Батареи с регулятором температуры: принцип работы, типы устройств, установка и монтаж

Регулятор температуры отопления на батарею

» Батареи отопления

На этой вкладке ресурса мы попбробуем выбрать для своей дачи правильные части системы. Любой элемент определенно важен. Поэтому подбор частей монтажа нужно осуществлять обдуманно. Монтаж обогревания включает, крепежную систему, механизм управления тепла, радиаторы терморегуляторы, циркуляционные насосы, автоматические развоздушиватели, фиттинги котел отопления, провода или трубы, расширительный бачок. Монтаж обогревания коттеджа насчитывает некоторые устройства.

Регулятор температуры отопления на батарею

Каждый человек, не зависимо от того, живет ли он в квартире или в частном доме, создает там максимально комфортные условия, используя при этом современные коммуникационные системы и различные усовершенствования к ним. Так, поддерживать оптимальный температурный режим в доме для нормальной жизнедеятельности человека сегодня наравне с отопительной системой позволяют всевозможные регуляторы. Они устанавливаются возле батарей отопления.

Когда установлена регулировка батарей отопления, тем самым повышается эффективность системы отопления.

Нагревательный элемент повышает свою температуру за счет теплоносителя, которой циркулирует по системе. Чем больше объем теплоносителя и чем выше его температура, тем сильнее разогревается поверхность радиатора. Последний отдает свою теплоту окружающей среде, в результате чего воздух в комнате набирает необходимую (комфортную для человека) температуру.

В естественных условиях между внутренним пространством помещения и воздухом на улице происходит постоянный теплообмен. Через оконные и дверные щели, ограждающие конструкции тепло из комнаты выходит в окружающую среду. То есть в доме или квартире происходит постоянный приток и отток теплого воздуха, а, следовательно, температура там то повышается, то понижается.

Чтобы поддерживать тепловой баланс в комнате, нужна постоянная регулировка количества теплоты, которая поступает в помещение от батарей отопления.

С данной задачей справляются вентили. Их основная задача – контролировать объем теплоносителя, поступающего в радиатор. По необходимости уменьшать или увеличивать его. Вентили (терморегуляторы, термостаты) могут быть ручными или автоматическими. Все зависит от предпочтений владельца дома и его финансовых возможностей.

Важно! Шаровые краны, которые часто устанавливаются возле радиатора, не могут являться регуляторами. Они не могут уменьшать или увеличивать ток теплоносителя в нагревательном элементе, так как рассчитаны только на положение «открыто» или «закрыто». В противном случае они быстро выходят из строя, так как твердые частички в воде отопительной системы могут повредить перекрывающий шар. Он теряет герметичность.

Современный рынок предлагает огромный выбор термостатов. В зависимости от комплектации и модели, они могут контролировать температуру батарей, как под чутким руководством человека, так и без внешнего вмешательства в свою работу. Они могут быть установлены в одно- или двухтрубную систему одно- или многоэтажных зданий.

Регулятор сегодня может быть как прямого действия (состоит из термоголовки и клапана), так и с датчиком регулировки температуры (встроенным или дистанционным).

Терморегулятор прямого действия

Регулятор температуры радиатора можно установить своими руками.

Это самый простой прибор для контроля температуры батарей отопления. Он устанавливается непосредственно возле радиатора. Регулировка происходит следующим образом: термостатический элемент в своем составе имеет герметичный цилиндр. В него вставляется сифон с жидкостью или газообразным веществом. Жидкость или газ чутко реагируют на температуру, которая поступает от нагревательного элемента. При нагревании регулятора жидкость или газ расширяются, давят на шток в клапане. Последний, в свою очередь, перекрывает ток теплоносителя. При охлаждении происходят аналогичные процессы, только в обратном направлении.

Термостатический регулятор в квартире – как настроить его работу:

1. закрыть все окна и двери в доме;
2. устанавливают регулятор там, где температура должна поддерживаться на постоянном уровне;
3. открыть полностью клапан в терморегуляторе. Теплоноситель станет разогревать поверхность батареи;
4. дождаться, пока температура в помещении повысится на 5-6°C и закрыть полностью клапан прибора. Воздух в комнате начинает остывать;
5. дождаться, когда воздух остынет до желаемого уровня и потихоньку открывать клапан прибора. Если это делать быстро, есть вероятность возникновения гидроудара, система отопления может не выдержать переизбытка давления и потерять свою целостность. Как только будет слышен шум поступающего теплоносителя в корпус батарей, прекратить вращение головки регулятора.

Терморегулятор со встроенным или дистанционным датчиком

Настройки работы терморегулятора со встроенным датчиком отличаются от настоек терморегулятора прямого действия.

