Водяное отопление в частном доме
Строительство
Схемы отопления делятся на два вида: однотрубная, двухтрубная.
Однотрубная система
Однотрубная система является наиболее доступной в стоимости и проста в монтаже. Система выглядит как кольцо, в монтаже которого батареи отопления устанавливаются последовательно. Суть работы системы выглядит следующим образом. Тепловой носитель следует от батареи к батарее до тех пор, пока не обойдет их все, после чего вернется в котел и цикл повторится. Сначала многим покажется, что такая схема идеальна, ведь зачастую именно доступная цена является ключевым фактором в выборе.
Но если поразмыслить, то получается следующее. Тепловой носитель греется до определенной температуры, после чего начинает движение к первой батарее. Именно первому радиатору он отдаст нужное количество тепловой энергии, а за время отдачи остынет на некоторое количество градусов. Говоря простыми словами, тепловой носитель пройдет несколько радиаторов, а на четвертом или пятом уже остынет.
- Добавляют секции в последние батареи, чтобы увеличить площадь тепловой отдачи;
- Повышают температуру теплового носителя, который выходит из обогревающего котла. Такой способ значительно больше расходует топливо.
Двухтрубная система
Двухтрубную систему принято считать гораздо лучшей чем однотрубную. Дело в том, что двухтрубная система работает гораздо результативнее за счет того, что к каждой батарее подсоединяется отдельная труба с тепловым носителем. Стоит отметить, что обратный контур у двухтрубной системы только один. Поэтому от каждой батареи спускается к обратному контуру отдельная труба. Именно по этой трубе и выходит тепловой носитель.
Какой котел следует выбрать?
Сегодня, выбрать котел достаточно сложная задача, ведь на рынке представлен огромный ассортимент отопительных элементов.
Котлы классифицируются по виду применяемого в них топлива, поэтому выбор во многом зависит от определенных обстоятельств. Выбирая котел лучше всего брать за основу вид топлива, который проще всего раздобыть в регионе. Если регион богат на разновидности топлива, то следует выбирать то, которое более доступно в стоимости.
Какие трубы лучше использовать?
Для водяной системы отопления лучшим вариантом считаются трубы из металлопластика, которые способны держать высокую температуру. В том случае, если в частном доме принято решение монтировать котел, работа которого основана на твердом топливе, следует выбирать трубы из металла. Дело в том, что температура теплового носителя, которая выходит из котла иногда способна превышать 100 градусов, а пластик такую температуру не выдержит.
Подходить к монтажу отопления частного дома следует максимально серьезно, ведь придется рассматривать и определяться в большом количестве различных факторов. В первую очередь необходимо определиться с бюджетом, ведь именно от бюджета придется отталкиваться во всех последующих вопросах.
Однотрубная или двухтрубная система отопления — Блог
Двухтрубная и однотрубная система отопления
Всем известно, что строительство жилого дома начинается с его проекта. Для проектирования необходимо иметь проектное задание, в котором указываются системы жизнеобеспечения: водоснабжение, электроснабжение, теплоснабжение.
В этой статье будут рассмотрены вопросы теплоснабжения. На сегодня в практике применяются две системы теплоснабжения: двухтрубная и однотрубная. Каждая из них широко применяется в строительстве.
Схема двухтрубной системы отопления
Двухтрубная система в строительстве применяется очень часто. В такой схеме используется два трубопровода. По одному из них (прямому) горячая вода от котла подается к батареям, а по другому — обратному трубопроводу вода отводится от батарей обратно в котел. Таким образом, теплоноситель при такой схеме циркулирует по замкнутому контуру: котел – прямая труба – батарея – обратная труба – котел.
Такой контур может быть один на весь дом, или несколько для каждой комнаты. При такой схеме все батареи нагреваются одинаково.
При двухтрубной системе отопления батареи подключаются к трубопроводам параллельно. Верхняя часть батареи к прямой трубе, нижняя часть к обратной трубе. При такой схеме подключения температура в батареях не зависит от расстояний до котла.
