Чугунные батареи расчет по квадратуре: таблица, как рассчитать количество секций радиатора на квадратный метр

Расчет чугунных батарей отопления на площадь

Как рассчитать количество секций радиаторов

Для расчета количества радиаторов существует несколько методик, но суть их одна: узнать максимальные теплопотери помещения, а затем рассчитать количество отопительных приборов, необходимое для их компенсации.

Методы расчета есть разные. Самые простые дают приблизительные результаты. Тем не менее, их можно использовать, если помещения стандартные или применить коэффициенты, которые позволяют учесть имеющиеся «нестандартные» условия каждого конкретного помещения (угловая комната, выход на балкон, окно во всю стену и т.п.). Есть более сложный расчет по формулам. Но по сути это те же коэффициенты, только собранные в одну формулу.

Есть еще один метод. Он определяет фактические потери. Специальное устройство — тепловизор — определяет реальные потери тепла. И на основании этих данных рассчитывают сколько нужно радиаторов для их компенсации. Чем еще хорош этот метод, так это тем, что на снимке тепловизора точно видно, где тепло уходит активнее всего.

Это может быть брак в работе или в строительных материалах, трещина и т.д. Так что заодно можно выправить положение.

Расчет радиаторов зависит от потерь тепла помещением и номинальной тепловой мощности секций

Расчет радиаторов отопления по площади

Самый простой способ. Посчитать требуемое на обогрев количество тепла, исходя из площади помещения, в котором будут устанавливаться радиаторы. Площадь каждой комнаты вы знаете, а потребность тепла можно определить по строительным нормам СНиПа:

  • для средней климатической полосы на отопление 1м 2 жилого помещения требуется 60-100Вт;
  • для областей выше 60 о требуется 150-200Вт.

Исходя из этих норм, можно посчитать, сколько тепла потребует ваша комната. Если квартира/дом находятся в средней климатической полосе, для отопления площади 16м 2. потребуется 1600Вт тепла (16*100=1600). Так как нормы средние, а погода постоянством не балует, считаем, что требуется 100Вт. Хотя, если вы проживаете на юге средней климатической полосы и зимы у вас мягкие, считайте по 60Вт.

Расчет радиаторов отопления можно сделать по нормам СНиП

Запас по мощности в отоплении нужен, но не очень большой: с увеличением количества требуемой мощности возрастает количество радиаторов. А чем больше радиаторов, тем больше теплоносителя в системе. Если для тех, кто подключен к центральному отоплению это некритично, то для тех у кого стоит или планируется индивидуальное отопление, большой объем системы означает большие (лишние) затраты на обогрев теплоносителя и большую инерционность системы (менее точно поддерживается заданная температура). И возникает закономерный вопрос: «Зачем платить больше?»

Рассчитав потребность помещения в тепле, можем узнать, сколько потребуется секций. Каждый из отопительных приборов выделять может определенное количество тепла, которое указывается в паспорте. Берут найденную потребность в тепле и делят на мощность радиатора. Результат — необходимое количество секций, для восполнения потерь.

Посчитаем количество радиаторов для того же помещения. Мы определили, что требуется выделить 1600Вт. Пусть мощность одной секции 170Вт. Получается 1600/170=9,411шт. Округлять можно в большую или меньшую сторону на ваше усмотрение. В меньшую можно округлить, например, в кухне — там хватает дополнительных источников тепла, а в большую — лучше в комнате с балконом, большим окном или в угловой комнате.

Система проста, но недостатки очевидны: высота потолков может быть разной, материал стен, окна, утепление и еще целый ряд факторов не учитывается. Так что расчет количества секций радиаторов отопления по СНиП — ориентировочный. Для точного результата нужно внести корректировки.

Как посчитать секции радиатора по объему помещения

При таком расчете учитывается не только площадь, но и высота потолков, ведь нагревать нужно весь воздух в помещении. Так что такой подход оправдан. И в этом случае методика аналогична. Определяем объем помещения, а затем по нормам узнаем, сколько нужно тепла на его обогрев:

  • в панельном доме на обогрев кубометра воздуха требуется 41Вт;
  • в кирпичном доме на м 3 — 34Вт.

Обогревать нужно весь объем воздуха в помещении потому правильнее считать количество радиаторов по объему

Рассчитаем все для того же помещения площадью 16м 2 и сравним результаты. Пусть высота потолков 2,7м. Объем: 16*2,7=43,2м 3 .

Дальше посчитаем для вариантов в панельном и кирпичном доме:

  • В панельном доме. Требуемое на отопление тепло 43,2м 3 *41В=1771,2Вт. Если брать все те же секции мощностью 170Вт, получаем: 1771Вт/170Вт=10,418шт (11шт).
  • В кирпичном доме. Тепла нужно 43,2м 3 *34Вт=1468,8Вт. Считаем радиаторы: 1468,8Вт/170Вт=8,64шт (9шт).

Как видно, разница получается довольно большая: 11шт и 9шт. Причем при расчете по площади получили среднее значение (если округлять в ту же сторону) — 10шт.

Корректировка результатов

Для того чтобы получить более точный расчет нужно учесть как можно больше факторов, которые уменьшают или увеличивают потери тепла. Это то, из чего с деланы стены и как хорошо они утеплены, насколько большие окна, и какое на них остекление, сколько стен в комнате выходит на улицу и т. п. Для этого существуют коэффициенты, на которые нужно умножить найденные значения теплопотерь помещения.

Количество радиаторов зависит от величины потерь тепла

На окна приходится от 15% до 35% потерь тепла. Конкретная цифра зависит от размеров окна и от того, насколько хорошо оно утеплено. Потому имеются два соответствующих коэффициента:

  • соотношение площади окна к площади пола:
    • 10% — 0,8
    • 20% — 0,9
    • 30% — 1,0
    • 40% — 1,1
    • 50% — 1,2
  • остекление:
    • трехкамерный стеклопакет или аргон в двухкамерном стеклопакете — 0,85
    • обычный двухкамерный стеклопакет — 1,0
    • обычные двойные рамы — 1,27.

Стены и кровля

Для учета потерь важен материал стен, степень теплоизоляции, количество стен, выходящих на улицу. Вот коэффициенты для этих факторов.

  • кирпичные стены толщиной в два кирпича считаются нормой — 1,0
  • недостаточная (отсутствует) — 1,27
  • хорошая — 0,8

Наличие наружных стен:

  • внутреннее помещение — без потерь, коэффициент 1,0
  • одна — 1,1
  • две — 1,2
  • три — 1,3

На величину теплопотерь оказывает влияние отапливаемое или нет помещение находится сверху.

Если сверху обитаемое отапливаемое помещение (второй этаж дома, другая квартира и т.п.), коэффициент уменьшающий — 0,7, если отапливаемый чердак — 0,9. Принято считать, что неотапливаемый чердак никак не влияет на температуру в и (коэффициент 1,0).

Нужно учесть особенности помещений и климата чтобы правильно рассчитать количество секций радиатора

Если расчет проводили по площади, а высота потолков нестандартная (за стандарт принимают высоту 2,7м), то используют пропорциональное увеличение/уменьшение при помощи коэффициента. Считается он легко. Для этого реальную высоту потолков в помещении делите на стандарт 2,7м. Получаете искомый коэффициент.

Посчитаем для примера: пусть высота потолков 3,0м. Получаем: 3,0м/2,7м=1,1. Значит количество секций радиатора, которое рассчитали по площади для данного помещения нужно умножить на 1,1.

Все эти нормы и коэффициенты определялись для квартир. Чтобы учесть теплопотери дома через кровлю и подвал/фундамент, нужно увеличить результат на 50%, то есть коэффициент для частного дома 1,5.

Климатические факторы

Можно внести корректировки в зависимости от средних температур зимой:

Внеся все требуемые корректировки, получите более точное количество требуемых на обогрев комнаты радиаторов с учетом параметров помещений. Но это еще не все критерии, которые оказывают влияние на мощность теплового излучения. Есть еще технические тонкости, о которых расскажем ниже.

Расчет разных типов радиаторов

Если вы собрались ставить секционные радиаторы стандартного размера (с осевым расстоянием 50см высоты) и уже выбрали материал, модель и нужный размер, никаких сложностей с расчетом их количества быть не должно. У большинства солидных фирм, поставляющих хорошее отопительное оборудование, на сайте указаны технические данные всех модификаций, среди которых есть и тепловая мощность. Если указана не мощность, а расход теплоносителя, то перевести в мощность просто: расход теплоносителя в 1л/мин примерно равен мощности в 1кВт (1000Вт).

Осевое расстояние радиатора определяется по высоте между центрами отверстий для подачи/отведения теплоносителя

Чтобы облегчить жизнь покупателям на многих сайтах устанавливают специально разработанную программу-калькулятор. Тогда расчет секций радиаторов отопления сводится к внесению данных по вашему помещению в соответствующие поля. А на выходе вы имеете готовый результат: количество секций данной модели в штуках.