Его принцип работы аналогичен предыдущему варианту. Однако есть различие в настройке его работы. Если термостатический регулятор контролировался вручную и постоянно, но прибор с электронным датчиком в этом не нуждается. На датчике устанавливается желаемая температура воздуха в квартире, он сам следит за поддержанием этого предела.

Прибор со встроенным механизмом контроля в квартире размещают на открытом участке, в том помещении, где перепад температуры воздуха наибольший (кухня, солнечная сторона дома, гостиная, где постоянно открывается дверь на улицу).

Регуляторы с дистанционным датчиком необходимы, когда:

• батарея и сам прибор устанавливают в нише или за декоративной панелью;
• если у окна слишком широкий подоконник (больше, чем 220 мм) и расстояние он него до радиатора меньше 100 мм;
• ниша имеет глубину больше 160 мм;
• термостатический элемент можно установить только параллельно батарей, что противоречит правилам.

Термостатический датчик может контролировать температуру помещения в диапазоне от +6°C до + 26°C, при этом создавая оптимально комфортные условия для проживания и отдыха человека в квартире или доме.

Установив терморегулятор у себя дома, вы сможете сэкономить на покупке энергоносителя.

Данное оборудование способно сгладить перепады температуры воздуха между верхними и нижними этажами дома, если речь идет о многоэтажном строении.

Однако самое большое преимущество в использовании терморегуляторов – значительная экономия на теплоносителе и покупке энергоносителя, без ущерба для микроклимата в комнате. Так, если в доме используется газовое оборудование, то экономия достигает 20%, если котел работает на соляре —  50%, то есть регулятор окупится уже в течение одного отопительного сезона.

Интересное по теме:

Расчет отопления в частном доме – проводим с.

Основные правила и возможные ошибки при орган.

Разводка для системы обогрева двухэтажного до.

Какую систему отопления выбрать для загородно.

Источник: http://utepleniedoma.com/otoplenie/sistema-otopleniya/sovremennyj-termoregulyator-temperatury-sistemy-otopleniya

Регулятор температуры отопления на батарею

Устройства, предназначенные для регулирования и поддержания заданной температуры в помещениях, называются терморегуляторами для радиаторов. Они устанавливаются перед радиатором в специальное отверстие, по ходу поступления теплоносителя. Это своеобразные вентили, которые позволяют контролировать подачу теплоносителя, увеличивая или уменьшая ее.

Существует три типа этих устройств:

• Шаровой кран. Он поддерживает лишь 2 режима – в открытом или закрытом положении. Попытки установить его в промежуточном положении неизбежно приводят к потере герметичности и последующему выходу прибора из строя. Поэтому этот тип устройства считается наименее эффективным.
• Ручной конусный вентиль работает в нескольких позициях и отличается большей результативностью. Однако подобные терморегуляторы для батарей требуют постоянного внимания, ведь после перевода вентиля в промежуточную позицию, его необходимо вручную возвратить в исходное положение.
• Термостат. Это лучший вариант терморегулятора, работающий полностью в автоматическом режиме.

Шаровой кран на батарее позволяет открывать или закрывать подачу теплоностителя.

Однако системы отопления отличаются по типу строения и требуют установки соответствующего оборудования. Поэтому в продаже имеются терморегуляторы для однотрубных или двухтрубных отопительных конструкций. Для однотрубных систем следует выбирать только устройство с байпасом – специальной трубной перемычкой, способствующей независимому движению теплоносителя в трубопроводе.

Преимущества использования этих компактных устройств:

• Они способствуют существенной экономии ресурсов. Благодаря их работе можно уменьшить расходы на отопление до 25%.
• Улучшается микроклимат: воздух в помещении не пересушивается и не перегревается. Комфортная температура способствует улучшению самочувствия.
• Точная коррекция температур. Благодаря высокой чувствительности приборов, заданная температура будет поддерживаться с максимальной точностью.
• Установка термостатов в частных жилых помещениях наиболее эффективна. Более того, ее стоимость окупается всего за один сезон.
• Приборы очень компактны, отличаются современным дизайном и легко вписываются в любой интерьер.
• Они контролируют полноценную работу всех отопительных приборов в цепи: даже самые удаленные радиаторы будут прогреваться на одном уровне с другими.
• Установленное оборудование долговечно. Оно не требует дополнительного обслуживания на протяжении 20 лет (примерный срок эксплуатации).
• Механические и автоматические терморегуляторы можно использовать для работы с новыми, а также действующими отопительными системами.

Автоматический термостат представляет собой специальный клапан, автоматически связанный с термической головкой. Она обладает высокой чувствительностью и состоит из:

• жидкостного элемента;
• привода;
• регулятора.

Существуют вариации термоголовок, где вместо жидкостного установлен газовый или упругий элемент.

Механический термостат имеет несколько иное строение:

• термическая головка;
• чувствительный жидкостный элемент;
• компенсационный механизм;
• специальное кольцо для фиксации заданной температуры;
• числовая шкала для настройки;
• гайка накидная;
• термостатический клапан;
• шток;
• золотник;
• разъемное соединение.