Такая система в строительстве применяется чаще, чем однотрубная. Это вызвано тем, что она может применяться как в одноэтажных, так и многоэтажных зданиях. Для такой системы присущи серьезные преимущества:
— вода поступает во все батареи с одинаковой температурой. Температура воды, которая выходит из котла, подается по прямой трубе ко всем батареям одновременно и ее температура не меняется;
— при такой схеме, можно на батареи устанавливать терморегуляторы. Если возникает необходимость уменьшить поступление воды в какую-то батарею, то это можно сделать терморегулятором. Можно даже полностью перекрыть любую батарею.
Перекрытие батареи не повлияет на работу всей системы в целом;
— повреждение любой батареи и вывод ее из схемы не повлияет на работу остальных батарей;
— система приемлема для строений любой этажности.
Двухтрубная система имеет и некоторые недостатки:
— для такой системы используется намного больше трубопроводов и соединительных деталей, чем при однотрубной системе;
— высокий объем монтажных работ и затрат;
— высокий уровень трудозатрат, а, следовательно, и увеличенная стоимость как оборудования, так и монтажа.
При двухтрубной системе может применяться два вида циркуляции воды. Это виды с естественной и принудительной циркуляцией.
При естественной циркуляции вода перемещается благодаря системе наклонов трубопроводов и батарей. Системы с таким видом циркуляции в практике применяются мало, из-за их серьезных недостатков:
— благодаря тому, что скорость движения теплоносителя, в такой системе небольшой, температура его в системе меняется скачками;
— давление в системе незначительное, и оно не может преодолеть сопротивление длинных трубопроводов.
Эта система приемлема, если длина трубопроводов не превышает 30 метров;
— из-за медленной циркуляции теплоносителя, при больших морозах в зимнее время, он может замерзать в расширительном бачке;
— при такой системе магистральные трубопроводы должны иметь больший диаметр, чем остальные. Это увеличивает стоимость капитальных затрат.
Перечисленные недостатки снимаются, если применить вид принудительную циркуляцию. При этой системе движение воды в трубопроводах осуществляется при помощи установки циркуляционного насоса. С помощью этого насоса вода циркулирует по системе с одинаковой скоростью.
Схема однотрубной системы отопления
В этой системе отсутствует обратный трубопровод. В такой системе вода циркулирует по следующему контуру: котел – вход в 1 батарею – выход с 1 батареи – вход во 2 батарею – выход со 2 батареи – возврат в котел. При такой системе все батареи соединяются последовательно.
Такая система также имеет свои достоинства и недостатки.
Недостатки однотрубной системы:
— исключается возможность регулировать интенсивность нагрева отдельных радиаторов. Это связано с тем, что радиаторы связаны между собой по последовательной схеме. К примеру, если в спальне необходимо убавить температуру радиатора, то это повлияет на работу радиаторов в других комнатах;
— батареи нагреваются неодинаково. Ближайшая к котлу батарея нагревается больше, чем последняя батарея;
— при этой системе увеличивается сопротивление и для его преодоления, необходимо повышать давление теплоносителя;
— если в каком-либо месте системе появляется воздушная пробка, то все радиаторы будут холодными из-за того, что полностью прекращается циркуляция во всей системе.
Достоинства однотрубной системы:
— сравнительно небольшая стоимость, за счет уменьшения протяженности труб, а также количества соединительных элементов;
— уменьшение трудозатрат на монтаж системы;
— такая система выглядит изящнее, чем двухтрубная.
Системы терморегулирования аккумуляторов (BTMS) для мобильных приложений
Система терморегулирования аккумуляторов (BTMS) — это устройство, отвечающее за управление/рассеивание тепла, выделяемого во время электрохимических процессов, происходящих в элементах, что позволяет аккумулятору работать безопасно и эффективно.
