, которая может полностью изменить ваши представления  о комфорте, уюте и дизайне. Мы — истинные ценители искусства. Нам важны тонкие  и строгие линии не устаревающей классики, её романтизм и способы, которыми люди  могли рассказывать истории. Мы хотим поделиться этим с вами. Поэтому мы представляем вам винтажные чугунные радиаторы, которые заслужили право на Ваше внимание.

Мы нашли чертежи и эскизы классических чугунных радиаторов, которые производили  в XIX и XX веках в Европе и Северной Америке и устанавливали в резиденциях, усадьбах  и квартирах. Каждый из них имеет свои особенности, свой неповторимый визуальный  облик, свою историю. И каждый из них по праву можно считать произведением искусства.  В предлагаемых моделях вы не найдете ничего привычного, ведь мы собрали для вас самые элегантные, иногда брутальные, но не менее прекрасные радиаторы, которые не просто украсят ваш дом, но и наполнят его уютом и станут настоящей изюминкой.

Преимущества чугунных радиаторов

Длительный срок службы.

Чугунные радиаторы — отопительные приборы с самым длительным сроком службы.  Высокое содержание углерода в сером чугуне препятствует окислению железа. Кроме  того, чугунные радиаторы ржавеют медленнее стальных и не подвержены гальванической коррозии, как алюминиевые. Именно поэтому срок эксплуатации чугунных  радиаторов очень высок. К примеру, оранжерея института растениеводства в Царском  селе до сих пор отапливается батареями, смонтированными еще в 1896 году. По всей  России сохранилось множество радиаторов с советских времен, установленных более  полувека назад.

Безразличие к качеству теплоносителя.

Вода, которая используется в централизованных системах отопления является химически агрессивной средой, активно вступит в реакцию с внутренней поверхностью  отопительных приборов. Почти все типы радиаторов, за исключением чугунных,  подвержены коррозии.

Долго хранят тепло.

Нагревание чугунных радиаторов осуществляется дольше, по сравнению с радиатора-  ми из других материалов, однако они имеют способность долго сохранять тепло после  отключения системы отопления. Остальные радиаторы остывают за несколько минут  после прекращения циркуляции воды в системе.

Невосприимчивость к загрязнениям

Как правило, в закрытых центральных системах отопления России вместе с водой  по трубам циркулирует песок, кусочки ржавчины и прочий мелкий мусор. Часто это  приводит к засору стальных и алюминиевых радиаторов, в связи с тем, что внутренний  диаметр секций очень мал, чего не встречается у чугунных радиаторов.

Заказ чугунного радиатора

В таблицах каталога указаны тепловые мощности и вес одной секции радиатора.  Радиаторы серии Classica, Magica, Venera, Mirabella, Romantica, Fidelia, Queen, Princess,  Prince, Rococo изготавливаются не более 26 секций.

Радиаторы серии Neo изготавливаются не более 34 секций.

Для радиаторов серии Classica, Magica, Venera, Mirabella, Romantica, Fidelia, Queen, Princess,  Prince, Rococo без согласования с заказчиком, устанавливается 2 секции с ножками при  количестве секций в радиаторе до 10 шт, 3 секции с ножками при количестве секций  в радиаторе от 11 до 19 шт и 4 секции с ножками при количестве секций в радиаторе от  20 до 26 шт.

Для радиаторов серии Neo без согласования с заказчиком, устанавливается 2 секции  с ножками при количестве секций в радиаторе до 20 шт, 3 секции с ножками при ко-  личестве секций в радиаторе от 21 до 29 и 4 секции с ножками при количестве секций  в радиаторе от 30 до 34 шт.

Радиаторы поставляются в собранном виде в напольном исполнении.  Диаметр подключения радиатора к системе отопления — 1 /2″ или 3/4″.  Рекомендовано только для закрытых систем отопления.

Допускается использование в качестве теплоносителя воды либо глицерина.  Максимальное рабочее/испытательное давление — 10/15 бар.

Максимальное рабочее/испытательное давление для серии Fidelia — 6/10 бар.  Максимальная температура теплоносителя — 110 °C.

Гарантия — 5 лет, при соблюдении условий эксплуатации радиатора.

Простые шаги

Помогут вам выбрать чугунный радиатор, соответствующий вашим требованиям:

  1. Проведите теплотехнический расчет вашего помещения или обратитесь в нашу компа-  нию. Только после этого можно определить размер вашего радиатора для обеспечения  комфортной температуры в помещении.
  2. Определите тип вашего радиатора, соответствующий дизайну интерьера вашего по-  мещения.
  3. Определите высоту вашего радиатора, используя чертежи в нашем каталоге. Если  радиатор установлен в подоконное пространство, то необходимо выдержать не менее  10 см от подоконника до верхней части радиатора.
  4. Выберите необходимое количество секций радиатора, используя вышеуказанное правило  установки секций с ножками. Например, для радиатора серии Magica при количестве  секций от 11 до 19 устанавливается 3 ножки. В этом случае рекомендуется для симметричности использовать нечетное количество секций. Количество секций выбирается  из расчета тепловой мощности одной секции, указанной в таблице и общей тепловой  мощности радиатора из теплотехнического расчета.
  5. Воспользуйтесь нашим калькулятором ЕХЕМЕТ calculator на сайте www.exemet.ru для  быстрого подбора. Определите цвет покраски вашего радиатора в стандартный цвет  или цвет по RAL или финишную обработку поверхности. Выбор  цвета не влияет на стоимость радиатора.
  • Рекомендуем
  • Комментарии

Рекомендуем наши товары

Выбор чугунных батарей отопления — Рекомендации

Эффективность водяных систем обогрева во многом зависит от характеристик и правильного выбора оборудования. Оптимальным вариантом для централизованных сетей в многоквартирных домах являются батареи отопления чугунные. Они способны выдержать давление теплоносителя от 9 до 12 атм. и пользуются спросом благодаря продолжительному сроку службы и технико-эксплуатационным показателям.


Особенности производства и конструкции

Для изготовления чугунных радиаторов обычно используется сплав из серого чугуна, который заливают в специальные формы и получают секции для отопительных приборов. Ширина и суммарная тепловая мощность устройств зависит от количества и габаритов сборных элементов.

На размеры батарей также влияют особенности внутренней конструкции. Теплоноситель может циркулировать по одному, двум или трем каналам, количество которых определяет ширину приборов. Соединение отдельных секций в единую конструкцию осуществляется с помощью уплотнителей.

Характеристики и свойства

Основной недостаток радиаторов из чугуна — значительный вес, который усложняет транспортировку и монтаж. Для надежной фиксации батарей требуются крепежные элементы высокой прочности. К недостаткам также относятся большой объем теплоносителя и однотипный дизайн, который обусловлен технологическими особенностями литья.

Шероховатость внутренней поверхности чугунных отопительных приборов способствует образованию отложений. Теплоноситель с высоким содержанием кальция и магния может вызвать со временем сужение полостей, которое приводят к снижению скорости нагрева и уменьшению теплоотдачи. Чтобы избежать появления отложений и продлить срок службы батарей отопления чугунных, следует обеспечить дополнительную очистку циркулирующей воды.


Однако недостатки таких радиаторов компенсируются преимуществами, среди которых можно выделить:

  • продолжительный срок использования, составляющий в зависимости от модели и производителя 35 и более лет;
  • способность выдерживать температуру теплоносителя до +130 °C и гидравлические удары;
  • высокие показатели теплоотдачи;
  • прочность и надежность конструкции;
  • минимальное гидравлическое сопротивление;
  • доступная цена.

Для дополнительной защиты от коррозии используется специальное покрытие, которое предотвращает разрушение металла и продлевает ресурс отопительных приборов.

ООО «Сантехкомплект» реализует чугунные радиаторы и другие виды оборудования для монтажа, реконструкции и ремонта отопительных систем. Холдинг — один из лидеров по продаже сантехники, труб из металла и пластика, и оснащения для инженерных сетей и технологических трубопроводов.

Поэтому клиенты могут рассчитывать на большой выбор качественной продукции отечественных и зарубежных производителей по доступным ценам. К услугам покупателей — возможность оформления доставки по Москве и в регионы РФ и скидки при оптовых заказах. Каждую сделку сопровождает личный менеджер, который поможет определиться с выбором и найти оптимальный вариант.


Достоинства и недостатки

Современные тенденции таковы, что привычные чугунные радиаторы все чаще заменяют алюминиевыми или биметаллическими. А все потому, что чугунные модели отличаются приличными габаритами и значительным весом. Тем не менее чугун не перестали использовать для создания радиаторов. Ведь из него очень удобно изготавливать даже самые элегантные изделия, а потому современные чугунные батареи вполне могут иметь небольшие размеры и очень даже стильный вид. Особенно, если дополнительно их задекорировали художественной ковкой.

В целом же у чугунных радиаторов немало положительных особенностей. Так, они могут выдерживать приличное давление – более пятнадцати атмосфер! А еще они совместимы со всеми типами трубопроводов, что в наше время немаловажно так же, как и то, что срок службы у таких батарей составляет до пятидесяти лет. При этом вы всегда можете изменить количество секций, а тепловая отдача у установленных батарей достигает больше ста Ватт!

Но это далеко не все положительные качества чугунных радиаторов. Помимо долгого срока службы, они еще и устойчивы к коррозийным процессам. А все потому, что в процессе эксплуатации на внутренней стенке образуется защитный слой, который и не дает разрушаться изделию. Что касается внешней стороны радиатора, то ей коррозия вообще не страшна!


Однако все-таки бывают случаи, когда чугунные батареи выходят из строя. Самая популярная причина – это, когда проток забивается кальциевыми отложениями. Но такое явление легко предотвращается за счет смягчения теплоносителя, то есть воды. К слову, ее нередко именно по этой причине заменяют антифризом. Хотя он оказывает негативное воздействие на прокладки, которые монтируются между секциями.

Какие еще есть недостатки у чугунных радиаторов? Пожалуй, к ним можно отнести тот факт, что такие батареи довольно медленно нагреваются и остывают тоже медленно, хотя последний факт все-таки больше плюс, чем минус. Так почему же это плохо? Причина в том, что нет возможности быстро регулировать температуру воздуха помещении. Ну и, конечно, самый главный недостаток – большой вес, из-за которого усложняется процесс монтажа. Другими словами, установить такой радиатор самостоятельно практически невозможно. Для этого необходимо два человека, как минимум.

Также стоит добавить, что стоимость чугунных радиаторов сравнительно выше, чем у алюминиевых, к примеру. Однако это вполне обосновано, так как срок службы у них достаточно долгий. Да и вообще у них огромное количество преимуществ! Важно лишь выполнять периодическую технологическую чистку системы, чтобы избежать некачественной циркуляции теплового носителя.