Термостатический элемент (или термическая головка) механического термостата содержит сильфон – особый цилиндр с гофрированными внутренними стенками. Внутри сильфона находится жидкость, которая очень чувствительна к температурным колебаниям. Когда температура повышается, жидкость растягивает сильфон, переводя шток в другое положение. Шток, в свою очередь, воздействует на клапан и поток теплоносителя перекрывается.

Реагируя на понижение температуры, жидкостная среда сжимает цилиндр. При этом воздействие штока на клапан ослабляется, что способствует открытию потока и увеличению объема теплоносителя.

Современные термостаты разработаны с учетом многократного повторения подобных циклов, поэтому их срок службы довольно долгий. По некоторым подсчетам, термостат рассчитан примерно на миллион сжатий и растяжений – а такой «резерв» он способен использовать приблизительно за 100 лет.

Способность газонаполненных термостатов быстрее реагировать на колебания температуры, является их серьезным преимуществом. Причина в том, что газ реагирует на малейшие изменения мгновенно, тогда как жидкости необходимо время, чтобы нагреться и начать воздействовать на механизм.

Процесс заключается в следующем: газ, сконденсированный в самой холодной части устройства, максимально удален от корпуса и не зависит от его температуры. Когда воздух в комнате остывает, газ реагирует и молниеносно приводит в действие оборудование. Такой принцип работы способствует большей экономии и поддержанию точного температурного режима.

Чтобы правильно выбрать терморегулятор для радиатора необходимо выполнить термодинамические, а также термостатические расчеты и проанализировать показатели работы системы.

Как уже упоминалось, установка термостатического оборудования в частных домах будет максимально эффективной. Монтаж следует провести вначале на верхних этажах, постепенно спускаясь вниз. Лучше использовать чувствительные регуляторы с газонаполненными термостатами для наибольшей экономической эффективности.

Однако желающие контролировать процесс обогрева квартиры также могут использовать это оборудование. Начинать следует с наиболее солнечных комнат, кухни и гостиной (где регулярно собирается много людей).

При монтаже терморегулятора следует убедиться, что термоголовка зафиксирована в горизонтальном положении (относительно установленного оборудования). Это необходимо для компенсации нагрева трубы и клапана. Прибор с байпасом необходимо устанавливать согласно стрелке. Стрелка указывает направление, по которому в трубопроводе должен двигаться теплоноситель. Только определив его, можно правильно установить устройство.

Схема монтажа терморегулятора на радиатор

Итак:

• приобретение терморегуляторов положительно повлияет на микроклимат в доме, а также на экономическую сторону жизни.
• Оборудование следует выбирать обдуманно, выполнив необходимые расчеты.
• Монтаж термоустройств можно выполнять только в некоторых комнатах, подверженных наибольшему нагреву.
• Для правильной установки оборудования желательно воспользоваться услугами мастеров.

Источник: http://udobnovdome. ru/termoreguljatory-dlja-radiatorov/

Так же интересуются

• Рейтинг батарей отопления
• Ремонт батареи отопления

23 апреля 2023 года

Как регулировать батареи отопления с регулятором, чтобы получить нужный уровень температуры

От автора: здравствуйте, дорогие читатели! Как известно, климат во многих регионах нашей страны довольно непредсказуем. Независимо от времени года, погода за окном может меняться совершенно внезапно. К сожалению, отопительная система обычно не подозревает о подобном природном коварстве и работает в одном и том же режиме.

В результате вы можете заснуть вечером, сетуя на жару, а утром будете лихорадочно прятать замерзшие ноги под одеяло. Такие ситуации не редкость. К счастью, современные технологии позволяют сделать так, чтобы температурный режим можно было подстроить под наши потребности. Конечно, речь идет не о погоде за окном, а о комфорте внутри дома.

Его уровень довольно легко можно корректировать, если знать, как регулировать батареи отопления с регулятором.

Это нехитрое устройство устанавливается на радиаторы и в квартирах, и в частных домах. С помощью регулятора можно решить сразу несколько задач. Основная — это, конечно, корректировка температурного режима каждой конкретной батареи. Собственно, во многоквартирных домах допустимо применять только эту функцию, поскольку все прочие приведут к нарушению работоспособности отопления в соседних квартирах.

Что касается автономной отопительной системы, то тут можно получить больше «плюшек» от регулятора. Например, с его помощью вполне реально сэкономить ресурс нагревательного котла, снизив количество используемого топлива практически наполовину.

Также данное устройство может принести пользу в случае аварии в системе. Например, если какой-то радиатор неожиданно потек, вы можете отключить его от общего контура, чтобы произвести ремонт. Для сохранения работоспособности остальных батарей в подобных ситуациях рекомендуется изначально устанавливать байпасы. Но сегодня не будем останавливаться на этом вопросе подробно — при желании, о монтаже этих элементов вы можете прочитать в соответствующей статье.