Когда знания в области материалов и технологий для управления, преобразования и хранения тепловой энергии из Решения для тепловой энергии (TES) область CIC energiGUNE объединяется с областью Электрохимическое хранение энергии (EES) , результатом чего является появление прорывных инноваций в управлении тепловым режимом, ориентированных на батареи.
Целью BTMS (системы управления температурным режимом батареи) является предотвращение ускоренного износа батареи путем управления теплом, выделяемым ее компонентами , чтобы она работала непрерывно в 
Хотя существующие серийно выпускаемые элементы могут безопасно работать при температуре от -40 до 60 ºC, производители предпочитают использовать рабочий диапазон для достижения максимальной производительности от 15 до 35 ºC . В этом смысле также рекомендуется, чтобы внутри аккумуляторной батареи разница между элементами не превышала 5 ºC.
Следует отметить, что воздействие на батарею экстремальных условий может иметь фатальные последствия. Например, его работа при очень высоких температурах (> 80 ºC) может вызвать известный Тепловой разгон , что привело к пожару и, в худшем случае, взрыву батареи с последующими последствиями для личной безопасности.
BTMS — это компонент аккумуляторной батареи, отвечающий за обеспечение работы элементов в оптимальных температурных условиях , указанных производителем.
Технологии терморегулирования При выборе BTMS для аккумуляторной батареи не существует единственной альтернативы.
На следующем рисунке показана схема ведущие технологии управления температурным режимом , имеющиеся в продаже или изучаемые научным сообществом:
Первая основная классификация BTMS соответствует тем системам, в которых есть движущаяся жидкость , и системам , в которых нет. Первые известны как как активные BTMS , а вторые как 9.0007 пассивный BTMS .
Активные БТМСВ настоящее время активные БТМС на основе принудительного воздуха или охлаждающей жидкости
При использовании жидких хладагентов они могут быть в прямой контакт с клетками (погруженными в жидкость) или циркулируют внутри труб и действуют опосредованно . Вышеприведенные примеры жидкостного охлаждения — это все непрямых систем .
Одним из основных недостатков косвенных систем по сравнению с прямыми системами является потеря эффективности теплопередачи
, в основном из-за сопротивления теплопередаче на границе между трубой, содержащей хладагент, и самой ячейкой.Однако, поскольку нет прямого контакта между жидкостью и электрическими компонентами батареи, непрямые системы позволяют использование обычных охлаждающих жидкостей, уже используемых в автомобилях внутреннего сгорания . По этой причине, а также из-за низкой стоимости , сегодня производители, внедряющие жидкостное охлаждение, предпочитают альтернативу .
В последние годы погружение ячеек в охлаждающие жидкости вызвало большой интерес как на научном, так и на промышленном уровне.
Основным преимуществом такой конфигурации является прямой контакт между охлаждающей жидкостью и ячейками .0008 , что обеспечивает более эффективную передачу тепла
Однако существуют серьезные проблемы , которые препятствуют внедрению этого решения в электромобилях сегодня. Основной из них является потребность в дальнейших исследованиях диэлектрических жидкостей, которые гарантируют правильную работу элементов, которые не являются несовместимыми с любым из компонентов аккумуляторной батареи (ячейки, токосъемники, электроника…), которые есть разумной стоимости и которые гарантируют безопасность транспортного средства в случае удара.
Более крайним случаем этой альтернативы является использование жидкостей с температурой кипения в желаемом температурном диапазоне для ячеек, чтобы извлечь выгоду из фазового перехода жидкость-пар.
Имеются научные исследования этих жидкостей, согласно которым теплопередача может быть увеличена до 10 раз по сравнению с использованием жидкостей без фазового перехода. Однако эти жидкости находятся на уровне 9.0007 очень низкий TRL (уровень технологической готовности) и не ожидается, что они будут реализованы в транспортных средствах в краткосрочной перспективе.
В общем, преимущества и недостатки активной BTMS можно резюмировать следующим образом:
- Преимущества:
- Относительно простая конструкция напорных .