Советы по выбору

Выбирать чугунные радиаторы следует выбирать с учетом разных критериев. К примеру, значительно на стоимость продукции влияет габариты и дизайн батареи. Также в процессе выбора стоит учитывать габариты и тип подключения. Батареи могут быть разной высоты, ширины и глубины. Причем высота должна быть такой, чтобы выбранная модель поместилась между полом и подоконником. Что касается глубины, то она важна, если выступающая часть подоконника незначительна.


Кроме того, необходимо учитывать и мощность агрегата. Маломощные батареи стоят немного дешевле, так как они отдают в окружающую среду меньше тепла. Соответственно, чем мощнее будет радиатор, тем выше будет его цена.

Что касается типа монтажа, то здесь всего два варианта – напольные и настенный. Учитывая, что вес чугуна достаточно значительный, настенные модели разрешается монтировать исключительно на несущие поверхности. Во всех других случаях специалисты рекомендуют приобретать модели, которые оснащены ножками.

Видео. Преимущества чугунных батарей перед другими вариантами


характеристики технические по таблице, срок службы, размеры, мощность современной батареи, площадь

Чугунные радиаторы — устройства для обогрева помещений.

Широко используются благодаря хорошей теплоотдаче и невысокой цене.

В настоящее время встречаются декоративные дизайнерские модели радиаторов, которые способны украсить любой интерьер.

Таблица сравнения технических характеристик

Ниже представлена таблица с описанием характеристик нескольких типов радиаторов отопления.

Фото 1. Таблица сравнительных характеристик нескольких типов радиаторов: стальных, чугунных, алюминиевых, биметаллических и анодированных.

Размеры

Каждый чугунный радиатор имеет 4 линейных характеристики:

  • Межосевое расстояние радиатора составляет от 250 до 600 мм. У батарей из других металлов диапазон шире.
  • Высота радиатора больше предыдущего показателя минимум на 80 миллиметров.
  • Толщина варьируется между 85 и 185 мм.
  • Ширина изделий обычно около 10 см, но бывает меньше.

Учитывая большую вариативность габаритов, можно подобрать батарею для большого диапазона помещений, с различным объемом. Так, низкие устройства подойдут для комнат с высокими окнами и наоборот.

Алгоритм выполнения расчёта тепловой мощности по площади

Считается, что на каждый квадратный метр жилья достаточно 100 ватт.

Полную величину получают умножением площади помещения на указанный показатель.

Далее, выбирают размер секций, из которых соберут батарею. Разделив полученную ранее величину на номинальную, получится необходимое количество составных частей.

Теплоотдача одной секции чугунного радиатора

Если выбрать батарею среднего размера, показатель теплоотдача составит 150 ватт. Показатель меняется вместе с габаритами устройства. Значение редко превышает 180 Вт или падает ниже 135.

Уровень сопротивляемости коррозии

Усреднённые величины представлены в таблице.

Коррозионная стойкость (мм/год) чугуна
Чугун Условия эксплуатации
Промышленная среда Камера с добавкой 0,3% SO2 Проточная жидкость при 25 °C Морская вода* 10% при 50 °C 3% при 10—19 °C 5% кислота
серная соляная азотная
Белый 0,05
Серый 0,14 0,24 0,27 0,06 0,02 0,08 31 27 26
Прочный
феррит 0,18 0,29 0,22 0,06 0,01 0,08
феррит и перлит 0,18 0,24 0,26 0,08
перлит 0,14 0,22 0,29 0,06 0,01 0,08
Ковкий 0,06
Коррозионно-стойкий типа 4Н 15Д7 0,05 0,02 0,15 0,3 21
Кремнистый ЧС 15 0,13 0,13
*при испытании в проточной воде коррозия выше. Скорость составляет 1 г/(м2∗ч) = 1,2 мм/год.

Дизайн как фактор выбора

Чугунные радиаторы редко делают красивыми. Их задача — переносить тепло, а не радовать глаз. Но некоторые радиаторы стилизуют, а затем с их помощью создают красивый интерьер. Этому способствует необычная форма или окрас поверх стандартной грунтовки.

Фото 2. Декоративный отопительный радиатор из чугуна. Покрыт черной краской, украшен декоративной ковкой.

Некоторые батареи делают в стиле ретро. На них рисуют орнамент, придают тёмный цвет. Сами радиаторы имеют колесики, поэтому их достаточно поставить на пол, не прикрепляя к стене.

И также создают абстрактные модели радиаторов. Основной компонент — чугун, но его сочетают с другим металлом. Выпускаются в различной форме, поэтому такие батареи подходят к любому помещению.

Сколько лет составляет срок службы

Гарантийная длительность работы чугунных радиаторов составляет 50 лет. В редких случаях это значение выше: из-за коррозии действительное время эксплуатации ниже.

Эксплуатация современных батарей отопления с водой

Выделяют 7 характеристик, отличающих чугун от других металлов:

  1. Долговечность

Ресурс устройства исчерпывается очень долго, поскольку оно способно качественно выполнять свою функцию 50 и более лет.

В некоторых случаях за этот период не проводят ремонт. Учитывая невысокую стоимость, получается дешёвая система, почти не требующая затрат на обслуживание.

  1. Высокая теплоотдача

Среди прочих материалов чугун лучше других переносит температуру воды в окружающую среду. Это связано с рёбрами секций, расположенными вертикально. Конструкция и параметры металла позволяют радиаторам долго работать даже при отключении котла или потере качественной эксплуатации последнего.

  1. Способность выдерживать сильный нагрев теплоносителя

Чугунные батареи без проблем переносят повышение температуры до 130—140 градусов, что позволяет использовать в качестве рабочего вещества водяной пар. Хотя это неразумно, а подобные значения избыточны.

  1. Современные радиаторы обладают высоким запасом прочности

Емкость приборов защищена от внешних физических повреждений. Внутренняя часть системы способна выдержать рабочее давление до 18 атм. Это помогает при гидравлических испытаниях, в течение которых нагнетают большие значения.

  1. Защищённость от коррозии

Последняя возможна из-за железа, содержащегося в сплаве. Для нейтрализации этой проблемы внутренние стенки покрывают специальным веществом. Благодаря препарату, кислород, выделяющийся из пара при сильном нагреве, не взаимодействует с металлом. Затем, по мере остывания, он снова объединяется с водородом, становясь жидкостью.

  1. Высокое гидравлическое сопротивление

Показатель зависит от диаметра труб, которые поставляют воду в радиатор. Для чугуна значение велико, поэтому отпадает необходимость использования циркуляционного насоса. Жидкость довольно легко заставляет себя путешествовать по системе.

Внимание! Устройство поддерживает работу с любым видом теплоносителя. В чугунную обвязку можно залить как воду, так и смеси, содержащие гликоль.

  1. Низкая стоимость устройства и простота монтажа

Чугунные радиаторы имеют встроенные соединения: батарею достаточно повесить на крюки, которые вделывают в стену, и соединить с трубами.

Подобный способ крепления надёжен, гарантирует отсутствие течей, уменьшает риск гидроудара. Последний способен резко повысить давление и нанести непоправимый вред прибору.

Систему подключают к обвязке резьбовыми соединениями, что безопаснее сварки. Это также позволяет совместить разные металлы, например, чугунные секции со стальными трубами. Несмотря на лёгкость установки, рекомендуется пригласить специалиста.

Особенности декоративных радиаторов

Дизайнерские изделия не обладают столь хорошими техническими показателями:

  • Теплоотдача несколько ниже, что связано с дополнительным слоем краски, в некоторых случаях — орнаментом.
  • Средняя мощность меньше, поскольку габариты зачастую урезают. Это помогает создать интерьер, но мешает прямому назначению батареи.
  • Гидравлическое сопротивление падает, поскольку трубы делают небольшими, аккуратными.
  • В отличие от простых радиаторов, декоративные значительно дороже.

Перечисленные особенности выглядят негативно, но красота требует жертв. Проблемы легко решить незначительными изменениями конструкции или совмещением радиаторного отопления с другим.

Полезное видео

Посмотрите видео, в котором рассказывается о преимуществах и недостатках чугунных радиаторов отопления.

Самостоятельно справиться сложно

Выбор батарей — сложный процесс, которому нужно уделять время. Совет специалиста поможет сэкономить средства.

Промывка чугунных радиаторов улучшает производительность системы отопления — BWT

Качественная промывка чугунных радиаторов — залог длительной и эффективной работы всей отопительной системы, включая трубы, стояки, радиаторы и водонагревательные устройства. Особенно актуально вопрос своевременной промывки отопления стоит в крупных городах, в которых коммунальная отопительная система эксплуатируется на протяжении пятидесяти и более лет.

Вполне естественно, что после столь длительной эксплуатации зашлакованность трубопроводов очень высокая, на стенках труб и радиаторов имеются толстый слой известковых отложений. И все это влечет за собой повышенный расход энергоносителей и электроэнергии. Кроме того, накипь и зарастание трубопроводов и радиаторов значительно снижают их пропускную способность, снижают общую температуру (теплопроводность накипи в десятки раз меньше, нежели чугунных радиаторов), увеличивают расход воды. Кроме этого, если не выполнять своевременную промывку, то трубы и чугунные радиаторы со временем будут разрушаться, что повлечет за собой внеплановый ремонт всей отопительной системы и дополнительные расходы.

Решения BWT для очистки теплообменников:

Самая распространенная проблема, с которой сталкиваются абсолютно все владельцы городских квартир, это известковые отложения на внутренних стенках труб и чугунных радиаторов, которые образовываются вследствие присутствия в теплоносителе большого количества солей магния и кальция. Наличие накипи создает повышенное сопротивление тепловому потоку, что влечет за собой уменьшение температуры теплоносителя и снижение теплопроводности всей отопительной системы. А это означает, что пропускная способность труб, радиаторов, а также их теплоотдача уменьшаются. Естественно, температура в отапливаемом помещении начинает снижаться, а для ее поддержания требуется увеличивать расход топлива. И, как можно судить из практики, после десяти лет интенсивной эксплуатации системы отопления, если не делать регулярную промывку теплообменников, котлов отопления и т.д., трубопроводы и чугунные радиаторы оказываются зашлакованными почти на 50%. А теперь представьте, насколько падает производительность системы и возрастают расходы на поддержание нормальной температуры, если только один миллиметр накипи на 14 процентов увеличивает расход топлива.

Большинство существующих на сегодняшний день технологий, с помощью которых осуществляется промывка чугунных радиаторов и очистка их от накипи, связаны с демонтажем и разборкой трубопроводов и водонагревательных устройств. Это очень неудобно, поскольку требует значительных материальных расходов, к тому же создает неудобства для жильцов. К тому же традиционные способы очистки теплообменника и радиаторов далеко не всегда в состоянии обеспечить оптимальный уровень промывки водонагревательных устройств и всей системы.