Вернемся к терморегуляторам. Даже при отсутствии форс-мажоров и резких температурных перепадов за окном они приносят немалую пользу. Например, можно выставить определенный режим нагрева в разных комнатах, в соответствии с их назначением:

• спальня. Днем температурный режим здесь не так уж важен, а вот ночью его желательно устанавливать в пределах от 17 до 18 градусов. Это способствует получению высокого качества сна. Да и в целом, в небольшой прохладе спится всегда комфортнее, и просыпаться утром легче;
• кухня. Здесь тепловая энергия выделяется не только радиаторами. Плита, мультиварка и другая техника для приготовления пищи вносят свою лепту в температурный режим. Поэтому держать здесь радиатор включенным на максимум и бессмысленно, и некомфортно. Оптимальной температурой в данном случае будет 19 градусов;
• ванная комната. Здесь ситуация обратная. Тепловых приборов нет, зато есть повышенный уровень влажности, для избавления от которого необходимо создать условия для высыхания воздуха. В противном случае, будет образовываться плесень, да и в целом в такую атмосферу неприятно заходить. Поэтому выставляем режим батареи на 24–26 градусов, и все будет отлично;
• детская комната. Для малышей до года самой комфортной является температура от 23 до 24 градусов. Такой режим не мучает детей излишней жарой и в то же время не провоцирует переохлаждение. Для ребенка более старшего возраста температуру воздуха можно снизить до 21 градуса;
• другие помещения. В целом, для комнат общего назначения комфортной считается температура от 18 до 22 градусов. Но вы всегда можете подстроить этот показатель под свои индивидуальные представления о комфорте. Одним людям нравится прохлада, другим — тропики. Тем и удобен терморегулятор, что может удовлетворить любые потребности.

Также стоит отметить положительное влияние использования регулятора на состояние микроклимата в доме. Изменение температурного режима в соответствии с текущими потребностями и погодными условиями корректирует заодно и уровень влажности, что приносит исключительно пользу.

Разновидности терморегуляторов

Содержание статьи:

Если ваши радиаторы не оборудованы терморегуляторами, но после всего вышесказанного вы загорелись идеей обзавестись ими, то неплохо бы разобраться в том, какие разновидности устройств предлагают нам современные производители. Все регуляторы делятся на три большие категории по типу управления. Он может быть:

• механическим;
• электронным;
• полуэлектронным.

Как обычно, любой разновидности оборудования присущи определенные преимущества и недостатки. Рассмотрим подробнее.

Механические устройства

Механические терморегуляторы управляются вручную. С одной стороны, это может быть не слишком удобно, поскольку, например, вставать среди ночи для того, чтобы повысить температуру в случае внезапного похолодания, мало кому понравится. С другой стороны, подача теплоносителя регулируется механическим способом очень четко, но при этом легко.

Эксплуатация такого прибора вообще не вызывает вопросов, поскольку единственное действие, которое вам необходимо осуществлять — это поворот ручки. Преимуществом является также низкая стоимость представителей этой разновидности устройств. Кроме того, механический регулятор не требует подключения к электросети, что позволяет использовать его без ограничений.

Единственный, пожалуй, недостаток заключается в том, что настройку температурного режима радиатора приходится производить «на глазок», поскольку никаких делений и обозначений на механическом терморегуляторе обычно нет. Впрочем, после того как вы пару раз воспользуетесь устройством, дальнейшие действия будут проходить гораздо проще.

Что касается конструкции механического термооборудования, то она состоит из трех элементов: регулятора, привода и сильфона.

Внутри последнего может содержаться газ или жидкость. При повороте рычага, отвечающего за механическое управление, содержащееся в сильфоне вещество переходит в золотник. За счет этого изменяется положение штока. Тот, соответственно, начинает частично или полностью перекрывать маршрут, по которому идет теплоноситель.

Электронные устройства

Основа конструкции электронного терморегулятора такая же, как у его механического собрата. Здесь тоже главную роль играет сильфон. Он представляет собой цилиндр, сделанный из гофрированного материала. Внутри элемента находится специальное вещество, которое может сжиматься или расширяться, в зависимости от температуры воздуха в помещении.

Когда в комнате становится слишком тепло, сильфон увеличивается в размере, тем самым стимулируя шток подвинуться и перекрыть канал, по которому идет теплоноситель. И наоборот — при похолодании вещество в сильфоне сжимается, диаметр элемента уменьшается, шток сдвигается в ином направлении, и путь для теплоносителя становится открыт.

Такое устройство довольно долго служит, поскольку сильфон обладает высокими прочностными характеристиками, он может сжиматься и разжиматься огромное количество раз. Срок эксплуатации этого оборудования исчисляется десятками лет.