Осевое расстояние определяют между центрами отверстий для теплоносителя

Но если просто пока прикидываете возможные варианты, то стоит учесть, что радиаторы одного размера из разных материалов имеют разную тепловую мощность. Методика расчета количества секций биметаллических радиаторов от расчета алюминиевых, стальных или чугунных ничем не отличается. Разной может быть только тепловая мощность одной секции.

Чтобы считать было проще, есть усредненные данные, по которым можно ориентироваться. Для одной секции радиатора с осевым расстоянием 50см приняты такие значения мощностей:

  • алюминиевые — 190Вт
  • биметаллические — 185Вт
  • чугунные — 145Вт.

Если вы пока только прикидываете, какой из материалов выбрать, можете воспользоваться этими данными. Для наглядности приведем самый простой расчет секций биметаллических радиаторов отопления, в котором учитывается только площадь помещения.

При определении количества отопительных приборов из биметалла стандартного размера (межосевое расстояние 50см) принимается, что одна секция может обогреть 1,8м 2 площади. Тогда на помещение 16м 2 нужно: 16м 2 /1,8м 2 =8,88шт. Округляем — нужны 9 секций.

Аналогично считаем для чугунные или стальные баратери. Нужны только нормы:

  • биметаллический радиатор — 1,8м 2
  • алюминиевый — 1,9-2,0м 2
  • чугунный — 1,4-1,5м 2 .

Это данные для секций с межосевым расстоянием 50см. Сегодня же в продаже есть модели с самой разной высоты: от 60см до 20см и даже еще ниже. Модели 20см и ниже называют бордюрными. Естественно, их мощность отличается от указанного стандарта, и, если вы планируете использовать «нестандарт», придется вносить коррективы. Или ищите паспортные данные, или считайте сами. Исходим из того, что теплоотдача теплового прибора напрямую зависит от его площади. С уменьшением высоты уменьшается площадь прибора, а, значит, и мощность уменьшается пропорционально. То есть, нужно найти соотношение высот выбранного радиатора со стандартом, а потом при помощи этого коэффициента откорректировать результат.

Расчет чугунных радиаторов отопления. Считать может по площади или объему помещения

Для наглядности сделаем расчет алюминиевых радиаторов по площади. Помещение то же: 16м 2. Считаем количество секций стандартного размера: 16м 2 /2м 2 =8шт. Но использовать хотим маломерные секции высотой 40см. Находим отношение радиаторов выбранного размера к стандартным: 50см/40см=1,25. И теперь корректируем количество: 8шт*1,25=10шт.

Корректировка в зависимости от режима отопительной системы

Производители в паспортных данных указывают максимальную мощность радиаторов: при высокотемпературном режиме использования — температура теплоносителя в подаче 90 о С, в обратке — 70 о С (обозначается 90/70) в помещении при этом должно быть 20 о С. Но в таком режиме современные системы отопления работают очень редко. Обычно используется режим средних мощностей 75/65/20 или даже низкотемпературный с параметрами 55/45/20. Понятно, что требуется расчет откорректировать.

Для учета режима работы системы нужно определить температурный напор системы. Температурный напор — это разница между температурой воздуха и отопительных приборов. При этом температура отопительных приборов считается как среднее арифметическое между значениями подачи и обратки.

Нужно учесть особенности помещений и климата чтобы правильно рассчитать количество секций радиатора

Чтобы было понятнее произведем расчет чугунных радиаторов отопления для двух режимов: высокотемпературного и низкотемпературного, секции стандартного размера (50см). Помещение то же: 16м 2. Одна чугунная секция в высокотемпературном режиме 90/70/20 обогревает 1,5м 2. Потому нам потребуется 16м 2 /1,5м 2 =10,6шт. Округляем — 11шт. В системе планируется использовать низкотемпературный режим 55/45/20. Теперь найдем температурный напор для каждой из систем:

  • высокотемпературная 90/70/20- (90+70)/2-20=60 о С;
  • низкотемпературный 55/45/20 — (55+45)/2-20=30 о С.

То есть если будет использоваться низкотемпературный режим работы, понадобится в два раза больше секций для обеспечения помещения теплом. Для нашего примера на комнату 16м 2 требуется 22 секции чугунных радиаторов. Большая получается батарея. Это, кстати, одна из причин, почему этот вид отопительных приборов не рекомендуют использовать в сетях с низкими температурами.

При таком расчете можно принять во внимание и желаемую температуру воздуха. Если вы хотите, чтобы в помещении было не 20 о С а, например, 25 о С просто рассчитайте тепловой напор для этого случая и найдите нужный коэффициент. Сделаем расчет все для тех же чугунных радиаторов: параметры получатся 90/70/25. Считаем температурный напор для этого случая (90+70)/2-25=55 о С. Теперь находим соотношение 60 о С/55 о С=1,1. Чтобы обеспечить температуру в 25 о С нужно 11шт*1,1=12,1шт.

Зависимость мощности радиаторов от подключения и места расположения

Кроме всех описанных выше параметров теплоотдача радиатора изменяется в зависимости от типа подключения. Оптимальным считается диагональное подключение с подачей сверху, в таком случае потерь тепловой мощности нет. Самые большие потери наблюдаются при боковом подключении — 22%. Все остальные — средние по эффективности. Приблизительно величины потерь в процентах указаны на рисунке.

Потери тепла на радиаторах в зависимости от подключения

Уменьшается фактическая мощность радиатора и при наличии заграждающих элементов. Например, если сверху нависает подоконник, теплоотдача падает на 7-8%, если он не полностью перекрывает радиатор, то потери 3-5%. При установке сетчатого экрана, который не доходит до пола, потери примерно такие же, как и в случае с нависающим подоконником: 7-8%. А вот если экран закрывает полностью весь отопительный прибор, его теплоотдача уменьшается на 20-25%.

Количество тепла зависит и от установки

Количество тепла зависит и от места установки

Определение количества радиаторов для однотрубных систем

Есть еще один очень важный момент: все вышеизложенное справедливо для двухтрубной системы отопления. когда на вход каждого из радиаторов поступает теплоноситель с одинаковой температурой. Однотрубная система считается намного сложнее: там на каждый последующий отопительный прибор вода поступает все более холодная. И если хотите рассчитать количество радиаторов для однотрубной системы, нужно каждый раз пересчитывать температуру, а это сложно и долго. Какой выход? Одна из возможностей — определить мощность радиаторов как для двухтрубной системы, а потом пропорционально падению тепловой мощности добавлять секции для увеличения теплоотдачи батареи в целом.

В однотрубной системе вода на каждый радиатор поступает все более холодная

Поясним на примере. На схеме изображена однотрубная система отопления с шестью радиаторами. Количество батарей определили для двухтрубной разводки. Теперь нужно внести корректировку. Для первого отопительного прибора все остается по-прежнему. На второй поступает уже теплоноситель с меньшей температурой. Определяем % падения мощности и на соответствующее значение увеличиваем количество секций. На картинке получается так: 15кВт-3кВт=12кВт. Находим процентное соотношение: падение температуры составляет 20%. Соответственно для компенсации увеличиваем количество радиаторов: если нужно было 8шт, будет на 20% больше — 9 или 10шт. Вот тут и пригодится вам знание помещения: если это спальня или детская, округлите в большую сторону, если гостиная или другое подобное помещение, округляете в меньшую. Принимаете во внимание и расположение относительно сторон света: в северных округляете в большую, в южных — в меньшую.

В однотрубных системах нужно в расположенных дальше по ветке радиаторах добавлять секции

Этот метод явно не идеален: ведь получится, что последняя в ветке батарея должна будет иметь просто огромные размеры: судя по схеме на ее вход подается теплоноситель с удельной теплоемкостью равной ее мощности, а снять все 100% на практике нереально. Потому обычно при определении мощности котла для однотрубных систем берут некоторый запас, ставят запорную арматуру и подключают радиаторы через байпас, чтобы можно было отрегулировать теплоотдачу, и таким образом компенсировать падение температуры теплоносителя. Из всего этого следует одно: количество или/и размеры радиаторов в однотрубной системе нужно увеличивать, и по мере удаления от начала ветки ставить все больше секций.

Приблизительный расчет количества секций радиаторов отопления дело несложное и быстрое. А вот уточнение в зависимости от всех особенностей помещений, размеров, типа подключения и расположения требует внимания и времени. Зато вы точно сможете определиться с количеством отопительных приборов для создания комфортной атмосферы зимой.

Расчет количества радиаторов отопления на площадь

При проектировании нового дома или замене старой обогревательной системы требуется знать необходимое число батарей для каждой комнаты. Замеры «на глазок» являются малоэффективными. Необходим точный расчет количества радиаторов отопления на площадь, в противном случае в помещении будет либо очень холодно, если источников тепла недостаточно, либо, наоборот, слишком жарко при их избытке, что приведет к нежелательному регулярному перерасходу ресурсов.

Для расчета количества радиаторов на площадь применяют разные методики, суть которых сводится к одному – определить теплопотери помещения при разной уличной температуре и рассчитать необходимое количество батарей, чтобы компенсировать теплопотери.