Сам по себе срок службы чугунных радиаторов очень большой, но в течение этого срока на их стенках появляется слой известковых отложений, что, прежде всего, ведет к ухудшению обогрева помещения. Довольно часто на стенках радиаторов образуется коррозия, которая возникает главным образом потому, что в летнее время из системы отопления вода сливается, и туда опадает кислород. Кроме того, возникновение коррозии довольно часто связано с недостаточным качеством самого теплоносителя. Как только засорение чугунных радиаторов достигает критической отметки, производительность отопительной системы падает довольно существенно. Следовательно, после нескольких лет эксплуатации рекомендуется производить промывку радиаторов и всего отопительного оборудования. А вообще-то, рекомендуется выполнять промывку ежегодно, перед началом отопительного сезона.

Промывка чугунных радиаторов заключается в удалении с их внутренних стенок накипи и известковых отложений различными безразборными методами. Для этого используется специальное оборудование и жидкости для промывки отопления, эффективно растворяющие накипь и вымывающие ее. Такое оборудование и химические реагенты для приготовления промывочного раствора имеются в компаниях, предоставляющих данные услуги. Самостоятельно заниматься промывкой не рекомендуется, поскольку необходимо знать рецептуру приготовления раствора.


Оценка жизненного цикла литий-ионных аккумуляторов и проточных систем хранения возобновляемой энергии на основе ванадиевых окислительно-восстановительных аккумуляторов

https://doi.org/10.1016/j.seta.2021.101286Get rights and content

Highlights

Two стационарные системы накопления энергии сравниваются с возобновляемыми источниками энергии.

Фотоэлектрическая и ветровая энергия оцениваются как возобновляемые источники для применения в сети.

Воздействие на окружающую среду определяется количественно с момента производства до конца срока службы.

Фаза использования и окончание срока службы значительно влияют на общее воздействие на окружающую среду.

Система на основе ванадиевой окислительно-восстановительной батареи снижает воздействие на окружающую среду.

Abstract

Возобновляемые источники энергии стали важной альтернативой ископаемым источникам энергии, поскольку они связаны с более низким уровнем выбросов парниковых газов. Тем не менее, прерывистая характеристика возобновляемых источников энергии требует систем хранения энергии, которые играют важную роль в согласовании спроса и предложения электроэнергии на основе возобновляемых источников.Жизненный цикл этих систем хранения приводит к нагрузкам на окружающую среду, которые исследуются в этом исследовании с упором на литий-ионные и ванадиевые проточные батареи для хранения возобновляемых источников энергии (солнечной и ветровой) для сетевых приложений. Воздействие оценивается посредством оценки жизненного цикла, охватывающей этап поставки батарей, их использование и окончание срока службы, с использованием экспериментальных данных, полученных на испытательных установках. Состав батареи подробно исследуется как фактор конечного воздействия путем сравнения двух типов катодов для литий-ионной батареи и использования переработанного электролита для ванадиевой проточной батареи.Результаты показывают, что система хранения на основе ванадия приводит к общему меньшему воздействию при производстве из 100% свежего сырья, но воздействие значительно снижается, если используется 50% переработанного электролита, с более низким подкислением до 45,2% и меньшим глобальным потеплением на 11,1%. потенциал. Новый химический состав катода литий-ионного аккумулятора приводит к более высокому общему воздействию: на 41,7% больше твердых частиц и на 52,2% больше окисления.

Ключевые слова

Стационарная система накопления энергии

Декарбонизация электроэнергии

Солнечная энергия

Энергия ветра

Энергетический переход

Рекомендованные статьиСсылки на статьи (0)

© 202 Автор Thes. Опубликовано Elsevier Ltd.

Рекомендуемые статьи

Ссылки на статьи

Батареи | Бесплатный полнотекстовый | Анализ жизненного цикла литий-ионных аккумуляторов для автомобильных приложений

1. Введение

В 2016 г. мировой транспортный сектор потребил 2748 млн тонн энергии в нефтяном эквиваленте (Мтнэ), что составляет 29% от общего потребления энергии в мире. В транспортном секторе только автомобильный транспорт израсходовал 1927 млн ​​т н.э. нефти [1]. Огромные энергетические потребности транспортного сектора и его сильная зависимость от нефти создают серьезные проблемы, поскольку мир стремится удовлетворить растущие потребности в транспорте, стремясь достичь энергетической безопасности и обеспечить экологическую устойчивость.В последние годы электромобили (EV) рекламировались как решение этой проблемы. Сравнительный анализ электромобилей и транспортных средств с двигателями внутреннего сгорания (ICEV) показал, что по сравнению с их аналогами, работающими на ископаемом топливе, электромобили могут существенно снизить потребление энергии и воздействие на окружающую среду при оказании одних и тех же транспортных услуг, особенно при питании от электроэнергии, источниками которой становятся все чаще. из возобновляемых источников [2,3,4,5]. Благодаря этим потенциальным преимуществам электромобили вызвали интерес во всем мире [6].Мировые продажи электромобилей увеличились с 118 000 в 2012 году до 1,15 миллиона в 2017 году [7]. В период с июля 2017 г. по сентябрь 2018 г. 11 стран обязались увеличить свои ежегодные продажи электромобилей до 30% от всех продаж автомобилей к 2030 г. [8]. Если эта цель будет достигнута, глобальный парк электромобилей вырастет в 70 раз в течение следующих 12 лет [7]. Энергетические и экологические преимущества, которые можно получить от вождения электромобилей вместо ICEV, связаны с более высокой энергоэффективностью электромобилей и возможностями обезуглероживания электричества, которое питает электромобили.Однако производство литий-ионных аккумуляторов (LIB), которые являются уникальным компонентом аккумулирования энергии электромобилей, может привести к значительным энергетическим и экологическим нагрузкам [9,10,11,12]. Таким образом, общие энергетические и экологические характеристики электромобилей во многом зависят от того, перевешивают ли воздействия, которых удалось избежать на этапе использования электромобилей, в отличие от ICEV, дополнительные воздействия, возникающие в результате процессов, связанных с производством LIB. Чтобы ответить на такие вопросы, требуется анализ жизненного цикла (LCA), который может охватывать различные этапы жизненного цикла продукта или услуги и давать целостную картину его преимуществ и недостатков.LIB и EV вызвали живой интерес сообщества LCA. Питерс и др. провели обзор литературы по LCA LIB и EV, и их поиск метаанализа выявил 113 исследований, опубликованных в период с 2000 по 2016 год [13]. Несмотря на эти исследования, влияние электромобилей на энергию и окружающую среду, особенно связанных с LIB, еще предстоит полностью понять. Питерс и др. обнаружили, что из 113 рассмотренных исследований только 36 предоставили достаточную информацию и подробные результаты для производства LIB; из 36 исследований только 11 представили исходные данные инвентаризации жизненного цикла (LCI) [13], которые представляют собой сбор материалов и потоков энергии через единичные процессы, составляющие жизненный цикл и служащие входными данными для LCA.Фактически, большинство существующих исследований LCA автомобильных LIB основаны на данных LCI из четырех исследований: Notter et al. (2010) [2], Majeau-Bettez et al. (2011) [9], Dunn et al. (2012) [14] и Ellingsen et al. (2014) [10], благодаря их полноте и прозрачности. Однако эти исследования проводились, когда автомобильные LIB находились на ранней стадии коммерциализации, когда отраслевые данные тщательно охранялись и, даже если они были доступны, могли не отражать текущую практику. На самом деле данные LCI для аккумуляторных материалов в этих исследованиях в основном основывались на инженерных расчетах, приближениях и вторичных данных, что приводило к большим неопределенностям и вызывало вопросы о том, насколько репрезентативны эти данные для промышленного производства.Эллингсен и др. получили отраслевые данные о составе материалов аккумуляторной батареи и нескольких компонентов, а также о потреблении энергии для производства элементов и сборки батарей [10]. Хотя эти данные являются важным вкладом, они могут не отражать текущее производство автомобильных LIB в коммерческих масштабах. Данн и др. указали, что эти «новаторские» производственные мощности по производству аккумуляторов, возможно, не полностью изучили возможности энергосбережения и могут работать значительно ниже проектной мощности [11]. Таким образом, значения энергоемкости, полученные от этих объектов, скорее всего, будут завышенными.

Чтобы лучше понять энергетические и экологические характеристики автомобильных LIB, в этом исследовании представлены результаты LCA, основанные на новых данных LCI, которые отражают текущие практики в отрасли LIB, и определяют основные факторы, влияющие на энергопотребление и воздействие LIB на окружающую среду. Чтобы согласовать исследования LCA LIB, в этом исследовании также рассматриваются данные LCI основных материалов аккумуляторов в существующих исследованиях, выявляются пробелы в знаниях и даются рекомендации для будущих исследований.