Что еще более интересно, электронному варианту терморегулятора можно задавать определенную температуру на конкретное время. Это очень удобно, поскольку не приходится крутить ручку и подбирать режим методом «тыка». Кроме того, не требуется и подходить к радиатору каждый раз, как возникла необходимость в корректировке внутридомового климата. Встроенный датчик отслеживает изменения в окружающей среде самостоятельно и реагирует в соответствии с текущими потребностями.

Впрочем, подобная «фишка» свойственна не всем моделям регуляторов. Электронные устройства разделяются на два разных типа:

• закрытые. Настройка температуры производится вручную каждый раз, когда необходимо изменить режим. При этом устанавливать можно и основной показатель, и допустимые колебания значений;
• открытые. Могут программироваться для автоматического переключения между режимами. Способны делать это как по таймеру, так и ориентируясь на сигналы встроенного датчика, отслеживающего температуру окружающей среды.

Недостаток электронного прибора заключается том, что он требует наличия источника питания для работы. В этой роли могут выступать либо батарейки, либо аккумулятор. Первые необходимо регулярно менять, второй — заряжать. Это не слишком удобно. Но, с другой стороны, весь остальной процесс эксплуатации дает очень высокий уровень комфорта.

Полуэлектронные устройства

Полуэлектронные приборы имеют в основе такой же принцип действия, что и электронные. В быту они удобны, поскольку оборудованы цифровым дисплеем, на котором отображается заданный температурный режим, Таким образом, настройка осуществляется вообще без проблем.

Правда, никаких датчиков и таймеров здесь нет, регулировка производится вручную. В общем, это оптимальный вариант для бытового использования, обладающий одновременно удобством настройки и низкой стоимостью.

Установка и настройка прибора

Для того чтобы полноценно пользоваться терморегулятором, важно правильно произвести его установку. Существует несколько общих указаний, которых необходимо придерживаться:

• перед тем как приступить к монтажу, внимательно ознакомьтесь с инструкцией, которая прилагается к оборудованию. Зачастую там указаны важные моменты, касающиеся установки прибора;
• конструкция температурных регуляторов включает в себя некоторые довольно хрупкие элементы. Они могут выйти из строя при неосторожном движении, легком ударе и, тем более, при падении. Поэтому работы нужно осуществлять аккуратно и неторопливо;
• термостат, входящий в конструкцию клапана, необходимо устанавливать в горизонтальное положение. При этом на него не должен попадать нагретый воздух, исходящий от радиатора. В противном случае, термостат просто не сможет корректно отслеживать температурный режим в помещении и, соответственно, будет бесполезен;
• на корпусе терморегулятора нарисованы стрелки, обозначающие направление движения теплоносителя. Эти указатели необходимо учитывать в процессе монтажа и устанавливать прибор таким образом, чтобы вода потом двигалась в нужном направлении;
• если вы осуществляете работы с однотрубной системой, то в процессе монтажа терморегуляторов установите на каждый радиатор еще и байпас. Такой подход позволит сделать батареи относительно независимыми от работоспособности друг друга. Байпас является обходным путем, который будет задействован для тока теплоносителя при отключении одного из радиаторов по той или иной причине;
• следует внимательно отнестись к месту установки регулятора, чтобы он избежал впоследствии воздействий, способных повлиять на его работоспособность. Например, на него не должны попадать солнечные лучи, а также тепловая энергия, вырабатываемая различным обогревательным оборудованием — например, тепловентиляторами. Воздействие сквозняков тоже необходимо не допустить;
• если речь идет об установке полуэлектронного прибора, то батареи, где он будет размещен, нельзя закрывать декоративными панелями, шторами и т. д. Датчик температурного режима нужно располагать не менее, чем в двух сантиметрах от клапана, чтобы получать достоверные показатели;
• электронные приборы желательно устанавливать в помещениях, где нет постоянных перепадов температур. Например, для кухни такое оборудование не подойдет, поскольку ему придется слишком часто подстраиваться под изменившуюся температуру воздуха. А вот для угловых комнат, где обычно прохладнее, чем в других, устройство подходит прекрасно.

Непосредственно процедура монтажа осуществляется не слишком сложно. Главное — в процессе помните об аккуратном обращении с элементами конструкции.

1. Перекройте с помощью шарового крана или тому подобного оборудования подачу теплоносителя в радиатор и дождитесь остывания последнего.
2. Слейте воду, открыв специальную заглушку на корпусе батареи.
3. С помощью крана Маевского выпустите остатки воздуха из отопительного оборудования.
4. Отсоедините радиатор от трубы подачи теплоносителя, замените старый адаптер и воротник новыми.
5. Установите на новый воротник терморегулятор, учитывая направление движения теплоносителя. Плотно закрутите резьбу в месте соединения.
6. Проверьте работоспособность системы и убедитесь в отсутствии протечек в месте установки.