Классическая методика

На сегодняшний день методов расчета достаточно много. Элементарные схемы – по площади, высоте потолков и региону дают лишь приблизительные результаты. Более точные, где учитываются все характеристики помещения (расположение, наличие балкона, качество дверей и окон и т.д.) и используются специальные коэффициенты, дают действительно оптимальный результат, когда в помещении всегда будет комфортная для человека температура.

В большинстве случаев строители или владельцы жилья перед ремонтом используют популярный метод расчета радиатора отопления по площади. Он актуален для помещений, имеющих высоту потолков около 2,5 метра. Эта минимальная санитарная норма действует еще с советских времен, поэтому основная масса многоквартирных домов ориентировалась на данное значение.

Стоит учесть, что перед тем, как рассчитать алюминиевые радиаторы отопления на площадь или чугунные, в этом методе не берутся ко вниманию многие поправочные коэффициенты, касающиеся индивидуальных особенностей помещения (толщина стен, застекленность и т.д.).

Расчет батареи отопления по площади выполняется исходя из константы, которая определяет, что для обогрева 1 м 2 в комнате требуется 100 Вт тепловой энергии.

Пример для комнаты в 20 кв.м:

20 м 2 х 100 Вт = 2000 Вт

Расчетная тепловая необходимая мощность для такого помещения составляет около 2000 Вт.

Каждая батарея состоит из нескольких обособленных секций, собираемых при монтаже в единый модуль. Подбор радиатора по площади помещения осуществляется исходя из его выходных характеристик, заданных производителем. Подобные данные указываются в паспорте, идущем вместе с радиатором. Перед тем, как рассчитать количество секций радиатора отопления, желательно узнать эти цифры. Вся эта информация есть в техническом паспорте, также ее можно узнать у консультанта при покупке или в интернете на сайте производителя.

Например, когда в инструкции приведено значение для одной секции в 180 Вт, то чтобы выяснить общее количество секций, понадобится суммарную требуемую мощность поделить на выдаваемое значение отдельной секции:

2000 Вт. 180 Вт = 11,11 штук

Значение, которое даст этот расчёт радиаторов отопления необходимо правильно округлить. Делать это нужно всегда в бо́льшую сторону, чтобы в полной мере обеспечить теплом интерьер. То есть, на указанном выше примере будет установлено 12 батарей.

Данная методика является актуальной для многоквартирных домов, где температура теплоносителя составляет около 700С. Также можно пользоваться еще одним упрощенным методом. По следующему расчету батарей отопления на площадь константой является значение в 1,8 м 2. Его должна обогревать одна условная секция средних габаритов.

Для помещения в 22 кв.м получится расчет:

22 м 2. 1,8 м2 = 12,2 штук (округляем до 13)

Однако, этот приблизительный расчёт радиаторов отопления не допускается при монтаже модулей, имеющих повышенную теплоотдачу на уровне 150-200 Вт от каждой секции.

Обогревать необходимо весь объем воздуха, поэтому рациональнее определять нужное количество радиаторов по объему.

Применение поправочных коэффициентов

Во время предварительного более строгого расчета батарей по площади понадобится делать поправку на индивидуальные особенности, связанные со зданием, системой отопления, самими секциями и т.п.

В большинстве случаев понизить погрешность удается, зная следующую информацию:

  • вода, используемая в качестве теплоносителя, обладает меньшей теплопроводностью, чем нагретый пар;
  • для угловой комнаты необходимо поднять количество радиаторов на 15-20 %, в зависимости от ее степени и качества утепления;
  • для комнат с потолками выше 3 метров проводят расчёт радиатора отопления не по площади, а по кубатуре помещения;
  • большее количество окон даст менее теплые начальные условия, в комнате желательно поделить секции для установки под каждым окном;
  • у разного материала радиаторов различная степень теплопроводности;
  • для более холодной климатической зоны необходимо делать увеличенный поправочный коэффициент;
  • старые деревянные рамы обладают худшими показателями теплопроводности, чем новее стеклопакеты;
  • при движении теплоносителя сверху вниз заметно повышение мощности до 20%

  • используемая вентиляция предполагает повышенную мощность.

Почему батареи всегда ставят под окно

Любой радиатор, независимо от типа, конструкции и материала, основан на конвекции теплого воздуха. Нагреваясь, воздух поднимается вверх, на его место «приходит» холодный, который также нагревается, поднимается и снова новая порция холодного воздуха. Подобная постоянная циркуляция и обеспечивает равномерный прогрев всей площади помещения при условии правильного расчета количества источников тепла.

Окно в любом помещении – мост холода, который за счет конструкции и большой теплоотдающей поверхности, пропускает больше холодного воздуха, чем стены и даже входная дверь. Установленный под окном источник тепла успевает прогреть поступающий от окна холодный воздух и в помещение он попадает уже теплым. Если нагревательные элементы не ставить под окно, а в любом другом месте помещения, идущий от окна холодный поток будет циркулировать по помещению. И даже самого мощного радиатора не хватит на то, чтобы незаметно нейтрализовать холод.

ВИДЕО: С какими можно столкнуться ошибками при расчете

Вычисление, базирующееся на объеме комнаты

Предлагаемый расчёт радиатора отопления по объему по своей сути похож на расчёт секций радиаторов по площади помещения. Однако, здесь базовым значением является не площадь, а кубатура помещения. Предварительно необходимо получить значение объема помещения. Отечественные нормы СНИП предполагают для обогрева 1 м 3 помещения 41 Вт тепла. Чтобы найти объем, необходимо перемножить высоту, длину и ширину комнаты.

Для примера берем площадь комнаты в 22 кв.м с потолками в 3 м высоты. Получим необходимый объем:

Главная » Отопление » Как рассчитать количество секций радиатора

Как рассчитать количество секций радиатора

При модернизации системы отопления кроме замены труб меняют и радиаторы. Причем сегодня они есть из разных материалов, разных форм и размеров. Что не менее важно, имеют они разную теплоотдачу: количество тепла, которые могут передать воздуху. И это обязательно учитывают, когда делают расчет секций радиаторов.

В помещении будет тепло, если количество тепла, которое уходит, будет компенсироваться. Поэтому в расчетах за основу берут теплопотери помещений (они зависят от климатической зоны, от материала стен, утепления, площади окон и т.д.). Второй параметр — тепловая мощность одной секции. Это то количество тепла, которое она может выдать при максимальных параметрах системы (90°C на входе и 70°C на выходе). Эта характеристика обязательно указывается в паспорте, зачастую присутствует на упаковке.

Делаем расчет количества секций радиаторов отопления своими руками, учитываем особенности помещений и системы отопления

Один важный момент: проводя расчеты самостоятельно, учтите, что большинство производителей указывают максимальную цифру, которую они получили при идеальных условиях. Потому любое округление производите в большую сторону. В случае с низкотемпературным отоплением (температура теплоносителя на входе ниже 85°C) ищут тепловую мощность для соответствующих параметров или делают перерасчет (описан ниже).

Расчет по площади

Это — самая простая методика, позволяющая примерно оценить число секций, необходимое для отопления помещения. На основании многих расчетов выведены нормы по средней мощности отопления одного квадрата площади. Чтобы учесть климатические особенности региона, в СНиПе прописали две нормы:

  • для регионов средней полосы России необходимо от 60 Вт до 100 Вт;
  • для районов, находящихся выше 60°, норма отопления на один квадратный метр 150-200 Вт.

Почему в нормах дан такой большой диапазон? Для того, чтобы можно было учесть материалы стен и степень утепления. Для домов из бетона берут максимальные значения, для кирпичных можно использовать средние. Для утепленных домов — минимальные. Еще одна важная деталь: эти нормы просчитаны для средней высоты потолка — не выше 2,7 метра.

Как рассчитать количество секций радиатора: формула

Зная площадь помещения, умножаете ее норму затрат тепла, наиболее подходящую для ваших условий. Получаете общие теплопотери помещения. В технических данных к выбранной модели радиатора, находите тепловую мощность одной секции. Общие теплопотери делите на мощность, получаете их количество. Несложно, но чтобы было понятнее, приведем пример.

Пример расчета количества секций радиаторов по площади помещения

Угловое помещение 16 м 2. в средней полосе, в кирпичном доме. Устанавливать будут батареи с тепловой мощностью 140 Вт.

Для кирпичного дома берем теплопотери в середине диапазона. Так как помещение угловое, лучше взять большее значение. Пусть это будет 95 Вт. Тогда получается, что для обогрева помещения требуется 16 м 2 * 95 Вт = 1520 Вт.

Теперь считаем количество: 1520 Вт / 140 Вт = 10,86 шт. Округляем, получается 11 шт. Столько секций радиаторов необходимо будет установить.

Расчет батарей отопления на площадь прост, но далеко не идеален: высота потолков не учитывается совершенно. При нестандартной высоте используют другую методику: по объему.

Считаем батареи по объему

Есть в СНиПе нормы и для обогрева одного кубометра помещений. Они даны для разных типов зданий:

  • для кирпичных на 1 м 3 требуется 34 Вт тепла;
  • для панельных — 41 Вт

Этот расчет секций радиаторов похож на предыдущий, только теперь нужна не площадь, а объем и нормы берем другие. Объем умножаем на норму, полученную цифру делим на мощность одной секции радиатора (алюминиевого, биметаллического или чугунного).