2. Методы

Оценка жизненного цикла проводится с использованием выпуска 2018 года модели Аргоннской национальной лаборатории (Аргонн) «Парниковые газы, регулируемые выбросы и использование энергии на транспорте» (GREET ® ) [15] с одной модификацией, как описано в Приложении A. Dunn et al. в 2012 году в GREET встроили аккумуляторный модуль LCA [14]. С тех пор модуль регулярно обновлялся, чтобы включать новые отраслевые данные по мере их поступления. В частности, в 2015 году мы обновили ИЖЦ для производства синтетического графита, металлического лития и рафинированного никеля на основе данных о вторичной промышленности [16,17]; в 2017 году мы обновили LCI для производства элементов и сборки пакетов на основе первичных отраслевых данных [18]; в 2018 г. мы обновили ИАЦ для производства катодных материалов на основе первичных отраслевых данных [19] и ИАЦ для производства аккумуляторных солей кобальта на основе вторичных отраслевых данных [20].Хотя GREET 2018 охватывает автомобильные LIB на основе оксида лития-марганца (LMO), литий-железо-фосфата (LFP), лития-никеля-кобальта-алюминия (NCA) и различных литий-никель-марганцево-кобальтовых оксидов (NMC), это исследование посвящено LIB на основе один NMC, LiNi 1/3 Mn 1/3 Co 1/3 O 2 (NMC111), так как это преобладающий катодный химический состав, используемый в электромобилях, которые в настоящее время продаются в США, Японии, и Европа [21,22]. Блок EV LIB, исследованный в этом исследовании, имеет общую энергию пакета 23.5 кВт·ч, весит 165 кг и содержит 140 призматических ячеек по 46 А·ч [19]. Плотность энергии батареи составляет 197 Втч/кг на уровне элемента и 143 Втч/кг на уровне упаковки. В каждой ячейке используется NMC111 в качестве материала активного катода и графит в качестве материала активного анода. Предполагается, что поливинилидендифторид (ПВДФ) является связующим материалом как для катода, так и для анода. Для других компонентов элемента предполагается, что электролит представляет собой 1 М/л LiFP 6 , растворенный в 1:1 этиленкарбонате (ЭК) и диметилкарбонате (ДМК), а сепаратор представляет собой 80 мас.% полипропилена (ПП). и 20 мас.% полиэтилена (РЕ).Для производства элементов LIB предполагается, что N-метил-2-пирролидон (NMP) является растворителем для приготовления катодной суспензии, а вода — для анода. Затем изготовленные элементы собираются в модули, состоящие из элементов, соединенных параллельно или последовательно, теплопроводов, регулятора состояния заряда, проставок, а также клемм и корпуса модуля. Далее модули собираются в аккумуляторные блоки, которые состоят из модулей, соединенных параллельно или последовательно, модульных компрессионных пластин и ремней, соединительных модулей, системы охлаждения аккумуляторов, системы управления аккумуляторами (BMS), клемм и нагревателей аккумуляторов, а также кожуха аккумулятора.Спецификация (BOM) пакета LIB основана на модели Argonne Battery Performance and Cost (BatPaC) [23]. Подробные составы материалов на уровне ячеек, модулей и пакетов представлены в таблице S1 в дополнительных материалах. Следует отметить, что в GREET блоки LIB для различных электромобилей линейно увеличиваются или уменьшаются по сравнению с эталонным аккумуляторным блоком, поэтому мы представляем здесь результаты LCA для 1 кВтч LIB. Тем не менее, мы признаем, что в действительности спецификация блока LIB и удельная энергия, которые являются детерминированными факторами для результатов LCA LIB, могут значительно различаться в зависимости от типа элемента, конфигурации блока, размера батареи и желаемых показателей производительности электромобиля. Поэтому мы предостерегаем от прямого применения наших результатов на киловатт-час к блокам EV LIB с заметно отличающимися характеристиками от нашего эталонного блока, а также представляем результаты LCA для 1 кг аккумуляторных материалов, чтобы облегчить анализ таких блоков LIB. Предполагается, что сборка модуля и пакета выполняется вручную и, следовательно, не связана с каким-либо воздействием энергии и окружающей среды. Для сборки модулей и блоков, которая не является на 100% ручной, Ellingsen et al. [10] и Ким и соавт. [12] обнаружили, что потребление энергии и воздействие на окружающую среду минимальны.Системная граница исследования проходит от колыбели до ворот, которая начинается с добычи сырья (например, руды, рассола, сырой нефти) из-под земли и заканчивается производством аккумуляторной батареи до того, как она покинет ворота завода. На рис. 1 показана граница системы. Цветные прямоугольники представляют единичные процессы, которые являются отдельными или агрегированными операциями, которые могут производить промежуточный или конечный продукт, тогда как серые прямоугольники представляют набор единичных процессов, связанных с производством материалов и компонентов в аккумуляторном блоке (т. -to-gate LCA существует в GREET для каждого из серых прямоугольников).Эти процессы обычно включают получение сырья, рафинирование сырья до желаемого качества и иногда придание формы рафинированному материалу. Например, производство кованого алюминия включает добычу бокситов, рафинирование бокситов для производства глинозема, восстановление глинозема для производства алюминия, литье слитков и горячую и холодную прокатку для производства алюминиевых листов. Функциональная единица исследования – 1 кВтч. Изученные показатели энергоэффективности и экологической эффективности включают общее энергопотребление, выбросы парниковых газов (ПГ), выбросы NO x , выбросы SO x , выбросы PM и потребление воды.Общая энергия — это совокупное потребление энергии, связанное с процессами, включая энергию из ископаемых и возобновляемых источников энергии. Выбросы ПГ рассчитываются на основе 100-летнего потенциала глобального потепления для различных ПГ (например, CO 2 , CH 4 и N 2 O), как указано в пятом оценочном отчете Межправительственной группы экспертов по изменению климата. [24] и выражены в кг эквивалента CO 2 (CO 2 e).

4. Выводы

Основываясь на данных, представляющих текущее крупномасштабное промышленное производство ЛИА, мы пришли к выводу, что предварительное производство материалов для аккумуляторов в целом сопряжено с большими энергетическими и экологическими нагрузками, чем производство элементов и процесс сборки аккумуляторов.Мы также обнаружили, что активный материал катода, алюминий и потребление энергии для производства элементов являются тремя наиболее заметными факторами, влияющими на энергию от колыбели до ворот и воздействие на окружающую среду, связанное с батареями NMC111. Однако мы также признаем, что результаты ОЖЦ в значительной степени зависят от спецификации аккумуляторов и цепочки поставок аккумуляторов. Поскольку спецификация аккумуляторов может значительно различаться в зависимости от конструкции и конфигурации аккумуляторов, а цепочка поставок аккумуляторов может существенно различаться в зависимости от географического местоположения, мы воздерживаемся от сравнения наших результатов ОЖЦ с результатами других исследований. Чтобы сделать такое сравнение значимым, потребуется, чтобы ИЖЦ, представленные в различных исследованиях, были согласованы, а затем оценены с использованием одной и той же фоновой базы данных ОЖЦ, как это сделано Peters et al. [41], что выходит за рамки данного исследования. Вместо этого мы изложили основные различия между LCI ​​этого исследования и теми, о которых сообщают другие, чтобы облегчить интерпретацию наших результатов. В свете динамичного и разнообразного характера отрасли LIB, будущие исследования LCA аккумуляторов должны быть максимально прозрачными в отношении сделанных предположений и используемых данных, чтобы поместить результаты в контекст и обеспечить возможность сравнения между различными исследованиями.Будущие исследования LCA аккумуляторов могут также изучить временные и пространственные вариации процессов производства аккумуляторных материалов и элементов, чтобы получить более полную картину устойчивости глобальной индустрии LIB. Мы также обнаружили, что данные, репрезентативные для крупномасштабного промышленного производства, являются ключевыми. к батарее LCA. Данные LCI, которые мы представляем в этом исследовании, представляют собой производство элементов и сборку блоков в 2017 году одним из десяти ведущих мировых производителей автомобильных LIB, а также производство порошка NMC в 2018 году одним из пяти ведущих мировых производителей NMC.Однако другие производители могут использовать другие производственные процессы, а технологии и схемы процессов могут меняться со временем. Поскольку мир наращивает производство ЛИА, к 2018 году было объявлено о девяти заводах по производству аккумуляторов, каждый с производственной мощностью более 20 ГВтч в год [30]. После завершения и ввода в эксплуатацию эти заводы могут существенно изменить цепочку поставок LIB в том виде, в каком мы ее знаем, и оказать глубокое влияние на устойчивость LIB. Будущие исследования должны продолжать запрашивать информацию у аккумуляторной промышленности, особенно о производстве материалов для аккумуляторов и производстве элементов на крупных коммерческих предприятиях, чтобы улучшить наше понимание энергетических и экологических характеристик LIB и определить возможности для улучшения.

островков неактивного лития ползут, как черви, чтобы снова соединиться со своими электродами, восстанавливая емкость и срок службы батареи — ScienceDaily

Исследователи из Национальной ускорительной лаборатории SLAC Министерства энергетики и Стэнфордского университета, возможно, нашли способ оживить перезаряжаемые литиевые батареи, потенциально увеличение ассортимента электромобилей и увеличение времени автономной работы электронных устройств нового поколения.

По мере цикла литиевых батарей в них накапливаются небольшие островки неактивного лития, которые отрезаны от электродов, что снижает способность батареи накапливать заряд.Но исследовательская группа обнаружила, что они могут заставить этот «мертвый» литий ползти, как червь, к одному из электродов, пока он снова не соединится, частично обратив нежелательный процесс вспять.

Добавление этого дополнительного шага замедлило износ их тестовой батареи и увеличило срок ее службы почти на 30%.

«В настоящее время мы изучаем возможность восстановления потерянной емкости литий-ионных аккумуляторов с помощью чрезвычайно быстрой стадии разрядки», — сказал постдокторант Стэнфордского университета Фан Лю, ведущий автор исследования, опубликованного 12 декабря 2019 года. 22 в Природа .

Потеря связи

Большое количество исследований направлено на поиск способов изготовления перезаряжаемых аккумуляторов с меньшим весом, более длительным сроком службы, повышенной безопасностью и более высокой скоростью зарядки, чем литий-ионная технология, используемая в настоящее время в мобильных телефонах, ноутбуках и электромобилях. Особое внимание уделяется разработке литий-металлических батарей, которые могут хранить больше энергии на единицу объема или веса. Например, в электромобилях эти батареи следующего поколения могут увеличить пробег на одном заряде и, возможно, занимать меньше места в багажнике.

Оба типа аккумуляторов используют положительно заряженные ионы лития, которые перемещаются между электродами. Со временем часть металлического лития становится электрохимически неактивной, образуя изолированные островки лития, которые больше не соединяются с электродами. Это приводит к потере емкости и представляет собой особую проблему для литий-металлических технологий и для быстрой зарядки литий-ионных аккумуляторов.

Однако в новом исследовании исследователи продемонстрировали, что они могут мобилизовать и восстановить изолированный литий, чтобы продлить срок службы батареи.

«Я всегда думал об изолированном литии как о чем-то плохом, поскольку он вызывает разложение батарей и даже возгорание», — сказал Йи Цуй, профессор Стэнфордского университета и SLAC и исследователь Стэнфордского института исследований материалов и энергии (SIMES), возглавлявший исследование. «Но мы обнаружили, как электрически воссоединить этот «мертвый» литий с отрицательным электродом, чтобы реактивировать его».

Ползучие, не мертвые

Идея исследования родилась, когда Цуй предположил, что приложение напряжения к катоду и аноду батареи может заставить изолированный островок лития физически перемещаться между электродами — процесс, который его команда подтвердила своими экспериментами.

Ученые изготовили оптическую ячейку с катодом из лития-никеля-марганца-оксида кобальта (NMC), литиевым анодом и изолированным островком лития между ними. Это тестовое устройство позволило им отслеживать в режиме реального времени, что происходит внутри батареи во время ее использования.

Они обнаружили, что изолированный литиевый остров вовсе не был «мертвым», а реагировал на работу батареи. При зарядке элемента островок медленно приближался к катоду; при разрядке он полз в обратную сторону.

«Это похоже на очень медленного червя, который выдвигает голову вперед и втягивает хвост, чтобы двигаться нанометр за нанометром», — сказал Цуй. «В этом случае он перемещается, растворяясь на одном конце и откладывая материал на другом конце. Если мы сможем поддерживать движение литиевого червя, он в конечном итоге коснется анода и восстановит электрическое соединение».

Увеличение срока службы

Результаты, подтвержденные учеными с помощью других тестовых аккумуляторов и с помощью компьютерного моделирования, также демонстрируют, как изолированный литий можно восстановить в реальном аккумуляторе путем изменения протокола зарядки.

«Мы обнаружили, что можем перемещать отделенный литий к аноду во время разряда, и эти движения происходят быстрее при более высоких токах», — сказал Лю. «Поэтому мы добавили быстрый этап сильноточной разрядки сразу после зарядки аккумулятора, который переместил изолированный литий достаточно далеко, чтобы снова соединить его с анодом. Это повторно активирует литий, чтобы он мог участвовать в сроке службы аккумулятора».

Она добавила: «Наши результаты также имеют большое значение для проектирования и разработки более надежных литий-металлических батарей.»