- Высокая эффективность поддержания аккумуляторной батареи в заданном диапазоне температур в случае аккумуляторов на жидкой основе.
- Недостатки:
- Высокие эксплуатационные расходы на установках с принудительной подачей воздуха
- Низкая эффективность в достижении однородности температуры между ячейками.
- Проблемы с утечкой могут возникнуть в жидкостных системах.
- Занимаемый объем и сложность систем на жидкой основе.
- Высокие эксплуатационные расходы на установках с принудительной подачей воздуха
Пассивные системы являются альтернативой активным BTMS, лишенным их недостатков. Хотя эти типы систем в настоящее время не используются в электромобилях , в последнее время они стали очень важными благодаря своим эксплуатационным преимуществам .
Среди различных пассивных решений выделяются два больших семейства: материалы с фазовым переходом (PCM) и тепловые трубки (HP) .
PCM, особенно с переход твердой фазы в жидкость — были тщательно изучены для их применения в BTMS .
Интерес к этим материалам заключается в возможности исследования высоких энергий , связанных с фазовыми превращениями (обычно >150 Дж/г), которые происходят при почти постоянной температуре . Эти две характеристики делают их привлекательными при поддержании однородной температуры по всему аккумуляторному блоку, близкой к температуре фазового перехода реализованного PCM.
Наиболее изученными соединениями для этих применений являются парафины, жирные кислоты или гидратированные соли . Как правило, эти соединения/смеси имеют температуру плавления в диапазоне 30-50 ºC, что делает их
Однако, как правило, вышеупомянутые семейства PCM имеют относительно низкую теплопроводность , что ограничивает передачу тепла от элементов к самому PCM и от PCM к внешней части аккумуляторной батареи.
Чтобы устранить это ограничение, многочисленные работы в литературе предлагают встраивать ПКМ в пористые структуры (обычно металлические), легировать ПКМ наночастицами , волокнами или расширенным графитом, среди прочего.
Несмотря на хорошие характеристики по достижению хорошей термической однородности в аккумуляторной батарее, PCM имеют определенные ограничения , которые делают их не предпочтительным вариантом сегодня. К ним относятся следующие:
- Низкая теплопроводность.
- Когда PCM легирован, он теряет плотность энергии.
- Ограниченный запас тепла.
- Увеличивает вес аккумуляторной батареи.
Второй альтернативой активным системам являются тепловые трубки . Это вакуумные трубки, заполненные жидкостью (обычно водой), которые работают за счет фазового перехода жидкости пар-жидкость .
В общем, тепловая трубка состоит из трех частей: испарителя (область контакта с горячим источником/ячейкой), адиабатическая секция , через которую циркулирует пар, и конденсатор (область контакта с источником холода/вне аккумуляторной батареи).
И, хотя в настоящее время они не используются в аккумуляторных блоках, их применение в системе охлаждения электронных компонентов весьма широко распространено.
Основными характеристиками, которые делают их очень интересными для применения в BTMS, являются их гибкая геометрия , высокая теплопроводность (почти в два раза выше, чем у твердых проводников) и практически нулевое обслуживание . С другой стороны, основными ограничениями этой технологии являются ее сложность и стоимость всего решения .
Гибрид BTMSНаконец, чтобы воспользоваться преимуществами активных и пассивных систем, появились гибридные системы , объединяющие две или более альтернативы, описанные выше.
Наиболее изученные комбинации включают использование ПКМ с принудительной подачей воздуха , ПКМ с жидкостным охлаждением или ПКМ с тепловыми трубками .
В первом случае целью является достижение хорошего распределения температуры в аккумуляторной батарее и использование принудительного воздушного или жидкостного охлаждения для отвода генерируемого тепла наружу.
В случае PCM с тепловыми трубками цель состоит в том, чтобы улучшить передачу тепла от PCM к внешней стороне ячеек, чтобы ячейки можно было охлаждать за счет естественной конвекции .