Формула расчета количества секций по объему

Пример расчета по объему

Для примера рассчитаем, сколько нужно секций в комнату площадью 16 м 2 и высотой потолка 3 метра. Здание построено из кирпича. Радиаторы возьмем той же мощности: 140 Вт:

  • Находим объем. 16 м 2 * 3 м = 48 м 3
  • Считаем необходимое количество тепла (норма для кирпичных зданий 34 Вт). 48 м 3 * 34 Вт = 1632 Вт.
  • Определяем, сколько нужно секций. 1632 Вт / 140 Вт = 11,66 шт. Округляем, получаем 12 шт.

Теперь вы знаете два способа того, как рассчитать количество радиаторов на комнату.

Теплоотдача одной секции

Сегодня ассортимент радиаторов большой. При внешней схожести большинства, тепловые показатели могут значительно отличаться. Они зависят от материала, из которого изготовлены, от размеров, толщины стенок, внутреннего сечения и от того, насколько хорошо продумана конструкция.

Потому точно сказать, сколько кВт в 1 секции алюминиевого (чугунного биметаллического) радиатора, можно сказать только применительно к каждой модели. Эти данные указывает производитель. Ведь есть значительная разница в размерах: одни из них высокие и узкие, другие — низкие и глубокие. Мощность секции одной высоты того же производителя, но разных моделей, могут отличаться на 15-25 Вт (смотрите в таблице ниже STYLE 500 и STYLE PLUS 500). Еще более ощутимые отличия могут быть у разных производителей.

Технические характеристики некоторых биметаллических радиаторов. Обратите внимание, что тепловая мощность одинаковых по высоте секций может иметь ощутимую разницу

Тем не менее, для предварительной оценки того, сколько секций батарей нужно для отопления помещений, вывели средине значения тепловой мощности по каждому типу радиаторов. Их можно использовать при приблизительных расчетах (приведены данные для батарей с межосевым расстоянием 50 см):

  • Биметаллический — одна секция выделяет 185 Вт (0,185 кВт).
  • Алюминиевый — 190 Вт (0,19 кВт).
  • Чугунные — 120 Вт (0,120 кВт).

Точнее сколько кВт в одной секции радиатора биметаллического, алюминиевого или чугунного вы сможете, когда выберете модель и определитесь с габаритами. Очень большой может быть разница в чугунных батареях. Они есть с тонкими или толстыми стенками, из-за чего существенно изменяется их тепловая мощность. Выше приведены средние значения для батарей привычной формы (гармошка) и близких к ней. У радиаторов в стиле «ретро» тепловая мощность ниже в разы.

Это технические характеристики чугунных радиаторов турецкой фирмы Demir Dokum. Разница более чем солидная. Она может быть еще больше

Исходя из этих значений и средних норм в СНиПе вывели среднее количество секций радиатора на 1 м 2 :

  • биметаллическая секция обогреет 1,8 м 2 ;
  • алюминиевая — 1,9-2,0 м 2 ;
  • чугунная — 1,4-1,5 м 2 ;

Как рассчитать количество секций радиатора по этим данным? Все еще проще. Если вы знаете площадь комнаты, делите ее на коэффициент. Например, комната 16 м 2. для ее отопления примерно понадобится:

  • биметаллических 16 м 2 / 1,8 м 2 = 8,88 шт, округляем — 9 шт.
  • алюминиевых 16 м 2 / 2 м 2 = 8 шт.
  • чугунных 16 м 2 / 1,4 м 2 = 11,4 шт, округляем — 12 шт.

Эти расчеты только примерные. По ним вы сможете примерно оценить затраты на приобретение отопительных приборов. Точно рассчитать количество радиаторов на комнату вы сможете выбрав модель, а потом еще пересчитав количество в зависимости от того, какая температура теплоносителя в вашей системе.

Расчет секций радиаторов в зависимости от реальных условий

Еще раз обращаем ваше внимание на то, что тепловая мощность одной секции батареи указывается для идеальных условий. Столько тепла выдаст батарея, если на входе ее теплоноситель имеет температуру +90°C, на выходе +70°C, в помещении при этом поддерживается +20°C. То есть, температурный напор системы (называют еще «дельта системы») будет 70°C. Что делать, если в вашей системе выше +70°C на входе на бывает? или необходима температура в помещении +23°C? Пересчитывать заявленную мощность.

Для этого необходимо рассчитать температурный напор вашей системы отопления. Например, на подаче у вас +70°C, на выходе 60°C, а в помещении вам необходима температура +23°C. Находим дельту вашей системы: это среднее арифметическое температур на входе и выходе, за минусом температуры в помещении.

Формула расчета температурного напора системы отопления

Для нашего случая получается: (70°C+ 60°C)/2 — 23°C = 42°C. Дельта для таких условий 42°C. Далее находим это значение в таблице пересчета (расположена ниже) и заявленную мощность умножаем на этот коэффициент. Поучаем мощность, которую сможет выдать эта секция для ваших условий.

Таблица коэффициентов для систем отопления с разной дельтой температур

Находим в столбцах, подкрашенных синим цветом, строчку с дельтой 42°C. Ей соответствует коэффициент 0,51. Теперь рассчитываем, тепловую мощность 1 секции радиатора для нашего случая. Например, заявленная мощность 185 Вт, применив найденный коэффициент, получаем: 185 Вт * 0,51 = 94,35 Вт. Почти в два раза меньше. Вот эту мощность и нужно подставлять когда делаете расчет секций радиаторов. Только с учетом индивидуальных параметров в помещении будет тепло.

Источники: http://teplowood.ru/raschet-radiatorov-otopleniya.html, http://www.portaltepla.ru/radiatori-otopleniya/kak-rasschitat-kolichestvo-sekcij-radiatora-otopleniya/, http://stroychik.ru/otoplenie/raschet-sekcij-radiatorov

Расчет чугунных радиаторов, расчет количества чугунных радиаторов

В данный момент заявку на расчет отопления Вы сможете отправить на
Email: [email protected]

Необходимые данные для проведения расчета:
  • Кол-во кв/м.
  • Количество этажей в доме
  • Ваш этаж
  • Угловая квартира? (Да/Нет)
  • Вид радиаторов отопления (Биметалл, Алюминий, Чугун, Вакуумный, Стальной — конвектор, др. )
  • Модель дома (монолитный/панельный/кирпичный/блочный/др..)
  • Наличие балкона и утеплен ли он?
  • Высота подоконников
  • Высота потолков
  • Кол-во комнат (подкрепить планом или схемой квартиры во вложении для наглядности)
  • Кол-во окон (подкрепить планом или схемой квартиры во вложении для наглядности)
  • Самая низкая температура в зимнее время +- 10 C
  • Наличие навесного потолка (Да/Нет)
  • Ваше ФИО
  • Ваш телефон (для уточнения возможных деталей при расчетах, укажите удобное для Вас время звонка по Москве)

Расчет производится в течении 1-2 дней, т.к. загрузка наших инженеров очень большая!

Результаты расчета и советы по построению отопления отправляются в ответ на запрос, на Ваш Email!

Расчет мы производим совершенно бесплатно! В замен просим рассказать о нас Вашим друзьям в социальных сетях!

Спасибо!

Получить профессиональный расчет радиаторов отопления БЕСПЛАТНО!

Отправить заявку для расчета радиаторов отопления профессионалами, расчет абсолютно БЕСПЛАТНЫЙ!

От вас требуется сообщить параметры вашей квартиры:

  • Кол-во кв/м.
  • Количество этажей в доме
  • Ваш этаж
  • Угловая квартира? (Да/Нет)

ОТПРАВИТЬ ЗАЯВКУ

Перед тем как менять отопление в квартире или частном доме, воспользуйтесь для расчета чугунных радиаторов нашим онлайн калькулятором!

Чугунный калькуляторы применяются очень давно, они очень надежны и имеют просто колоссальную теплоотдачу по сравнению с другими видами радиаторов. Их явным преимуществом как раз и является высокая теплоотдача и способность выдерживать очень высокие давления в системе отопления.

Расчет количества чугунных радиаторов происходит по аналогии с другими радиаторами, полная инструкция описана на главной страничке.

Чугунные радиаторы отопления расчет позволяет безошибочно определить сколько нужно секций для вашего помещения, дополнительные параметры позволят сделать рассчет максимально точным!

Как посчитать батареи.

Расчет секций батарей отопления по площади. Простой и быстрый метод расчёта

Чаще всего биметаллические радиаторы владельцы приобретают для замены чугунных батарей, которые по той или иной причине вышли из строя или стали плохо обогревать помещение. Чтобы эта модель радиаторов хорошо справлялась со своей задачей, необходимо ознакомиться с правилами расчета количества секций на все помещение.

Необходимые данные для подсчета

Самим правильным решением станет обращение к опытным специалистам. Профессионалы могут рассчитать количество биметаллических радиаторов отопления довольно точно и эффективно. Такой расчет поможет определить, сколько секций понадобится не только для одной комнаты, но и для всего помещения, а также для любого типа объекта.