Эта работа финансировалась Управлением по энергоэффективности и возобновляемым источникам энергии Министерства энергетики США, Управлением транспортных технологий в рамках программ исследования аккумуляторных материалов (BMR), консорциума Battery 500 и программы eXtreme Fast Charge Cell Evaluation of Li-ion аккумуляторов (XCEL).

Перспективы литий-ионных аккумуляторов и дальнейшие перспективы — взгляд на 2030 год

Здесь стратегии можно условно разделить на следующие категории:

  1. (1)

    Поиск новых электродных материалов LIB.

  2. (2) Аккумуляторы

    «Индивидуальные» для более широкого спектра применений.

  3. (3)

    Отказ от традиционных жидких электролитов, например, ионных жидкостей, электролитов с высоким содержанием соли и твердотельных аккумуляторов (SSB).

  4. (4)

    Использование анионных окислительно-восстановительных химических реакций — литий-воздух, литий-сера и другие.

  5. (5)

    Выход за пределы Li: Na, Mg, Ca, Al.

  6. (6)

    Разделение электрохимии и хранения — проточные окислительно-восстановительные батареи.

Поиск новых материалов для электродов ЛИА представляет собой область со значительными трудностями.Хотя о новых материалах или морфологиях сообщается регулярно, чтобы быть коммерчески значимыми, они должны быть масштабируемыми. Объемная и гравиметрическая плотности энергии должны отражать плотность энергии электрода, а не только самих материалов, т. е. должна быть продемонстрирована производительность электрода, который содержит достаточно активного материала, чтобы обеспечить требуемую плотность энергии для рассматриваемого применения. Относительно рано в рамках проекта «Материалы» была изучена вся база данных неорганических структур (ICSD) и материалы, предложенные с помощью алгоритмов интеллектуального анализа данных (включая простую замену элементов при сохранении фиксированного типа структуры) — на тот момент это было более 10 000 материалов.В то время как было получено значительное представление о том, какие структурные особенности управляют напряжением и т. д., было обнаружено лишь ограниченное количество новых классов аккумуляторных материалов. Например, были идентифицированы углеродофосфаты, представляющие тип минеральной структуры, который ранее не синтезировался и не тестировался в батареях 11 . Последующая деятельность по прогнозированию структуры привела к созданию многих (мета)стабильных структур, но остается проблема идентификации структур, которые устойчивы к циклированию, например, к потере кислорода, особенно в верхней части заряда, или, в более общем плане, к структурным реорганизациям.Даже если структура предсказана, в настоящее время нелегко предсказать, можно ли и как ее синтезировать 12 .

Область, которая в последнее время привлекла значительное внимание, связана с окислительно-восстановительным потенциалом переходного металла и аниона. Хотя в химии на основе серы установлено, что сульфид-ионы S 2− могут легко и обратимо окисляться до персульфидов S 2 2− и элементарной серы (в литий-серных батареях), существуют отчетливые различия, когда анион представляет собой ион оксида. Более высокая окислительно-восстановительная пара O 2− / O означает, что окислительно-восстановительный потенциал анионов может происходить одновременно с химическим окислительно-восстановительным потенциалом катионов, обеспечивая более высокие емкости и связанные процессы. Проблемы связаны с часто сопровождающей нестабильностью в отношении потери кислорода и структурными изменениями, которые сопровождают удаление лития. Последнее может привести к гистерезису между зарядом и разрядом и «падению напряжения», наблюдаемому в так называемых материалах с избытком лития. Хотя это и не связано напрямую, многие из этих химических препаратов связаны с плохими показателями.Тем не менее, «материалы с избытком лития» содержат более высокое содержание Mn, чем типичные катодные материалы типа EV, и поэтому они могут быть как более дешевыми, так и более экологически чистыми, что еще больше мотивирует их изучение. В ближайшие 10 лет мы увидим более широкое понимание того, как эти материалы функционируют и как можно уменьшить потерю кислорода. Возможно, появятся приложения, в которых они смогут оказать влияние?

Мы не коснулись широкого круга электродных материалов, исследованных в настоящее время в течение многих лет, которые включают вытеснение или конверсионную химию, где литирование (или натрий) приводит к частичной или полной перестройке решеток.Здесь проблемы включают скорость, гистерезис напряжения и срок службы. Металлический литий по-прежнему привлекает значительное внимание в качестве анода, но образование литиевых дендритов остается проблемой, что создает значительный стимул для продвижения всех твердотельных аккумуляторов (SSB) с твердотельными электролитами.

Ни один из химических процессов, выходящих за пределы Li, не является простым, за исключением, возможно, Na, где могут быть применены многие знания для LIB. Но даже здесь есть отчетливые различия из-за большего размера Na, который благоприятствует различным координационным средам и решеткам (например,например, графит не может вместить Na), и более высокая растворимость солей Na в SEI, что означает необходимость использования различных добавок к электролиту.

Стоит задуматься над вопросом, в какой степени новые развивающиеся или более мелкие «нишевые» рынки могут терпеть новые химические составы аккумуляторов, или всегда ли снижение затрат, связанное с масштабом, будет способствовать использованию ограниченного набора химических составов аккумуляторов. Оксид лития-титана (LTO) в настоящее время имеет относительно скромный рынок для приложений, включая быструю зарядку, где безопасность и способность работать в широком диапазоне температур являются проблемой: материал анода работает при 1.55 V по сравнению с Li, где ни покрытие литием, ни обычное формирование SEI не являются проблемой. Разрабатываются альтернативы LTO, которые включают оксид ниобия-титана (NTO) от Toshiba и соединения оксида ниобия-вольфрама в нашей лаборатории с потенциальными применениями в батареях от малых до сетевых. Батареи с другим напряжением могут быть более подходящими для новых приложений микроэлектроники (например, по мере снижения требований к напряжению для компьютерных микросхем), устраняя необходимость в преобразовании постоянного тока в постоянный и более легко сочетающихся с электроникой сбора энергии. В настоящее время для питания некоторых дистанционных датчиков используются небольшие первичные батареи. По прогнозам, они потребуются от миллиардов до триллионов для питания устройств Интернета вещей (IoT), а для их замены потребуется значительная рабочая сила, часто из труднодоступных мест 13 . Можно ли производить новые перезаряжаемые батареи по достаточно низкой цене для различных приложений, которые часто заказываются по индивидуальному заказу? Медицинские батареи могут позволить себе более высокую цену, что, возможно, позволит разработать батареи из других материалов, но здесь надежность и безопасность будут иметь первостепенное значение.

Авторы считают, что фундаментальная наука будет ключом к преодолению многочисленных и разнообразных фундаментальных препятствий в пространстве «за пределами LIB». начального синтеза, к их стабильности в неравновесных и агрессивных средах — будь то температура или напряжение. Мы должны научиться управлять межфазными структурами — от SEI до интерфейсов между двумя компонентами в твердотельной батарее. Необходимы лучшие структурные модели этих интерфейсов, чтобы улучшить нашу способность вычислять соответствующие процессы с реалистичными вычислительными ресурсами и улучшить наше понимание того, как они функционируют. Идеи самовосстанавливающихся систем возникли в области полимеров и были предложены в качестве потенциальных механизмов безопасного отключения, но в будущем эти концепции должны быть воплощены в химии катодов и анодов. Мы должны продолжать разрабатывать новые методы, чтобы углубить наше понимание множества неравновесных процессов в батареях: с растущими требованиями к технологиям в сочетании с целями ZC, которые диктуют сокращение и более устойчивое использование энергии, потребность в фундаментальных и прикладных исследованиях становится более важной, чем необходимость. когда-либо, и впереди еще много фундаментальных научных проблем.

Литий-ионный аккумулятор — Институт чистой энергии

Основные результаты исследований

Одним из способов, которым CEI работала для достижения этой цели, является прямая визуализация, в частности, с использованием рентгеновской спектроскопии. Недавно в лаборатории профессора Джерри Зайдлера был разработан метод проведения рентгеновской спектроскопии ближней краевой структуры (XANES) на рабочем столе. Этот метод может позволить относительно подробные измерения определенных характеристик внутреннего состояния батареи без необходимости вскрывать ее и, таким образом, нарушать работу системы.Раньше XANES можно было реализовать только с чрезвычайно высоким потоком излучения от таких инструментов, как синхротрон. Это чрезвычайно большие и дорогие установки стоимостью до 1 миллиарда долларов, которые пользуются таким большим спросом среди ученых, что многомесячные списки ожидания становятся нормой. Используя преимущества новых передовых оптических технологий, лаборатория Зайдлера смогла изготовить небольшой прибор стоимостью 25 000 долларов, который может имитировать измерения, проводимые на синхротроне. С помощью этого нового инструмента ученые могут получать результаты в течение нескольких часов без значительного времени ожидания, что значительно увеличивает скорость разработки нестандартных технологий.

Еще один аспект исследования батарей CEI включает создание физических, математических и вычислительных моделей внутреннего состояния батареи. Это может помочь оптимизировать производительность батареи и циклы зарядки/разрядки, а также прогнозировать и предотвращать опасные отказы батареи. Профессор Венкат Субраманян, руководитель Лаборатории моделирования, анализа и управления технологическими процессами для электрохимических систем (MAPLE), разрабатывает и переформулирует физические модели батарей, а также работает над методами моделирования и решения этих моделей с большей эффективностью и точностью.Создав более эффективную, универсальную и точную модель технологии литий-ионных аккумуляторов, M.A.P.L.E. Исследования лаборатории могут помочь в разработке аккумуляторов более точно для более безопасной и эффективной работы.

Другие фокусы

Большая часть текущих исследований CEI направлена ​​на разработку способов лучшего понимания и управления важными внутренними состояниями литий-ионных аккумуляторов. Понимание внутренней работы батареи имеет важное значение для улучшения конструкции и оценки режимов ее отказа.

Еще один крупный компонент исследований CEI включает разработку новых материалов для улучшения характеристик аккумуляторов. В центре внимания CEI находятся как наука о материалах высокого уровня, такая как разработка и замена альтернативных материалов в литий-ионных батареях, так и характеристика и проектирование наноструктурированных материалов или материалов, свойства которых определяются даже с точностью до нанометра. . Исследователи CEI также изучают материалы, которые могут предложить альтернативу технологиям литий-ионных аккумуляторов.

Кремний исследуется в качестве анодного материала, поскольку он может образовывать трехмерную клетку, обладающую большей способностью поглощать литий.