Если речь идет о двухтрубной системе, то монтаж может производиться на верхнюю трубу подводки.

После проведения процедуры установки и проверки работоспособности отопительной системы необходимо настроить терморегуляторы таким образом, чтобы наконец-то получить желаемый эффект. В случае с электронными и полуэлектронными устройствами все понятно — там процесс осуществляется нажатием буквально пары кнопок и выставлением приемлемых значений. Поэтому давайте разберем настройку оборудования на примере механической модели.

1. Закройте все окна и двери в помещениях, где была произведена установка терморегуляторов. Это предотвратит потери тепловой энергии и, соответственно, поможет получить наиболее точный результат.
2. Разместите в помещении термометр. Полностью откройте клапан и дождитесь момента, когда радиатор наполнится и прогреется.
3. Зафиксируйте показатели, полученные с помощью термометра в этой ситуации.
4. Теперь поверните регулятор в обратную сторону, тоже до упора, и следите за тем, что показывает термометр. Как только температура достигнет нужного уровня, начните открывать клапан, пока не раздастся шум жидкости, в то же время должен произойти резкий нагрев радиатора.
5. Зафиксируйте клапан в этом положении. Настройка закончена.

Для того чтобы еще и наглядно ознакомиться с процессом, посмотрите видео, которое размещено ниже.

Современные производители предоставляют довольно широкий выбор терморегуляторов для радиаторов отопления. Об основных критериях вы уже знаете. Во всем остальном ориентируйтесь исключительно на свой вкус и на семейный бюджет. Успехов вам и комфорта вашему дому!

Важность контроля температуры промышленных аккумуляторов

Литий-ионные аккумуляторы находят применение во многих отраслях промышленности, где требуются мобильные источники питания.

Технология литий-ионных аккумуляторов зарекомендовала себя как не требующая особого ухода, универсальная и мощная альтернатива традиционным промышленным источникам энергии, таким как свинцово-кислотные аккумуляторы или двигатели внутреннего сгорания.

При использовании литий-ионных аккумуляторов важно помнить о температуре, как внутренней, так и внешней. Аккумуляторы могут эффективно работать при определенных рабочих температурах, поэтому очень важно понимать, как аккумулятор может работать в жарких или холодных условиях.

Несмотря на то, что литий-ионные аккумуляторы могут работать в гораздо более широком диапазоне температур по сравнению со свинцово-кислотными аккумуляторами, экстремально высокие или низкие температуры могут повлиять на работу литий-ионных аккумуляторов.

Важно понимать, как точно измерять и контролировать температуру батареи, чтобы избежать неблагоприятных последствий.

Самый простой способ измерить и контролировать внутреннюю температуру батареи — это использовать систему управления батареями (BMS), которая напрямую измеряет температуру с помощью внутренних датчиков, а затем соответствующим образом охлаждает или нагревает батарею.

 

Что происходит с литий-ионными батареями при низких температурах?

Как правило, литий-ионные аккумуляторы можно разряжать при температуре до -4 °F, но их плотность энергии и емкость могут снижаться при экстремально низких температурах.

При очень низких температурах ионы движутся через электролиты медленнее, что приводит к снижению емкости.

Кроме того, низкие температуры вызывают снижение скорости передачи заряда, что может затруднить зарядку аккумулятора. Самая низкая температура зарядки литий-ионного аккумулятора – 32°F.

Если аккумулятор заряжается при отрицательных температурах, это может вызвать постоянное накопление твердого электролита на границе раздела фаз (SEI) на аноде, вызывая необратимое повреждение аккумулятора.

Литий-ионные аккумуляторы в индустрии холодильных камер

Производители литий-ионных аккумуляторов смогли обойти ограничения низких температур благодаря специальной конструкции аккумуляторов, рассчитанных на низкие температуры. Батарея может быть оснащена нагревателями, которые могут поддерживать оптимальную температуру батареи в течение всей смены. Это делает литий-ионный аккумулятор одним из лучших вариантов для холодильных складов и других применений с низкими температурами.

К счастью, некоторые производители литий-ионных аккумуляторов предлагают варианты обогревателей аккумуляторных батарей для вилочных погрузчиков, специально разработанные для более низких температур, так что вы можете воспользоваться всеми преимуществами литиевой технологии, не беспокоясь о деградации.

Управляется системой управления батареями, которая измеряет внутреннюю температуру батареи и соответствующим образом регулирует ее. Интегрируя нагреватель в аккумуляторную батарею, литий-ионные батареи могут оставаться при контролируемой температуре без ухудшения характеристик батареи. Таким образом, батареи могут храниться в морозильной камере во время использования в течение всей смены.