Все профессионалы учитывают следующие данные для подсчета количества батарей:

  • из какого материала было построено здание;
  • какая толщина стен в комнатах;
  • тип окон, монтаж которых был произведен в данном помещении;
  • в каких климатических условиях находится здание;

  • есть ли в комнате, находящейся над помещением, где ставятся радиаторы, какое-нибудь отопление;
  • сколько в комнате «холодных» стен;
  • какая площадь рассчитываемой комнаты;
  • какая высота стен.

Все эти данные позволяют сделать расчет наиболее точным для установки биметаллических батарей.

Коэффициент теплопотерь

Чтобы сделать расчет правильно, необходимо для начала посчитать, какие будут тепловые потери, а затем высчитать их коэффициент. Для точных данных нужно учитывать одно неизвестное, то есть стены. Это касается, прежде всего, угловых комнат. Например, в помещении представлены следующие параметры: высота – два с половиной метра, ширина – три метра, длина – шесть метров.

  • Ф является площадью стены;
  • а – ее длиной;
  • х – ее высотой.

Расчет ведется в метрах. По этим подсчетам площадь стены будет равна семи с половиной квадратным метрам. После этого необходимо рассчитать теплопотери по формуле Р = F*K.

Также умножить на разницу температур в помещении и на улице, где:

  • Р – это площадь теплопотерь;
  • F является площадью стены в метрах квадратных;
  • К – это коэффициент теплопроводности.

Для правильного расчета нужно учитывать температуру. Если на улице температура составляет примерно двадцать один градус, а в комнате восемнадцать градусов, то для расчета данного помещения нужно добавить еще два градуса. К полученной цифре нужно добавить Р окон и Р двери. Полученный результат нужно поделить на число, обозначающее тепловую мощность одной секции. В результате простых вычислений и получится узнать, сколько же батарей необходимо для обогрева одной комнаты.

Однако все эти расчеты правильны исключительно для комнат, которые имеют средние показатели утепления. Как известно, одинаковых помещений не бывает, поэтому для точного расчета необходимо обязательно учесть коэффициенты поправки. Их нужно умножить на результат, полученный при помощи вычисления по формуле. Поправки коэффициента для угловых комнат составляют 1,3, а для помещений, находящихся в очень холодных местах – 1,6, для чердаков – 1,5.

Мощность батареи

Чтобы определить мощность одного радиатора, необходимо рассчитать какое количество киловатт тепла понадобится от установленной системы отопления. Мощность, которая нужна для обогревания каждого квадратного метра, составляет 100 ватт. Полученное число умножается на количество квадратных метров комнаты. Затем цифра делится на мощность каждой отдельно взятой секции современного радиатора. Некоторые модели батарей состоят из двух секций и больше. Делая расчет, нужно выбирать радиатор, который имеет приближенное к идеалу число секций. Но все же, оно должно быть немного больше расчетного.

Это делается для того, чтобы сделать помещение теплее и не мерзнуть в холодные дни.

Производители биметаллических радиаторов указывают их мощность для некоторых данных системы отопления. Поэтому покупая любую модель, необходимо учесть тепловой напор, который характеризует, как нагревается теплоноситель, а также как он обогревает систему отопления. В технической документации часто указывают мощность одной секции для напора тепла в шестьдесят градусов. Это соответствует температуре воды в радиаторе в девяносто градусов. В тех домах, где помещения отапливают чугунными батареями, это оправданно, но для новостроек, где сделано все более современно, температура воды в радиаторе вполне может быть ниже. Напор тепла в таких системах отопления может составлять до пятидесяти градусов.

Расчет тут произвести тоже нетрудно. Нужно мощность радиатора поделить на цифру, обозначающую тепловой напор. Число делится на цифру, указанную в документах. При этом эффективная мощность батарей станет немного меньше.

Именно ее необходимо ставить во все формулы.

Популярные методы

Для вычета нужного количества секций в устанавливаемом радиаторе может быть использована не одна формула, а несколько. Поэтому стоит оценить все варианты и выбрать тот, что подойдет для получения более точных данных. Для этого нужно знать, что по нормам СНиП на 1 м², одна биметаллическая секция может обогреть один метр и восемьдесят сантиметров площади. Чтобы посчитать какое количество секций понадобиться на 16 м², нужно разделить эту цифру на 1,8 квадратного метра. В итоге получается девять секций. Однако этот метод довольно примитивный и для более точного определения необходимо учитывать все вышесказанные данные.

Существует еще один простой метод для самостоятельного вычисления. Например, если взять небольшую комнату в 12 м², то очень сильные батареи здесь ни к чему. Можно взять, для примера, теплоотдачу всего одной секции в двести ватт. Тогда по формуле можно легко вычислить их количество, требуемое для выбранной комнаты. Чтобы получить нужную цифру, нужно 12 – это количество квадратов, умножить на 100, мощность на метр квадратный и поделить на 200 ватт. Это, как можно понять, является значением теплоотдачи на одну секцию. В результате вычислений получится число шесть, то есть именно столько секций понадобится для отопления помещения в двенадцать квадратов.

Можно рассмотреть еще один вариант для квартиры с квадратурой в 20 м². Допустим, что мощность секции купленного радиатора – сто восемьдесят ватт. Тогда, подставляя все имеющиеся значения в формулу, получится такой результат: 20 нужно умножить на 100 и разделить на 180 будет равно 11, а значит, такое количество секций понадобится для отопления данного помещения. Однако такие результаты будут действительно соответствовать тем помещениям, где потолки не выше трех метров, а климатические условия не очень жесткие. А также не были учтены и окна, то есть их количество, поэтому к конечному результату необходимо добавить еще несколько секций, их число будет зависеть от количества окон. То есть в комнате можно установить два радиатора, в которых будет по шесть секций. При этом расчете была добавлена еще одна секция с учетом окон и дверей.

По объему

Чтобы сделать вычисление более точными, нужно провести расчет по объему, то есть учесть три измерения в выбранной отапливаемой комнате. Все расчеты делаются практически одинаково, только в основе находятся данные мощности, рассчитанной на один метр кубический, которые равны сорок одному ватту. Можно попробовать рассчитать количество секций биметаллической батареи для помещения с такой площадью, как в варианте, рассмотренном выше, и сопоставить результаты. В этом случае высота потолков будет равна двум метрам семидесяти сантиметрам, а квадратура помещения будет двенадцать квадратных метров. Тогда нужно умножить три на четыре, а потом на два и семь.

Результат будет таким: тридцать два и четыре метра кубических. Его надо умножить на сорок один и получится тысяча триста двадцать восемь и четыре ватта. Такая мощность радиатора будет идеально подходящей для отопления этой комнаты. Затем этот результат нужно разделить на двести, то есть число ватт. Результат будет равен шести целым шестидесяти четырем сотым, а значит, понадобится радиатор на семь секций. Как видно, результат расчета по объему намного точнее. В итоге не нужно будет даже учитывать число окон и дверей.

А также можно сравнить и результаты вычисления в помещении с двадцатью квадратными метрами. Для этого необходимо умножить двадцать на два и семь, получится пятьдесят четыре метра кубических – это объем помещения. Далее, нужно умножить на сорок один и в результате получится две тысячи четыреста четырнадцать ватт. Если батарея будет иметь мощность в двести ватт, то на эту цифру нужно разделить на полученный результат. В итоге выйдет двенадцать и семь, а значит для данной комнаты необходимо такое количество секций, как и в предыдущем расчете, но этот вариант намного точнее.

Сегодня потребительский рынок наполнен множеством моделей отопительных устройств, которые различаются по габаритам и показателям мощности. Среди них стоит выделить стальные радиаторы. Данные приборы довольно легкие, имеют привлекательный внешний вид и обладают хорошей теплоотдачей. Перед выбором модели необходимо произвести расчет мощности стальных радиаторов отопления по таблице.

Разновидности

Рассмотрим стальные радиаторы панельного типа, которые различаются по габаритам и степени мощности. Устройства могут состоять из одной, двух или трех панелей. Другой важный элемент конструкции – оребрение (гофрированные металлические пластины). Чтобы получить определенные показатели тепловой отдачи, в конструкции устройств используется несколько комбинаций панелей и оребрения. Перед выбором наиболее подходящего устройства для качественного отопления помещения, необходимо ознакомиться с каждой разновидностью.

Стальные панельные батареи представлены следующими типами:

  • Тип 10. Здесь устройство оснащено только одной панелью. Такие радиаторы имеют легкий вес и самую низкую мощность.

  • Тип 11. Состоят из одной панели и пластины оребрения. Батареи обладают чуть большим весом и габаритами, чем предыдущий тип, отличаются повышенными параметрами тепловой мощности.

  • Тип 21. В конструкции радиатора две панели, между которыми располагается гофрированная металлическая пластина.
  • Тип 22. Батарея состоит из двух панелей, а также двух пластин оребрения. По размерам устройство схоже с радиаторами 21-го типа, однако, по сравнению с ними, обладают большей тепловой мощностью.

  • Тип 33. Конструкция состоит из трех панелей. Данный класс – самый мощный по тепловой отдаче и самый большой по размерам. В его конструкции к трем панелям присоединены 3 пластины оребрения (отсюда и цифровое обозначение типа — 33).