Воздействие масштабного производства литий-ионных аккумуляторов на жизненный цикл окружающей среды

Потребность в энергии

Небольшой завод имеет годовую мощность по производству элементов примерно 70 МВтч. Он использует только электричество в качестве потребляемой энергии из-за технологического процесса завода. Спрос на электроэнергию для завода был определен на основе данных, измеренных за 18-месячный период, и значительно варьируется (590–2300 МДж/кВтч) в зависимости от объема производства.Нижняя граница используется для сравнения с гигафабрикой, поскольку она представляет собой полную производственную мощность. Гигафабрика представляет собой годовую мощность по производству ячеек около 16 ГВтч и использует комбинацию тепла, охлаждения и электричества для производства ячеек. Потребность в энергии на гигафабрике определяется на основе моделирования процессов и представляет собой консервативную оценку, которая, как ожидается, снизится после того, как фабрика будет введена в эксплуатацию и будут приняты меры по повышению энергоэффективности (Northvolt 2020).Общая потребность в электроэнергии на гигафабрике на 58 % ниже, то есть на 245 МДж/кВтч, по сравнению с малой фабрикой. Гигафабрике также требуется около 27 МДж/кВтч тепла и 108 МДж/кВтч охлаждения, которые варьируются в зависимости от климатических условий, окружающих завод. Например, влажность, температура воздуха и наличие реки или ручья могут определить количество тепла и охлаждения, которые можно заменить естественными средствами. В целом переход к крупносерийному производству свидетельствует о повышении энергоэффективности и коэффициента использования материалов.Также вероятно, что со временем производственные процессы для конкретных стадий клеточного производства созрели и внесли свой вклад в это общее развитие. Однако, поскольку подробная информация о производственных процессах не была доступна на мелкосерийном заводе, как это было на гигантском заводе, усовершенствования в конкретных процессах производства клеток не изучались дальше.

Потребность в электроэнергии

На гигантском заводе потребность в электроэнергии является самой высокой в ​​процессе формирования ячейки, примерно 53 МДж/кВтч.Формирование ячеек относится к электрохимическим реакциям между электролитом и активным материалом анода, которые приводят к образованию пассивного межфазного слоя на активном материале анода (Wood et al. 2015). Этот межфазный слой формируется во время начальных циклов заряда-разряда и предотвращает дальнейшие реакции материала анода (Арора и др., 1998). За циклами зарядки-разрядки следует градация емкости, после которой в элементах обычно остается около 70% заряда, когда они покидают заводские ворота.В целом литература LCA по продукции LIB различается по своему объему при определении этапа формирования клеток. Например, Дай и др. (2019) и Sun et al. (2020) утверждают, что для зарядки элементов требуется 4 МДж/кВтч и 11 МДж/кВтч соответственно, а Yuan et al. (2017) утверждают, что для предварительной зарядки требуется около 2 МДж/кВтч. Дай и др. (2019) рассчитывают потребности в электроэнергии для формирования ячеек на основе энергии, необходимой для однократной зарядки ячейки с эффективностью 90%, и заявляют, что электричество из разрядного цикла при формировании ячеек используется.Согласно нашей переписке с экспертами по аккумуляторным батареям из отрасли, подсчитано, что до 30% потерь могут происходить только в циклах зарядки и разрядки. Тем не менее, последствие использования консервативных данных из заявок на экологические разрешения заключается в том, что меры по повышению эффективности, такие как использование цикла разрядки (комплекта батарей) для зарядки другого комплекта, не учитываются.

Вторая по величине доля спроса на электроэнергию приходится на общие заводские операции и коммунальные услуги, т.е.е., примерно 18% — из которых 26 МДж/кВтч используется сухим помещением. Сухие помещения не зависят от пропускной способности и имеют размеры, соответствующие максимальной производительности завода. Эта потребность в электроэнергии для сухой комнаты в этом исследовании соответствует другим опубликованным в литературе значениям для крупномасштабного производства ЛИА (Dai et al. 2019; Sun et al. 2020).

В модели гигафабрики мы рассчитываем электроэнергию, необходимую для промежуточных стадий, когда катод и анод производятся как полные части, включая смешивание (суспензии), нанесение покрытия, сушку, резку, каландрирование, продольную резку и извлечение растворителя. Электричество, необходимое для этих шагов во время сборки катода и анода вместе, составляет 83 МДж/кВтч. До сборки катода наша модель определяет производство активного катодного материала как отдельную деятельность, в ходе которой смешиваются исходные материалы, что требует приблизительно 38 МДж/кВтч. Кроме того, электроэнергия, используемая для других этапов производства элементов, таких как смешивание и подача электролита, производство контейнеров для элементов, сборка элементов и очистка сточных вод, в совокупности составляет около 28 МДж/кВтч.Потребность в электроэнергии для производства электродов косвенно связана с химическим составом ячейки и использованием растворителей при приготовлении суспензии активного материала для электродов. Как правило, производители клеток используют N-метил-2-пирролидон (NMP) в качестве растворителя в смеси, которая требует строгого обращения из-за ее летучести. Использование водных суспензий (как в процессе подготовки анодов в модели гигантской фабрики) или нанесение сухого порошка на токосъемники с помощью импульсного лазера или напыления являются вариантами снижения потребления электроэнергии (Ludwig et al. 2016). Таким образом, использование воды в качестве растворителя не только безвредно для окружающей среды (Zackrisson et al. 2010), но и потенциально может снизить потребление энергии при подготовке шлама для электродов LIB (Wood et al. 2018).

Высокий спрос на электроэнергию, как сообщается для гига-фабрики, является следствием использования разрешений. Такие разрешения обычно дают консервативные оценки, основанные на моделировании процесса, и представляют собой верхний предел с точки зрения потребности в энергии и материалах, а также выбросов. Внедрение мер по повышению энергоэффективности, таких как рекуперация потерь тепла от компрессоров, рециркуляция воздуха в сухих помещениях и рециркуляция тепла на этапах нанесения покрытия на электроды, может обеспечить значительную экономию на действующем предприятии (Northvolt 2020).Например, за счет оптимизации процесса потенциально можно сэкономить до 40% пластовой электроэнергии (Northvolt 2020). Несмотря на это, все еще есть расхождения с другими исследованиями гигафабрик. Например, Дай и др. (2019) моделирует общее потребление электроэнергии в размере 30 МДж/кВтч, из которых 4 МДж/кВтч используется для зарядки, а все остальное – для работы осушителей и охладителей. Предполагается, что оставшееся оборудование и процессы потребляют незначительное количество электроэнергии. Сан и др. (2020) сообщают, что общий спрос на электроэнергию составляет около 68 МДж/кВтч для производства элементов, из которых около 30 МДж/кВтч используется для обработки электродов и 11 МДж/кВтч для формирования.Важные факторы, объясняющие, почему Dai et al. (2019) и Sun et al. (2020) сообщают о более низком потреблении электроэнергии в том, что производство порошка активного катодного материала выходит за рамки их производственных возможностей, и что их данные представляют собой объекты, которые были оптимизированы для рентабельной работы. Также есть разница в том, как заводы вырабатывают пар: за счет электричества, как в модели Гига-3,7 (Нортвольт 2020), или за счет тепла, как описано в следующем разделе. И Дай с соавт. (2019) и Sun et al.(2020) относятся только к основным процессам и указывают на оборудование с высоким потреблением электроэнергии, такое как сухие и чистые помещения, но не на широкий набор действий, которые составляют полные линии по производству элементов, или на другие общезаводские операции, коммунальные услуги и вспомогательные процессы. Это занижение из-за пробелов в данных частично объясняет более низкий спрос на энергию в этих исследованиях.

Потребность в тепле

Общая потребность в тепле гигафабрики составляет около 27 МДж/кВтч. В основном это связано с сухими помещениями, на которые, помимо потребления электроэнергии, приходится более 90% общего спроса на тепло (Northvolt 2020).Это включает в себя поддержание атмосферы с содержанием влаги ниже 100 частей на миллион в рабочих зонах (Ahmed et al. 2016). По этой причине процессы производства клеток, такие как сборка клеток и цикл формирования, осуществляются в «сухих помещениях» (Dunn et al. 2015a).

На общую потребность в энергии для тепловых процессов также влияет выбор энергоносителей и источников тепла, т. е. если пар или горячая вода поступают от внешних объектов, или если используется сжигание электричества или природного газа для производства на месте .На изучаемой гигафабрике для удовлетворения потребности в тепле используется сочетание централизованного теплоснабжения и пара, вырабатываемого электричеством. Несколько исследований LCA по производству LIB моделируют потребность в тепле за счет комбинации сжигания электроэнергии, пара и природного газа (Dai et al. 2019; Dunn et al. 2015b; Sun et al. 2020; Wang et al. 2019; Deng et al. 2018; Юань и др., 2017). Оба Sun и соавт. (2020) и Дай и др. (2019) указывают на осушение и сушку с точки зрения использования тепла, при этом в первом указывается потребность в паре 34 МДж/кВтч, а во втором — 170 МДж/кВтч, соответственно, на основе модели GREET (Dai et al.2017). Обратите внимание, что в модели небольшого завода потребности в отоплении удовлетворялись исключительно за счет электричества (Ellingsen et al. 2014).

Потребность в охлаждении

Потребность в охлаждении на гигантском заводе обусловлена ​​несколькими производственными процессами, но, опять же, производство электродов и общезаводские операции, включая сухую камеру, являются ключевыми процессами, на которые приходится около 25% потребности в энергии охлаждения. Потребность в охлаждении при производстве электродов связана с конденсацией и повторным использованием растворителей и связующих, особенно на этапе нанесения покрытия.Меньшая доля энергии охлаждения (10%) также требуется для очистки сточных вод. В модели мы предполагаем, что потребности в охлаждении удовлетворяются за счет адсорбционных чиллеров, работающих на тепле, что является наиболее распространенным методом производства холода в Швеции (Lejestrand 2020). Сан и др. (2020) не указывают никаких требований к охлаждению, в то время как Dai et al. (2019) утверждают, что электроэнергия используется для удовлетворения потребностей в охлаждении. Небольшой завод не предъявляет никаких требований к охлаждению.

Воздействие на окружающую среду

Повторение исследования Ellingsen et al.(2014) исследование

Исследование LCA небольшого завода, проведенное Ellingsen et al. (2014) было воспроизведено и проанализировано с использованием данных Ecoinvent v2.2 и v3.7.1 (рис. 2: Small-2.2 и Small-3.7 соответственно). Эта модификация фоновой системы привела к увеличению воздействия глобального потепления примерно со 140 до 185 кг CO 2 -экв./кВтч. Изменения в данных о производстве сульфата кобальта объясняют более половины увеличения воздействия, за которым следуют производство медной фольги и производство электроэнергии в базовом сценарии (электроэнергетическая структура Южной Кореи).