По мере того, как литий-ионные батареи становятся все более доступными, а технология продолжает развиваться, они смогли добиться успеха в холодильных складах. Литий-ионные аккумуляторы изменили работу многих менеджеров холодовой цепи благодаря возможности зарядки по возможности и мониторингу производительности BMS.

Что происходит с литий-ионными батареями при высоких температурах?

Как правило, литий-ионные аккумуляторы можно заряжать при температуре окружающей среды до 113°F и разряжать при температуре до 140°F.

Когда речь идет о предотвращении воздействия высоких температур, следует соблюдать осторожность: даже если внешняя среда может быть достаточно прохладной, батарея все равно может нагреваться внутри при высоком токе.

Воздействие чрезвычайно высоких температур может вызвать окисление катодного электролита, что приведет к потере емкости аккумулятора. Высокие температуры могут:

• Увеличить внутреннее сопротивление батареи, что приведет к потере мощности

• Ускорение процесса старения батареи, что приводит к более быстрому износу

При неправильном обращении или неправильном изготовлении батарей высокие температуры могут даже привести к тепловому выходу из строя, что является одной из основных угроз безопасности, связанных с литий-ионными батареями.

Выберите правильный химический состав литий-ионного аккумулятора, чтобы избежать перегрева

Литий-железо-фосфатный аккумулятор — лучший выбор для промышленного применения, поскольку он может работать в широком диапазоне температур. Мало того, что он может выдерживать повышенные температуры, его температура теплового разгона намного выше, чем у других типов литий-ионных химических соединений, таких как химические соединения лития, никеля, марганца, оксида кобальта (NMC).

Хорошо спроектированный аккумулятор имеет защиту от перегрева, запрограммированную как базовую функцию безопасности его BMS.

Не все литий-ионные аккумуляторы одинаковы. Литий-железо-фосфатные батареи имеют тепловой разгон до 518°F, что является одним из самых высоких показателей, что позволяет батарее иметь высокий запас прочности и стабильности даже при воздействии экстремальных температур.

Технология литий-ионных аккумуляторов зарекомендовала себя как универсальная альтернатива свинцово-кислотным источникам питания и источникам питания внутреннего сгорания. Благодаря широкому диапазону рабочих температур литий-ионные аккумуляторы являются одним из лучших вариантов для погрузочно-разгрузочного оборудования на складах-холодильниках.

 

Система управления температурой батареи — MATLAB и Simulink

Система управления температурой батареи поддерживает безопасную и эффективную работу батарей, регулируя их температурный режим. Высокие температуры аккумуляторов могут ускорить их старение и создать угрозу безопасности, в то время как низкие температуры могут привести к снижению емкости аккумуляторов и ухудшению характеристик зарядки/разрядки.

Система управления температурным режимом батареи регулирует рабочую температуру батареи, либо рассеивая тепло, когда оно слишком горячее, либо выделяя тепло, когда оно слишком холодно. Инженеры используют активные, пассивные или гибридные решения для теплопередачи для регулирования температуры батареи в этих системах. Активные решения обычно имеют вентилятор или насос, подающий рабочую жидкость, например воздух, воду или какую-либо другую жидкость, для снижения или повышения температуры батареи. В пассивном решении либо радиаторы, либо трубы с теплопроводными материалами отводят тепло от батареи. Гибридное решение сочетает в себе ключевые конструктивные особенности как активных, так и пассивных решений.

Создание программных тепловых моделей аккумуляторов, имитирующих процесс теплопередачи, может помочь инженерам анализировать компромиссы в проектных параметрах, оценивать производительность и реализовывать алгоритмы управления. Инженеры могут использовать MATLAB ^® и Simulink ^® для разработки систем управления температурным режимом аккумуляторов, которые гарантируют, что аккумуляторный блок безопасно обеспечивает оптимальную производительность в различных условиях эксплуатации.

Проведение теплового анализа в Simulink новой и устаревшей модели литий-ионного аккумуляторного блока для проектирования аккумуляторных блоков, которые соответствуют критериям гарантии по истечении срока службы (EOL) с точки зрения мощности, производительности и упаковки.

С помощью MATLAB и Simulink вы можете:

• Детально смоделировать тепловое поведение батареи
• Создание моделей систем охлаждения/обогрева с использованием различных рабочих сред, включая газы, жидкости и хладагенты, изменяющие фазу
• Выполнение выбора компонентов и размеров компонентов с помощью моделирования и симуляции
• Исследуйте пространство проектирования с различными параметрами компонентов и оптимизируйте производительность системы управления температурным режимом батареи
• Моделирование экстремальных температурных условий для разработки сценариев «что, если»
• Разработка логики диспетчерского управления и стратегий управления с обратной связью для модуляции температуры
• Проведение сценарных исследований для оценки теплового воздействия различных вариантов конструкции
• Сокращение затрат за счет проведения меньшего количества дорогостоящих и трудоемких тестов с серийным аккумуляторным оборудованием
• Автоматически генерировать готовый к производству встроенный код для управления температурным режимом батареи и соответствовать отраслевым стандартам