Хотя эти системы BTMS показывают гораздо более эффективная производительность, чем чистые пассивные или активные системы в тепловом управлении аккумуляторной батареей, их сложность и стоимость являются ограничивающим фактором для реализации в электромобилях.
Сектор с большими ожиданиями Какая бы альтернатива ни была окончательно доминирована на рынке в ближайшие годы, несомненно то, что значение этого сектора приобретет в краткосрочной и среднесрочной перспективе.
Не только из-за постепенного внедрения электромобилей, но и из-за их полезности и применения в других целях и секторах, где оптимальная работа и температура элементов и батарей имеют решающее значение для их правильной работы.
Неудивительно, что если мы сосредоточимся только на ожидаемых рыночных перспективах отрасли BTMS, связанной с электромобилями, мы отметим, что эта деятельность оценивается в размере 12-13 миллиардов евро только до 2024 , с CAGR почти на 40% в ближайшие годы (значительно выше среднего показателя по другим отраслям).
Это только подтверждает большие ставки таких компаний, как Samsung , CATL или LG Chem начали использовать эти технологии, демонстрируя будущее и потенциал, которые, как ожидается, будут иметь эти новые решения в ближайшие годы.
В этом смысле, в CIC energiGUNE мы также работаем над альтернативными вариантами управления температурным режимом в сотрудничестве с производителями элементов, чья информация будет расширена в следующих статьях.
Автор : Иньиго Ортега, младший инженер из группы системного проектирования и передачи технологий области решений в области теплоэнергетики.
Песчаная батареяА: Не самая лучшая идея.
Друзья, несколько недель назад Несколько человек спросили меня, слышал ли я о последней «песчаной батарее»? Я никогда не слышал ни о чем подобном.
Большинство людей, спрашивавших меня, сталкивались с эта статья на BBC, в которой хвастливо описывалось устройство для хранения тепла, а не батарея, которое было построено в Финляндии.
История BBC «Песчаная батарея».
Я быстро проверил , правильно ли я понял значение слова «батарея»:
Затем я пришел к выводу , что это была преднамеренная уловка, чтобы система хранения тепла звучала более интересно.
Нет необходимости – я люблю системы хранения тепла!
Оригинальные термоаккумуляторы «Батарейки» существуют и Розмари Барнс посетили один из них на своем Engineering с каналом Rosie год назад или около того.
В системе компании Stiesdal, которую посетила Рози, избыточная электроэнергия хранится в виде тепла в изолированном контейнере — подобно песочной батарее. Но вместо того, чтобы просто использовать эту накопленную тепловую энергию для непосредственного обогрева домов (как это делает «песчаная батарея»), тепло используется для привода генератора и производства электроэнергии. Таким образом, функционально он работает как обычная химическая батарея — накапливает и высвобождает электрическую энергию.
В видео Стисдал утверждает, что общая эффективность ожидается на уровне ~60%, но функция сброса производит «отработанное тепло», которое можно использовать для централизованного теплоснабжения, в результате чего общая эффективность хранения достигает ~90%. Другими словами, он может делать то же, что и песочная батарея, И генерировать электричество.
Но, как станет ясно, Я подозреваю, что эффективность присуща только краткосрочному хранению – день или два – а не действительно сезонному хранению. Так или иначе: вернемся к песчаной «батарее».
Детали песчаной батареи: как долго она может хранить энергию?
BBC сообщает, что:
Песок является очень эффективным средством для хранения тепла и мало теряет со временем. Разработчики говорят, что их устройство может держать песок при температуре 500 °C в течение нескольких месяцев. [курсив мой]
В разговорной речи это звучит правдоподобно : мы знакомы с керамическими материалами, долго удерживающими тепло.
Но я настроен скептически.
Почему? Потому что идеальных теплоизоляторов не существует, а скорость потери тепла от объекта пропорциональна разнице между объектом и окружающей его средой. Таким образом, для объекта при температуре 500 °C потеря тепла, вероятно, будет серьезной проблемой.