Рис. 2

Сравнение воздействия глобального потепления для небольшой фабрики, смоделированной с использованием различных версий Ecoinvent (с переработанным содержимым), т. е. версии 2.2, изначально использовавшейся Ellingsen et al. (2014), и последняя версия, доступная на момент исследования

Данные о производстве сульфата кобальта, использованные в исходном исследовании Ellingsen et al. (2014) был основан на данных инвентаризации, опубликованных Majeau-Bettez et al. (2011), которые, в свою очередь, смоделировали производство сульфата кобальта, скорректировав запасы первичного металлического кобальта в Ecoinvent v2.2 со стехиометрическими расчетами для сульфатного раствора. Оглядываясь назад, можно сказать, что база данных Ecoinvent v2.2 основывалась на производственных маршрутах, агрегированных в соответствии с их долей на рынке в 1994 году. В модели Small-3.7 (и Giga-3.7) мы моделируем производство сульфата кобальта с новыми первичными данными с нефтеперерабатывающего завода. в Канаде (Ausenco 2020) с гидроксидом кобальта в качестве исходного материала. Данные о производстве гидроксида кобальта, взятые из Ecoinvent v3.7.1, представляют собой средний показатель по отрасли, охватывающий 30% мирового производства рафинированного кобальта в 2012 году (CDI 2016).Изменения в других фоновых наборах данных, таких как производство медной фольги и структура производства электроэнергии в Южной Корее, также привели к усилению воздействия на модель Small-3. 7. Это было связано с изменением долей ввода первичного металла в медную фольгу и сдвигами в составе источников энергии для производства электроэнергии, соответственно, а также с изменением данных, отражающих эти процессы. Репликация и анализ исследования Ellingsen et al. (2014) исследование с использованием различных версий фоновых баз данных Ecoinvent показывает, что улучшение качества данных (например, в случае производства гидроксида кобальта) и изменения в техническом представлении (например, доля первичного и вторичного содержимого или доля в структуре электроэнергии) влияют общие результаты значительно и, следовательно, значение исследования.Конечно, нельзя избежать непредвиденных пробелов в определении, но результаты повторения указывают на важность пересмотра более ранних результатов и выводов в тех случаях, когда старые или прокси-данные неопределенного качества были лучшим доступным выбором для моделирования. Результаты модели Small-3.7, хотя и выше, чем для модели Small-2.2, таким образом, становятся более точной базой для сравнения с моделью Giga-3. 7 для понимания последствий масштабирования производства LIB.

Глобальное потепление

Влияние мелкомасштабного и гигамасштабного производства ЛИА на глобальное потепление показано на рис.3. Модель Small-3.7 в сочетании с базовым сценарием и исключительно первичными металлами дает 188 кг CO 2 -экв./кВтч общих выбросов парниковых газов (ПГ), что сокращается до 104 кг CO 2 -экв. /кВтч для модели Giga-3.7. Кроме того, когда модель Giga-3.7 сочетается с низкоуглеродным сценарием, воздействие снижается до 50 кг CO 2 -экв./кВтч. Выбор использования первичных металлов по сравнению с переработанным содержимым имеет относительно небольшое влияние на последствия глобального потепления в этом исследовании.Кроме того, также вероятно, что из-за требований высокой чистоты материалов, используемых в батареях, переработанные металлы могут не соответствовать функциональным потребностям некоторых компонентов (Пинегар и Смит, 2019), что делает результаты только с первичными входами более актуальными.

Рис. 3

Воздействие глобального потепления для двух моделей фабрик в различных сценариях углеродоемкости

Особое внимание уделяется воздействиям от ворот до ворот (завода), сокращению выбросов за счет увеличения масштаба независимо от источника энергоснабжения происходит за счет повышения эффективности использования энергии и материалов.Более высокая энергоэффективность отражается в более низких выбросах от электричества, тепла и охлаждения на гигафабрике. Например, выбросы от электроснабжения в модели Small-3.7 уменьшаются со 113 до 47 кг CO 2 -экв./кВтч для модели Giga-3.7 в сочетании с базовым сценарием. Гигафабрике также требуется тепло и охлаждение, что добавляет около 12 кг выбросов CO 2 -экв./кВтч для базового сценария. Общее воздействие от использования электроэнергии, тепла и охлаждения в Giga-3.7, предполагая низкоуглеродный сценарий, составляет около 4 кг CO 2 -экв./кВтч. Это свидетельствует о важности как использования возобновляемых источников энергии, так и повышения эффективности за счет масштабирования. Выбросы на начальном этапе производства материалов в моделях Small-3.7 и Giga-3.7 составляют около 75 и 45 кг CO 2 -экв./кВтч соответственно.

Помимо более высокой эффективности использования материалов на гигантском заводе, на воздействие предшествующего производства материалов также влияют различные типы ячеек и химические вещества NMC, производимые на двух заводах.Гига-фабрика производит цилиндрические ячейки NMC-8:1:1, а небольшая фабрика производит ячейки-мешки NMC-1:1:1. Смоделированный пакетный элемент NMC-1:1:1 требует около 2,2 кг активного катодного материала для создания емкости хранения 1 кВтч по сравнению с 1,68 кг в цилиндрическом элементе NMC-8:1:1. Примечательно, что даже несмотря на то, что воздействие производства на единицу массы сульфата кобальта в пять раз больше, чем у сульфата никеля, воздействие сульфата никеля выше на гигантском заводе. Это связано со снижением потребности в сульфате кобальта в химии NMC-8:1:1 по сравнению с NMC-1:1:1.Смещение доли производственных выбросов в сторону сульфата никеля от сульфата кобальта является важным наблюдением этого исследования, поскольку оно указывает на то, чего можно ожидать от продолжающегося перехода к химиям с высоким содержанием никеля (Ball et al. 2020; Li et al. 2020). Анализ вклада в воздействие на уровне единичного процесса в модели Giga-3.7 показывает, что на этапе производства активного катодного материала наблюдаются самые высокие выбросы, независимо от источника энергии. Для этого единичного процесса вклад энергии, используемой на заводе, для низкоуглеродного и эталонного сценариев составляет 22% и 45% соответственно.В базовом сценарии производство катодов и анодов, формирование электролизеров, строительство и эксплуатация завода являются последующими процессами при ранжировании их в соответствии с их вкладом в общие выбросы. Воздействия, связанные с этими единичными процессами, также в значительной степени зависят от источника электроэнергии и значительно снижаются, когда производство осуществляется по низкоуглеродному сценарию.

Другие исследования крупномасштабного производства, например Philippot et al. (2019 г.), по оценкам, 87 кг CO 2 -экв./кВтч для цилиндрических ячеек NCA 18 650 и Kim et al. (2016) оценили около 89 кг CO  экв. /кВт·ч для карманных ячеек ЖИО-NMC, оба предполагают производство электроэнергии в Южной Корее (для сравнения исследование при учете вторсырья). Филиппот и др. (2019) также проанализировали влияние производства в разных странах и оценили примерно 60 кг CO 2 -экв./кВтч для элементов, произведенных по низкоуглеродному сценарию, такому как шведская электроэнергетическая смесь (47 кг CO 2 -экв./кВтч в этом исследовании с переработанным содержимым). Сан и др. (2020) и Дай и др. (2019) исследовали крупномасштабное производство с помощью химии NMC и рассчитали 120 и 72 кг CO 2 -экв./кВтч соответственно для элементов, произведенных в Китае. Одним из основных отличий вышеупомянутых исследований от наших является источник данных для порошка материала активного катода и материалов-предшественников. Ким и др. (2016), Сан и др. (2020) и Dai et al. (2019) полагаются на GREET, тогда как Philippot et al.(2019) используют более раннюю инвентаризацию, предоставленную Majeau-Bettez et al. (2011). GREET разрабатывает LCI для сульфата никеля на основе стехиометрических расчетов (Dai and Winjobi 2019; Dai et al. 2019) и для сульфата кобальта на основе данных одного завода, работающего в Китае (Dai et al. 2018a). В данных, представленных Majeau-Bettez et al. (2011), одни и те же соли металлов получены из стехиометрических расчетов и связаны с различными способами производства чистых металлов, объединенными в соответствии с их долей на рынке в 1994 году.Данные, использованные в нашем исследовании, отражают более свежие данные о путях производства исходных материалов.

Другие воздействия на окружающую среду, коррелирующие с глобальным потеплением

Некоторые воздействия на окружающую среду, такие как образование приземного озона, образование твердых частиц, истощение стратосферного озона и ионизирующее излучение, коррелируют с выбросами в результате глобального потепления, т. е. к апскейлингу. Общим знаменателем среди этих воздействий является более низкое потребление электроэнергии на единицу произведенной емкости хранения. В зависимости от источника выработки электроэнергии сокращение сжигания ископаемого топлива для выработки электроэнергии снижает выбросы оксидов азота, аммиака и летучих органических соединений, вызывающих образование опасного приземного озона и твердых частиц, а также хлорфторуглеродов, разрушающих озоновый слой на больших высотах. Меньшее потребление электроэнергии также снижает ионизирующее излучение, например, вызванное радоном-222, поскольку снижается потребность в производстве ядерной энергии. Что касается ионизирующего излучения, то этот эффект наиболее отчетливо виден для шведского энергобаланса, поскольку в нем высока доля ядерной энергии.Полные результаты по образованию озона, образованию твердых частиц, истощению стратосферного озона и ионизирующему излучению приводятся в SI.

Подкисление и эвтрофикация

Воздействия подкисления для малых и гигантских заводов показаны на рис. 4. Выбросы, связанные с подкислением, в моделях Small-3.7 и Giga-3.7 в сочетании с эталонным сценарием и первичными металлами, составляют около 0,9 и 0,6 кг SO 2 -экв. /кВтч соответственно. Однако, если производство сочетается с низкоуглеродным сценарием, воздействие снижается до 0.65 и 0,5 кг SO 2 -экв./кВтч соответственно. Воздействие подкисления в основном связано с добычей сырья. Тем не менее, использование источника с низким содержанием углерода по-прежнему значительно снижает выбросы окисления для обеих заводских моделей. В отличие от этого, выбор вторичного сырья по сравнению с первичными металлами имеет относительно слабое влияние на общие результаты подкисления.

Рис. 4

Воздействие окисления для двух моделей завода в различных сценариях интенсивности выбросов углерода

Наиболее существенные факторы воздействия окисления связаны с активным материалом катода и медной фольгой (используемой в качестве токосъемника).Воздействие производства активного катодного материала в основном связано с цепочкой поставок сульфата никеля. Сульфат никеля производится из никеля класса I (т.е.  > 99% Ni), который, в свою очередь, может быть получен как из латеритных, так и из сульфидных руд (Gediga et al. 2015). Среди процессов производства никеля из сульфидной руды выплавка в различных типах печей является основной причиной выбросов диоксида серы, что приводит к подкислению. Диоксид серы образуется в результате окисления серы в никелевом концентрате (Moats and Davenport 2014; Crundwell et al.2011). Распространено улавливание диоксида серы в процессе плавки для производства серной кислоты, чтобы уменьшить воздействие подкисления (Moats and Davenport 2014). Вторым по значимости вкладом в воздействие окисления в обеих моделях является производство медной фольги. Медь может быть получена с использованием пирометаллургических или гидрометаллургических процессов. Пирометаллургический процесс, который является доминирующей формой производства меди в мире, включает производство медного концентрата путем измельчения с последующей плавкой и рафинированием (European Copper Institute 2012).Подобно выплавке никеля, выплавка меди приводит к выбросам диоксида серы (Memary et al. 2012; Fthenakis et al. 2009).