Захват температурных характеристик батареи

Используя Simscape™ и Simscape Battery™, вы можете создавать модели, начиная с уровня элемента батареи, а затем добавлять эффекты температуры окружающей среды, материалы теплового интерфейса и соединения охлаждающей пластины, чтобы создать более репрезентативную модель. Теплопередачу можно рассматривать с точки зрения от ячейки к ячейке, от ячейки к пластине и от ячейки к окружающей среде путем определения тепловых путей к окружающей среде, хладагенту и расположению охлаждающей пластины. Simscape Battery предоставляет готовые блоки охлаждающих пластин, которые поддерживают различные конфигурации потока, включая параллельные каналы, U-образные прямоугольные каналы и краевое охлаждение.

Блок параллельных каналов в Simscape Battery

Блок U-образных каналов в Simscape Battery

Блок Edge Cooling в Simscape Battery

Разброс температур, возникающий в результате динамического взаимодействия между аккумулятором и потоком хладагента, может быть точно зафиксирован путем дискретизации этих охлаждающих пластин в элементы.

Тепловая модель на уровне пакета может быть построена путем сборки ячеек в модули с тепловыми эффектами и размещения модулей внутри пакета. Модели аккумуляторных батарей, созданные в Simscape, используют электрические и тепловые сети, которые отражают реальную систему и масштабируются по мере увеличения количества ячеек. Вы можете выполнить анализ тепловых характеристик аккумуляторных батарей с разным уровнем старения, чтобы соответствовать критериям гарантии по истечении срока службы (EOL).

Подробное 1D тепловое моделирование одного элемента батареи с помощью Simscape с использованием библиотеки Thermal Elements

Определение теплового пути охлаждающей жидкости для модуля батареи с помощью Simscape Battery

Подключение охлаждающей пластины к аккумуляторному модулю и параллельной сборке

Моделирование систем охлаждения/обогрева

Блоки Simscape и Simscape Fluids™ можно использовать в газовой, жидкостной и тепловой областях для моделирования активных, пассивных или гибридных решений для охлаждения/обогрева. . Вы также можете изучить архитектуру систем охлаждения/обогрева, нарисовав схемы для размещения труб, клапанов, теплообменников и резервуаров. В случае системы жидкостного контура вы можете смоделировать расширительный бак, в котором хранится резервная жидкость; охлаждающие пластины, которые направляют рабочую жидкость вблизи аккумуляторных элементов; система циркуляции с приводом от двигателя с насосом, проточным трактом и клапанами; и различные типы теплообменников, такие как проводные нагреватели или радиаторы. После того, как вы создали модель системы охлаждения/обогрева, вы можете запустить моделирование, уточнить конструкцию, изучив размеры компонентов и параметры системы, а также удовлетворить такие требования, как рассеивание тепла и энергопотребление.

Модель активной жидкостной системы охлаждения/обогрева аккумуляторов в электромобиле (EV), созданная с помощью Simulink и Simscape

Средства проектирования для управления тепловым режимом аккумулятора Методы PID для управления системой циркуляции, такие как управление потоком сырья (клапан), управление массовым расходом (насосом) и управление выбором пути теплообмена. С Simscape Battery вы можете использовать предварительно созданные блоки, такие как управление охлаждающей жидкостью батареи и управление нагревателем батареи, для создания алгоритмов управления температурным режимом батареи. С помощью Stateflow вы также можете разработать логику диспетчерского управления для переключения между различными режимами работы, такими как нагрев или охлаждение, в зависимости от температуры окружающей среды и температуры батареи.

Simulink-модель системы управления охлаждающей жидкостью, которая вычисляет скорость потока на основе температур между элементами батареи, а также температуры окружающей среды

Создание кода и выполнение аппаратного тестирования в контуре (HIL) Embedded Coder

^® и HDL Coder™ позволяют автоматически генерировать читаемый оптимизированный код C/C++ или HDL для развертывания программного обеспечения системы управления температурой батареи на встроенных микроконтроллерах или целевых устройствах FPGA/SOC. Вы также можете сгенерировать код для модели объекта и выполнить аппаратное тестирование в контуре (HIL). Simscape Battery включает в себя блоки, которые действуют как интерфейсы между батареей и схемой контроля ячейки. Используя эти блоки с аппаратным обеспечением в реальном времени, вы можете подключить симуляцию батареи к реальному оборудованию для балансировки батареи. HIL-тестирование аккумуляторных систем (22:57) позволяет заменить трудоемкие и дорогостоящие аппаратные тесты машиной в режиме реального времени для тестирования системы управления температурным режимом аккумулятора.