Каждый из представленных типов может различаться по длине прибора и его высоте. На основании этих показателей и формируется тепловая мощность устройства. Самостоятельно рассчитать данный параметр невозможно. Однако каждая модель панельного радиатора проходит соответствующие испытания производителем, поэтому все результаты заносятся в специальные таблицы. По ним очень удобно подобрать подходящую батарею для отопления различных типов помещений.

Определение мощности

Для точного расчета тепловой мощности необходимо отталкиваться от показателей тепловых потерь помещения, в котором планируется установить эти устройства.

Для обычных квартир можно руководствоваться СНиПом (Строительными нормами и правилами), в которых прописаны объемы тепла из расчета на 1м 3 площади:

  • В панельных зданиях на 1м3 требуется 41Вт.
  • В кирпичных домах на 1м3 расходуется 34 Вт.

На основании данных норм можно выявить мощность стальных панельных радиаторов отопления.

В качестве примера, возьмем комнату в стандартном панельном доме с габаритами 3,2*3,5м и высотой потолков в 3 метра. Первым делом определим объем помещения: 3,2*3,5*3=33,6м 3 . Далее обратимся к нормам СНиП и найдем числовое значение, которое соответствует нашему примеру: 33,6*41=1377,6Вт. В результате, мы получили количество тепла, необходимое для обогрева комнаты.

Дополнительные параметры

Нормативные предписания СНиПа составлены для условий средней климатической зоны.

Чтобы произвести расчет в областях с более холодными зимними температурами, нужно скорректировать показатели при помощи коэффициэнтов:

  • до -10° C – 0,7;
  • -15° C – 0,9;
  • -20° C — 1,1;
  • -25° C — 1,3;
  • -30° C — 1,5.

При расчете тепловых потерь, нужно брать во внимание и количество стен, которые выходят наружу. Чем их больше, тем выше будут показатели теплопотерь помещения. К примеру, если в комнате одна наружная стена – применяем коэффициент 1,1. Если мы имеем две или три наружные стены, то коэффициент будет 1,2 и 1,3 соответственно.

Рассмотрим пример. Допустим, в зимний период в регионе держится средняя температура -25° C, а в помещении расположены две наружных стены. Из расчетов мы получим: 1378 Вт*1,3*1,2=2149,68 Вт. Итоговый результат округляем до 2150 Вт. Дополнительно необходимо учитывать, какие помещения расположены на нижнем и верхнем этаже, из чего сделана кровля, каким материалом утеплялись стены.

Расчет радиаторов Kermi

Прежде чем проводить расчет тепловой мощности, следует определиться с фирмой-производителем устройства, которое будет установлено в помещении. Очевидно, что лучшие рекомендации заслуженно имеют лидеры данной отрасли. Обратимся к таблице известного немецкого производителя Kermi, на основе которой и проведем необходимые расчеты.

Для примера возьмем одну из новейших моделей — ThermX2Plan. По таблице можно увидеть, что параметры мощности прописаны для каждой модели Kermi, поэтому необходимо просто найти нужное устройство из списка. В области отопления не требуется, чтобы показатели полностью совпадали, поэтому лучше взять значение, которое немного больше рассчитанного. Так у вас будет необходимый запас на периоды резкого похолодания.

Все подходящие показатели отмечены в таблице красными квадратами. Допустим, для нас наиболее оптимальная высота радиатора – 505 мм (прописана в верхней части таблицы). Самый привлекательный вариант – устройства 33 типа с длиной 1005 мм. Если требуются более короткие приборы, следует остановиться на моделях 605 мм высотой.

Пересчет мощности исходя из температурного режима

Однако данные в этой таблице прописаны для показателей 75/65/20, где 75° C – температура провода, 65° C – температура отвода, а 20° C – температура, которая поддерживается в помещении. На основе этих значений производится расчет (75+65)/2-20=50° C, в результате которого мы получаем дельту температур. В том случае, если у вас иные системные параметры, потребуется перерасчет. Для этой цели в Kermi подготовили специальную таблицу, в которой указаны коэффициенты для корректировки. С ее помощью можно осуществить более точный расчет мощности стальных радиаторов отопления по таблице, что позволит подобрать наиболее оптимальное устройство для обогрева конкретного помещения.

Рассмотрим низкотемпературную систему, показатели которой составляют 60/50/22, где 60° C – температура провода, 50° C – температура отвода, а 22° C – температура, поддерживаемая в помещении. Вычисляем дельту температур по уже известной формуле: (60+50)/2-22=33° C. Затем смотрим в таблицу и находим температурные показатели проводимой/отводимой воды. В клетке с поддерживаемой температурой помещения находим нужный коэффициент 1,73 (в таблицах отмечается зеленым цветом).

Далее берем количество тепловых потерь помещения и умножаем его на коэффициент: 2150 Вт*1,73=3719,5 Вт. После этого возвращаемся к таблице мощностей, чтобы посмотреть подходящие варианты. В таком случае выбор будет скромнее, поскольку для качественного обогрева потребуются гораздо более мощные радиаторы.

Заключение

Как видим, правильный расчет мощности для стальных панельных радиаторов невозможен без знания определенных показателей. Обязательно необходимо выяснить теплопотери помещения, определиться с фирмой-производителем батареи, иметь представление о температуре проводимой/отводимой воды, а также о температуре, которая поддерживается в помещении. На основе этих показателей можно легко определить подходящие модели батарей.

Скорее всего Вы уже решили для себя Какие радиаторы отопления лучше, но необходим расчет количества секций. Как его выполнить безошибочно и точно, учесть все погрешности и теплопотери?

Существует несколько вариантов расчета:

  • по площади помещения
  • и полный расчет включающий все факторы.

Рассмотрим каждый из них

Расчет количества секций радиаторов отопления по объему

Если у Вас квартира в современном доме, со стеклопакетами, утепленными наружными стенами и , то для расчета уже используется значение тепловой мощности 34вт на 1куб. метр объема.

Пример расчета количества секций:

Комната 4*5м, высота потолка 2,65м

Получаем 4*5*2,65=53 куб.м Объем комнаты и умножаем на 41вт. Итого, требуемая тепловая мощность для обогрева: 2173Вт.

Исходя из полученных данных, не трудно рассчитать количество секций радиаторов. Для этого необходимо знать теплоотдачу одной секции, выбранного Вами радиатора.

Допустим:
Чугунный МС-140, одна секция 140Вт
Global 500,170Вт
Sira RS, 190Вт

Тут следует заметить, что производитель или продавец, часто указывает завышенную теплоотдачу, рассчитанную при повышенной температуре теплоносителя в системе. Поэтому ориентируйтесь на меньшее значение, указанное в паспорте на изделие.

Продолжим расчет: 2173 Вт делим на теплоотдачу одной секции 170Вт, получаем 2173Вт/170Вт=12,78 секций. Округляем в сторону целого числа, и получаем 12 или 14 секций.

Некоторые продавцы предлагают услугу по сборке радиаторов с необходимым числом секций, то есть 13. Но это уже будет не заводская сборка.

Этот метод, как и следующий является приблизительным.

Расчет количества секций радиаторов отопления по площади помещения

Является актуальным для высоты потолков помещения 2,45-2,6 метра. Принимается равным, что для обогрева 1кв.метра площади достаточно 100Вт.

То есть для комнаты 18 кв.метров, требуется 18кв.м*100Вт=1800Вт тепловой мощности.

Делим на теплоотдачу одной секции: 1800Вт/170Вт=10,59, то есть 11 секций.

В какую сторону лучше округлить результаты расчетов?

Комната угловая или с балконом, то к расчетам добавляем 20%
Если батарея будет устанавливаться за экраном или в нишу, то потери тепла могут достигать 15-20%

Но в то же время, для кухни, можно смело округлить в меньшую сторону, до 10 секций.
Кроме того, на кухне, очень часто монтируется . А это минимум 120 Вт тепловой помощи с одного квадратного метра.

Точный расчет количества секций радиаторов

Определяем требуемую тепловую мощность радиатора по формуле

Qт= 100ватт/м2 х S(помещения)м2 х q1 х q2 х q3 х q4 х q5 х q6 х q7

Где учитываются следующие коэффициенты:

Вид остекления (q1)

  • Тройной стеклопакет q1=0,85
  • Двойной стеклопакет q1=1,0
  • Обычное(двойное) остекленение q1=1,27

Теплоизоляция стен (q2)

  • Качественная современная изоляция q2=0,85
  • Кирпич (в 2 кирпича) или утеплитель q3= 1,0
  • Плохая изоляция q3=1,27

Отношение площади окон к площади пола в помещении (q3)

Минимальная температура снаружи помещения (q4)

Количество наружных стен (q5)

  • Одна (обычно) q5=1,1
  • Две (угловая квартира) q5=1,2

Тип помещения над расчетным (q6)

  • Обогреваемое помещение q6=0,8
  • Отапливаемый чердак q6=0,9
  • Холодный чердак q6=1,0

Высота потолков (q7)

Пример расчета:

100 вт/м2*18м2*0,85 (тройной стеклопакет)*1 (кирпич)*0,8
(2,1 м2 окно/18м2*100%=12%)*1,5(-35)*
1,1(одна наружная)*0,8(обогреваемое,квартира)*1(2,7м)=1616Вт

Плохая теплоизоляция стен увеличит это значение до 2052 Вт!