Я спросил , может ли быть лучший способ сделать это, например, выбрав материал с большей теплоемкостью. Тогда ту же тепловую энергию можно было бы запасать в среде при более низких температурах и, следовательно, иметь меньшие потери тепла. Материал для хранения также должен быть дешевым, поэтому я задумался о чем-то действительно дешевом: вода .
Вода? Да. Данный объем воды сохраняет в три раза больше тепла, чем песок, нагретый до той же температуры. Однако (без повышения давления) вода может быть нагрета до 100 °C.
В качестве альтернативы можно сказать , что песок настолько плохо хранит энергию, что его ДОЛЖЕН нагревать до высоких температур, чтобы он стал хоть наполовину полезным.
Но при высокой температуре он будет быстрее терять тепло. И сроки хранения в месяцах мне кажутся маловероятными.
Расчет
Друзья, я сделал расчет!
Я рассчитал время хранения двух резервуаров-аккумуляторов , в каждом из которых хранится 8 МВтч тепловой энергии (как в финской конструкции), в одном хранится песок при температуре 500 °C, а в другом хранится вода при температуре 100 °C.
Чтобы понять масштаб этой системы:
- Типичный накопитель горячей воды для бытовых нужд при температуре 60 °C хранит около 7 кВтч тепловой энергии, поэтому мы предполагаем системы примерно в 1000 раз больше, чем бытовая система «аккумулирования тепла».
- Моему дому требуется около 4500 кВтч (4,5 МВтч) тепла в течение зимы, поэтому 8 МВтч теплового аккумулятора могут накопить достаточно энергии, чтобы обогреть, возможно, два дома зимой.
- Да, я сказал два (2).
Я зафиксировал высоту емкостей на уровне 7 м (как в финской конструкции) и изменил диаметр емкостей для хранения достаточного количества вещества для хранения 8 МВтч (как в финской конструкции).
Сосуд для воды имел диаметр 3,8 м, а сосуд для песка — 2,8 м в диаметре.
Я предположил, что оба сосуда были покрыты изоляцией из минеральной ваты толщиной 300 мм с теплопроводностью 0,03 Вт/м/°C, а затем рассчитал постоянную времени, в течение которой сосуды потеряют 50 % накопленного тепла.
Нажмите на изображение, чтобы увеличить его . График, показывающий скорость, с которой два сосуда (подробности см. В тексте) теряют запасенную энергию.
- Сосуд с песком потеряет 50% тепла за 2,1 месяца, после чего вода сохранит 84% запасенной энергии.
- Сосуд для воды потеряет 50% запасенной энергии через 8,4 месяца, после чего песок потеряет 94% запасенной энергии.
Заключение
Друзья, я ненавижу такого рода новости.
Эта «песчаная батарея» может накопить достаточно тепла за зиму для 2 домов – без учета потерь – или, что более вероятно, для одного дома с учетом потерь.
Общественное хранилище тепла — может иметь смысл в некоторых контекстах. Действительно, я видел другие реализации подобных идей (не могу найти ссылки на данный момент), которые не требуют очень высоких температур и, следовательно, больших тепловых потерь.
Но эта история читается так, будто корреспондент Би-би-си проглотил пиар-рассказ из Финляндии, а затем выплеснул его на весь веб-сайт Би-би-си.
Межсезонное хранение возобновляемой энергии является важной технологией, которая потребуется, если мы хотим построить систему, способную круглогодично поставлять энергию из устойчивых, но прерывистых источников.
Но есть много альтернатив . Реализация Stiesdal возвращает энергию в виде электричества, а не тепла, что гораздо полезнее. Затем электроэнергию можно будет использовать для работы тепловых насосов, что повысит общую эффективность системы.
В качестве альтернативы энергия может храниться в виде зеленого водорода или газа под давлением.