Сан и др. (2020) отчет 0,5 кг SO 2 -экв./кВтч для крупномасштабного производства ЛИА. Другие исследования ОЖЦ, анализирующие крупномасштабное производство, сообщают результаты инвентаризации только для подкисляющих выбросов, т. е. в терминах SO 2 и NO x . Это соответствует воздействию подкисления приблизительно 0,8 кг SO 2 -экв./кВтч для Dai et al. (2019) и 1.3 кг SO 2 -экв./кВтч для Kim et al. (2016). Другие региональные воздействия, такие как пресноводная и морская эвтрофикация, коррелируют с последствиями подкисления. В случае эвтрофикации выбросы зависят от предшествующей обработки материалов и использования энергии в производстве. Эти воздействия уменьшаются за счет масштабирования. Сочетание производства с возобновляемыми источниками энергии еще больше снижает воздействие. Сокращение выбросов на входе указывает на высокую эффективность использования материалов на гигантском заводе, а также на изменение геометрии ячейки и химического состава катода. Полные результаты по пресноводной и морской эвтрофикации представлены в SI.

Воздействие токсичности на человека и окружающую среду

Воздействие токсичности на человека (канцерогенную) для малой и гигантской фабрики показано на рис. 5. первичных металлов составляет приблизительно 21 кг 1,4-ДХБ-экв./кВтч, что сокращается до 14 кг 1,4-ДХБ-экв./кВтч, если рассматривается низкоуглеродный сценарий. Выбросы рассчитаны с помощью Giga-3.7 для эталонного сценария и первичных металлов дает примерно 12 кг 1,4-ДХБ-экв./кВтч, что сокращается до 10 кг 1,4-ДХБ-экв./кВтч при рассмотрении низкоуглеродного сценария. Однако, когда модель Giga-3.7 сочетается с вводом переработанного содержимого, воздействие токсичности увеличивается до 15 кг 1,4-ДХБ-экв./кВтч. В отличие от других воздействий на окружающую среду, проанализированных в исследовании, воздействие токсичности ниже, когда первичные металлы используются вместо переработанного содержимого на гигантском заводе. Это связано с более высоким использованием стали в цилиндрической ячейке, производимой на гигантском заводе, по сравнению с ячейкой с мешочками, производимой на мелкосерийном заводе. Как правило, низколегированные стали получают в результате производства стали с использованием технологии электродуговой печи (ЭДП) или путем производства чугуна в доменной печи (ДП) и производстве стали в доменной кислородной печи (КК) (Björkman and Samuelsson 2014). В ЭДП лом железа часто составляет все входное железо, в то время как процессы доменного и конвертерного производства основаны на руде, но часто включают незначительную долю железного лома, используемого для целей охлаждения (Ryman 2007). Производство стали, где лом является основным сырьем, требует процессов обработки для обработки шлака, образующегося в ЭДП.В частности, если в ЭДП производятся различные сплавы, в том числе марки нержавеющей стали, или в качестве сырья используется лом нержавеющей стали, эти процессы обработки вызывают выбросы хрома, которые очень токсичны. Только первичные процессы производства стали, смоделированные в этом исследовании, исключают всю обработку ЭДП, а также все входы железного лома в рудный маршрут (ДП-КК). В такой установке токсичные выбросы хрома в значительной степени избегаются при производстве первичной низколегированной стали, что приводит к общему снижению выбросов по сравнению с производством переработанных сталей.Хотя такое представление, при котором производство стали осуществляется без какого-либо ввода лома, маловероятно в реальном мире, это был сознательный методологический выбор для обеспечения согласованности в отношении моделирования ввода первичных материалов без доли вторичного содержимого. В результате данное исследование иллюстрирует влияние производства вторичной стали (с использованием технологии ЭДП) на токсичные выбросы, связанные с входным ломом, содержащим различные марки и типы стали. Результаты по токсичности сопоставимого крупномасштабного производства широко не освещаются в литературе.Однако Сан и соавт. (2020) представили данные о токсичности примерно 25 кг 1,4-ДХБ-экв./кВтч для своих элементов NMC-6:2:2, произведенных в Китае, что находится на том же уровне, что и результаты этого исследования.

Рис. 5

Влияние канцерогенной токсичности на человека для двух заводских моделей в различных сценариях интенсивности выбросов углерода. Для моделей Giga-3.7 эффект от использования первичных металлов снижает воздействие токсичности. Следовательно, «дополнительное бремя» становится отрицательным

Другие токсические воздействия, включая токсичность в пресноводных, морских и наземных экосистемах, а также неканцерогенную токсичность для человека, все коварны с канцерогенными токсичными воздействиями на человека.Для всех категорий воздействия токсичности увеличение масштаба приводит к общему снижению воздействия. Однако, в отличие от категорий воздействия, не связанных с токсичностью, это снижение в основном связано с более низкими затратами материалов, что указывает на более высокую эффективность материалов на гигафабрике и подчеркивает важность различных характеристик ячейки, таких как геометрия и химия катода. В частности, пресноводная, морская и неканцерогенная токсичность показывают высокую нагрузку на первичные металлы на обоих заводах, в то время как наземная токсичность относительно не зависит от выбора вторичного сырья по сравнению с первичным металлом.

Воздействие на использование ресурсов

На рис. 6 показаны результаты двух различных методов оценки использования минеральных ресурсов, когда производство ячеек на гигантском заводе сочетается со сценарием с низким уровнем выбросов углерода и использованием только первичных металлов в цепочке поставок. Выбор энергетического баланса оказался относительно неважным в этом контексте, поэтому сравнение с эталонным сценарием не приводится. Оба метода, используемые для анализа, направлены на решение проблемы нехватки минеральных ресурсов, т. е. метод излишков руды ReCiPe 2016 и индикатор дефицита земной коры (CSI).Однако концептуально эти два метода различаются по своему временному покрытию. Индикатор ReCiPe характеризует минералы (и металлы) на основе сортов руды и цен на сырьевые товары, и результаты могут со временем меняться для одной и той же системы продуктов при условии, что факторы характеристики регулярно обновляются. CSI, с другой стороны, учитывает только концентрацию металлов в земной коре, тем самым отделяя ее от динамики спроса и предложения, связанной с темпами добычи и ценами. Тем не менее, результаты показывают, что два метода сходятся в подчеркивании вклада активных катодных материалов в воздействие на использование ресурсов, особенно материалов-предшественников сульфата никеля и сульфата кобальта, а также, в меньшей степени, гидроксида лития.Тем не менее, CSI также подчеркивает влияние меди, используемой в фольге для токосъемников, чего не делает метод ReCiPe. Стоит отметить важный долгосрочный риск дефицита, поскольку медь является очень важным металлом как в контексте аккумуляторов, так и в обществе в целом из-за ее широкого спектра применений в современной промышленной системе (Kerr 2014).

Рис. 6

Воздействие использования ресурсов в модели Giga-3.7, оцененное с использованием различных методов оценки дефицита минеральных ресурсов добыча никеля.В атрибутивном моделировании LCA совместное производство обычно подразумевает, что бремя совместного этапа (этапов) процесса распределяется между всеми продуктами, исходящими из этого процесса, например, с использованием массового или экономического распределения (Ekvall 2019). В частности, для добычи полезных ископаемых это усложняет интерпретацию использования металлов. Например, использование сульфата никеля усложняет добычу руды, содержащей как никель, так и кобальт. Параллельно с этим кобальтсодержащие соединения, получаемые в результате совместного производства, также могут содержать некоторое количество никеля.Использование меди, например, в медной фольге, также связано с кобальтом, так как большая часть кобальта в мире производится как побочный продукт добычи никеля и меди, и в меньшей степени добывается вместе с кобальтом в качестве единственного основного продукта (CDI 2016). Общий эффект заключается в том, что части элемента, содержащие никель и медь, оказывают сильное воздействие на ресурсы из-за совместного производства кобальта, тогда как кобальтсодержащие части имеют меньшее, чем ожидалось, воздействие на ресурсы из-за совместного производства никеля и меди.

Снижение зависимости от кобальта для литий-ионных аккумуляторов

Фон

Литий-ионные аккумуляторы (LiB) являются повсеместным источником питания для всей бытовой электроники, всех электроинструментов и, поскольку многие компании и страны стремятся к сокращению выбросов парниковых газов, составляют растущую долю мирового парка легковых автомобилей. Чтобы работать, у этих накопителей энергии должно быть место для перемещения ионов лития, когда батарея работает. Это катод, а также место, откуда берутся ионы лития, когда аккумулятор заряжается. Чтобы получить достаточно энергии от батарей, катоды LiB изготавливаются из различных комбинаций переходных металлов и кислорода в определенном порядке. Наилучшая комбинация для многих потребностей в хранении энергии включает структуру катода, которая в основном состоит из ионов кобальта (Co).Даже с ростом использования сотовых телефонов эта зависимость от кобальта не была серьезной помехой, поскольку для этих устройств требовалось лишь небольшое количество Co. Однако электрификация мирового автомобильного парка LiB значительно меняет ситуацию.

Кобальт считается материалом с самым высоким риском в цепочке поставок для электромобилей (EV) в краткосрочной и среднесрочной перспективе. Аккумуляторы электромобилей могут содержать до 20 кг Co в каждой упаковке на 100 киловатт-часов (кВтч). Сейчас Co может составлять до 20% веса катода в ионно-литиевых батареях электромобилей.Существуют экономические, социальные и социальные факторы, способствующие снижению содержания Co. Кобальт добывается как вторичный материал из смешанных никелевых (Ni) и медных руд. Это означает, что поставка не является независимой от других сырьевых предприятий, а внедрение новых проектов восстановления обходится дорого. Более того, в США нет больших запасов Co, а добыча и переработка на ранних стадиях сосредоточены в небольшом числе стран за пределами США. Поэтому Соединенные Штаты стремятся обезопасить источники Co, резко снизить содержание Co в LiB или и то, и другое.

Три различных переходных металла — Co, марганец (Mn) и Ni — могут справиться с основной тяжестью сдвигов накопления заряда, а также многие другие металлы, включая алюминий (Al), титан (Ti), железо (Fe) и магний (Mg ) помощь. Однако простой оксид кобальта предлагает наилучшее сочетание обеспечения высокого напряжения, очень хорошей плотности энергии и легкого перемещения ионов Li+. Отказ от высокого содержания Со означает, что новые катодные материалы должны быть оптимизированы для всех этих рабочих характеристик за счет незначительных изменений в расположении переходных металлов и их относительном составе.Несмотря на то, насколько хорошими стали катоды на основе оксидов переходных металлов, обычно обозначаемые аббревиатурой NMC для трех основных переходных металлов, за которыми следует соотношение Ni/Mn/Co, для аккумуляторов электромобилей, существует общепризнанная необходимость снижения зависимости от Co без ущерба для производительности. .

.

alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.