количество секций радиатора отопления: 1616Вт/170Вт=9,51 (10 секций)

Как рассчитать радиаторы отопления так, чтобы температура в квартире была предельно комфортной — вопрос, который возникает у каждого, кто решился на ремонт. Слишком малое количество секций не будет полностью прогревать помещение, а излишек только повлечёт за собой слишком большие траты на коммунальные услуги. Итак, что необходимо учитывать, чтобы правильно подсчитать размеры батарей?

Предварительная подготовка

Что необходимо учитывать для рассчета мощности радиатора отопления на комнату:

  • определить температурный режим и потенциальные термопотери;
  • разработать оптимальные технические решения;
  • определить тип теплового оборудования;
  • установить финансовые и тепловые критерии;
  • учесть надёжность и технические параметры обогревательных приборов;
  • составить схемы теплопровода и расположение батарей для каждого помещения;

Без помощи специалистов и дополнительных программ рассчитать количество секций радиаторов отопления достаточно сложно. Чтобы расчёт был наиболее точен, не обойтись без тепловизора или специально установленных для этого программ.

Что будет, если провести вычисления неправильно? Основное последствие — более низкая температура в помещениях, а следовательно, и эксплуатационные условия не будут соответствовать желаемому. Слишком мощные отопительные приборы приведут к избыточным тратам как на сами приборы и их монтаж, так и на коммунальные услуги.

Самостоятельные подсчёты

Можно приблизительно подсчитать, какой должна быть мощность батарей, использовав только рулетку для измерения длины и ширины стен и калькулятор. Но точность таких вычислений крайне мала. Погрешность будет составлять 15-20%, но такое вполне допустимо.

Вычисления в зависимости от типа отопительных приборов

При выборе модели учитывайте, что тепловая мощность зависит от материала, из которого они сделана. Методы вычисления размеров секционных батарей не отличаются, а вот итоги выйдут разными. Есть среднестатистические значения. На них и стоит ориентироваться, выбирая оптимальное число отопительных приборов. Мощности отопительных приборов с секциями в 50 см:

  • батареи из алюминия — 190 Вт;
  • биметаллические — 185 Вт;
  • чугунные приборы обогрева — 145 Вт;

  • алюминий — 1,9-2 м кв. ;
  • алюминий и сталь — 1,8 м кв.;
  • чугун — 1,4-1,5 м кв;

Вот пример вычисления количества секций алюминиевых радиаторов отопления. Допустим, что размеры комнаты 16 м. кв. Выходит, что на помещение такого размера нужно 16м2/2м2 = 8 шт. По такому же принципу считайте для чугунных или биметаллических приборов. Важно только точно знать норму — приведённые выше параметры верны для моделей высотой в 0,5 метра.

На данный момент выпускаются модели от 20 до 60 см. Соответственно площадь, которую способна обогреть секция, будет отличаться. Самые маломощные модели — бордюрные, высотой в 20 см. Если вы решили приобрести тепловой агрегат нестандартных размеров, то в вычислительную формулу придётся вносить корректировку. Ищите необходимые данные в техпаспорте.

При внесении корректировок стоит учитывать, что размер батарей напрямую влияет на теплоотдачу. Следовательно, чем меньше высота при той же ширине, тем меньше площадь, а вместе с ними и мощность. Для верных подсчётов найдите соотношение высот выбранной модели и стандартной, а уже с помощью полученных данных подкорректируйте результат.

Допустим, вы выбрали модели высотой 40 см. В этом случае расчёт количества секций алюминиевых радиаторов отопления на площадь комнаты будет выглядеть следующим образом:

  • воспользуемся предыдущими подсчётами: 16м2/2м2 = 8штук;
  • посчитайте коэффициент 50см/40см = 1,25;
  • подкорректируйте вычисления по основной формуле — 8шт*1,25 = 10 шт.

Расчёт количества радиаторов отопления по объёму начинается в первую очередь со сбора необходимой информации. Какие параметры нужно учесть:

  • Площадь жилья.
  • Высота потолков.
  • Число и площадь дверных и оконных проёмов.
  • Температурные условия за окном в период отопительного сезона.

Нормы и правила, установленные для мощности отопительных проборов, регламентируют минимально допустимый показатель на кв. метр квартиры — 100 Вт. Расчёт радиаторов отопления по объему помещения будет более точен, чем тот, в котором за основу берётся только длина и ширина. Итоговые результаты корректируются в зависимости от индивидуальных характеристик конкретного помещения. Делается это посредством умножения на коэффициент корректировки.

При вычислении мощности отопительных приборов берётся среднестатистическая высота потолков — 3 м. Для квартир с потолком 2,5 метра этот коэффициент составит 2,5м/3м = 0,83, для квартир с высокими потолками 3,85 метров — 3,85м/3м = 1,28. Угловые комнаты потребуют внесения дополнительных корректировок. Итоговые данные умножаются на 1,8.

Расчёт количества секций радиатора отопления по объему помещения должен проводиться с корректировкой, если в комнате одно окно большого размера или сразу несколько окон (коэффициент 1,8).

Нижнее подключение также потребует внести свои корректировки. Для такого случая коэффициент составит 1,1.

В районах с экстремальными погодными условиями, где зимние температуры достигают рекордно низких показателей, мощность должна быть увеличена в 2 раза.

Пластиковые стеклопакеты, наоборот, потребуют корректировку в сторону уменьшения, за основу берётся коэффициент 0,8.

В выше приведённых данных приведены усреднённые значения, поскольку не были дополнительно учтены:

  • толщина и материал стен и перекрытий;
  • площадь остекления;
  • материал напольного покрытия;
  • наличие или отсутствие утеплителя на полу;
  • занавески и гардины в оконных проёмах.

Дополнительные параметры для более точных вычислений

Точный расчёт количества радиаторов отопления на площадь не обойдётся без данных из технических документов. Это важно, чтобы точнее определить значение теплопотерь. Лучше всего определить уровень потери тепла с помощью тепловизора. Прибор быстро определит самые холодные области в помещении.

Всё было бы в разы легче, если каждая квартира была построена по стандартной планировке, но это далеко не так. В каждом доме или городской квартире свои особенности. С учётом множества характеристик (числа оконных и дверных проёмов, высоты стен, площади жилья и пр. ) резонно возникает вопрос: как же рассчитать количество радиаторов отопления?

Особенности точной методики в том, что для вычислений необходимо больше коэффициентов. Одно из важных значений, которое нужно вычислить — это количество тепла. Формула отлична от предыдущих и выглядит следующим образом: КТ = 100 Вт/м2*П*К1*К2*К3*К4*К5*К6*К7.

Подробнее о каждом значении:

  • КТ — количество тепла, которое нужно для обогрева.
  • П — размеры комнаты м2.
  • К1 — значение этого коэффициента учитывает качество остекления окон: двойное — 1,27; пластиковые окна с двойным стеклопакетом — 1,0; с тройным — 0,85.
  • К2 — коэффициент, учитывающий уровень теплоизоляционных характеристик стен: низкая — 1,27; хорошая (например двухслойная кирпичная кладка) — 1,0; высокая — 0,85.
  • К3 — это значение учитывает соотношение площадей оконных проёмов и полов: 50% — 1,2; 40% — 1,1; 30% — 1,0; 20% — 0,9; 10% — 0,8.
  • К4 — коэффициент, зависящий от среднестатистических температурных показателей воздуха в зимнее время года: — 35 °С — 1,5; — 25 °С — 1,3; — 20 °С — 1,1; — 15 °С — 0,9; -10 °С — 0,7.
  • К5 зависит от числа внешних стен здания, данные этого коэффициента таковы: одна — 1,1; две — 1,2; три — 1,3; четыре — 1,4.
  • К6 рассчитывается, исходя из типа помещения, находящегося этажом выше: чердак — 1,0; чердачное отапливаемое помещение — 0,9; отапливаемая квартира — 0,8.
  • К7 — последний из корректировочных значений и зависит от высоты потолка: 2,5 м — 1,0; 3,0 м — 1,05; 3,5 м — 1,1; 4,0 м — 1,15; 4,5 м — 1,2.

Описанный расчёт секций батарей отопления по площади — наиболее точный, поскольку учитывает значительно больше нюансов. Полученное в ходе этих подсчётов число делится на значение теплоотдачи. Итоговый результат округляется до целого числа.

Корректировка с учётом температурного режима

В техпаспорте отопительного прибора указана максимальная мощность. Например, при температуре воды в теплопроводе 90°С во время подачи и 70°С в обратном режиме в квартире будет +20°С. Такие параметры обычно обозначают так: 90/70/20, но самые распространённые мощности в современных квартирах — 75/65/20 и 55/45/20.

Для правильного расчёта необходимо для начала высчитать температурный напор — это разница между температурой самой батареи и воздуха в квартире. Учтите, что для вычислений берётся усреднённое значение между температурами подачи и обратки.

Как рассчитать количество секций алюминиевых радиаторов с учётом выше перечисленных параметров? Для лучшего понимания вопроса будут произведены вычисления для батарей из алюминия в двух режимах: высокотемпературном и низкотемпературном (расчёт для стандартных моделей высотой 50 см). Размеры комнаты те же — 16 м кв.

Одна секция алюминиевого радиатора в режиме 90/70/20 обогревает 2 кв метра., следовательно, для полноценного обогрева помещения понадобится 16м2/2м2 = 8 шт. При вычислении размера батарей для режима 55/45/20 нужно для начала подсчитать температурный напор. Итак, формулы для обеих систем:

  • 90/70/20 — (90+70)/2-20 = 60°С;
  • 55/45/20 — (55+45)/2-20 = 30°С.

Следовательно, при низкотемпературном режиме нужно увеличить размеры отопительных приборов в 2 раза. С учётом данного примера на помещении 16 кв. метров нужно 16 алюминиевых секций. Учтите, что для чугунных приборов понадобится 22 секции при той же площади помещения и при таких же температурных системах. Подобная батарея получится слишком большой и массивной, поэтому чугун меньше всего подходит для низкотемпературных контструкций.

С помощью этой формулы можно легко вычислить, сколько необходимо секций радиаторов на комнату с учётом желаемого температурного режима. Чтобы зимой в квартире было +25°С, просто поменяйте температурные данные в формуле теплового напора, а полученный коэффициент подставьте в формулу вычисления размера батарей. Допустим, при параметрах 90/70/25 коэффициент будет таким: (90+70)/2 — 25 = 55°С.

Если не хочется тратить время на расчёт радиаторов отопления, можно воспользоваться онлайн-калькуляторами или специальными программами, установленными на компьютер.

Как пользоваться онлайн-калькулятором

Посчитать, сколько секций радиаторов отопления на кв. метр понадобится, можно с помощью специальных калькуляторов, которые всё посчитают в мгновение ока. Такие программы можно найти на официальных сайтах некоторых производителей. Воспользоваться этими калькуляторами легко. Просто введите в поля все соответствующие данные и вам моментально будет выведен точный результат. Чтобы вычислить, сколько секций радиаторов отопления нужно на квадратный метр, надо вводить данные (мощность, температурный режим и т.д.) для каждой комнаты отдельно. Если же помещения не разделены дверями, сложите их общие размеры, а тепло будет распространяться по обоим помещениям.

При планировании капитального ремонта в вашем доме или же квартире, а так же при планировке постройки нового дома необходимо произвести расчет мощности радиаторов отопления . Это позволит вам определить количество радиаторов, способных обеспечить теплом ваш дом в самые лютые морозы. Для проведения расчетов необходимо узнать необходимые параметры, такие как размер помещений и мощность радиатора, заявленной производителем в прилагаемой технической документации. Форма радиатора, материал из которого он выполнен, и уровень теплоотдачи в данных расчетах не учитываются. Зачастую количество радиаторов равно количеству оконных проемов в помещении, поэтому, рассчитываемая мощность разделяется на общее количество оконных проемов, так можно определить величину одного радиатора.

Следует помнить, что не нужно производить расчет для всей квартиры, ведь каждая комната имеет свою отопительную систему и требует к себе индивидуальный подход. Так если у вас угловая комната, то к полученной величине мощности необходимо прибавить еще около двадцати процентов . Такое же количество нужно прибавить, если ваша система отопления работает с перебоями или имеет другие недостатки эффективности.

Расчет мощности радиаторов отопления может осуществляться тремя способами:

Согласно строительным нормами и другими правилами необходимо затрачивать 100Вт мощности вашего радиатора на 1метр квадратный жилплощади. В таком случае необходимые расчеты производятся при использовании формулы:

С*100/Р=К , где

К — мощность одной секции вашей радиаторной батареи, согласно заявленной в ее характеристике;

С — площадь помещения. Она равна произведению длины комнаты на ее ширину.

К примеру, комната имеет 4 метра в длину и 3.5 в ширину. В таком случае ее площадь равна:4*3.5=14 метров квадратных.

Мощность, выбранной вами одной секции батареи заявлена производителем в 160 Вт. Получаем:

14*100/160=8.75. полученную цифру необходимо округлить и получается что для такого помещения потребуется 9 секций радиатора отопления. Если же это угловая комната, то 9*1.2=10.8, округляется до 11. А если ваша система теплоснабжения недостаточно эффективна , то еще раз добавляем 20 процентов от первоначального числа: 9*20/100=1.8 округляется до 2.

Итого: 11+2=13. Для угловой комнаты площадью 14 метров квадратных, если система отопления работает с кратковременными перебоями понадобиться приобрести 13 секций батарей.

Примерный расчет — сколько секций батареи на квадратный метр

Он базируется на том, что радиаторы отопления при серийном производстве имеют определенные размеры. Если помещение имеет высоту потолка равную 2.5 метра, то на площадь в 1.8 метров квадратных потребуется лишь одна секция радиатора.

Радиатора для комнаты с площадью в 14 метров квадратных равен:

14/1.8=7.8, округляется до 8. Так для помещения с высотой до потолка в 2.5м понадобится восемь секций радиатора. Следует учитывать, что этот способ не подходит, если у отопительного прибора малая мощность (менее 60Вт) ввиду большой погрешности.

Объемный или для нестандартных помещений

Такой расчет применяется для помещений с высокими или очень низкими потолками . Здесь расчет ведется из данных о том, что для обогрева одного метра кубического помещения необходима мощность в 41ВТ. Для этого применяется формула:

К=О*41 , где:

К- необходимое количество секций радиатора,

О -объем помещения, он равен произведению высоты на ширину и на длину комнаты.

Если комната имеет высоту-3.0м; длину – 4.0м и ширину – 3. 5м, то объем помещения равен:

3.0*4.0*3.5=42 метра кубических.

Расчитывается общая потребность в тепловой энергии данной комнаты:

42*41=1722Вт, учитывая, сто мощность одной секции составляет 160Вт,можно расчитать необходимое их количество путем деления общей потребности в мощности на мощность одной секции: 1722/160=10.8, округляется до 11 секций.

Если выбраны радиаторы, которые не делятся на секции, от общее число нужно поделить на мощность одного радиатора.

Округлять полученные данные лучше в большую сторону, так как производители иногда завышают заявленную мощность.

Как рассчитать количество батарей отопления

Как разобраться в том, какое отопление подойдет именно нам? Нереально придумать комфортную жизнь на даче без тепла. Обогревание капитально внедрилось в быт сограждан как исключительная причина инфракрасной энергии зимой. Отопление является различным. Предлагаем выявить разнообразие пунктов. Не полный список: альтернативным, инфракрасным, геотермальным, автономным, экономичным и расточительным, газовым, водяным, на твердых брикетах, электрическим.

Как рассчитать количество батарей отопления

Как рассчитать количество секций радиатора отопления – одна из главных проблем, с которой сталкиваются люди при замене системы обновления.

Существует несколько подходов к вычислению и каждый из них, наверное, найдет своего благодарного зрителя.

Согласно «Строительным нормам и правилам» на один квадратный метр жилого помещения требуется 100 ватт мощности радиатора отопления.

В таком случае нужная мощность исчисляется по следующей формуле:

S*100/P, где

S = площадь помещения

P = мощность одной секции радиатора отопления

К примеру, мощность одной секции выбранного вами радиатора равняется 180 ваттам, а площадь комнаты 20 квадратным метрам, в таком случае:

Значит, для обогрева жилой комнаты в 20 кв/м потребуется 11 секций радиатора отопления.

У формулы есть поправки! Если комната расположена в торце или на углу дома, то полученное количество нужно умножить на 1,2. В нашем случае получилось бы 13 секций для угловой комнаты.

Практически все секционные радиаторы отопления имеют стандартные размеры, плюс-минус для частных случаев. Поэтому, при высоте потолков в примерно 2,5 метра (до 2,7) требуется одна секция на 1,8 квадратных метров жилого помещения.

К примеру, на всю ту же «нашу» комнату в 20 квадратных метров потребуется:

20/1,8=11,11

11 секций радиатора.

Но учтите, при малой мощности покупаемого обогревательного прибора, такой способ расчета недействителен и малоэффективен!

Объемный расчет количества радиаторов отопления

В данном случае считаем по объему обогреваемого помещения. Как известно из геометрии школьного уровня, в расчете задействованы три параметра – длина, ширина, высота.

Если мы хотим установить биметаллический радиатор отопления с мощностью каждой секции в 200 ватт, то одна его секция обогреет 5 кубометров помещения. Далее простой расчет на примере «наше» комнаты, у которой 4 метра ширина, 5 длина и 2,5 высота:

(4*5*2,5)/5=10

Получается, что на такую комнату требуется 10 секций биметаллического радиатора в 200 Вт.

Что еще нужно знать при расчете количества секций в радиаторе отопления

Стандартные секции по мощности находятся в диапазоне 120-220 ватт. Уточняйте у продавца.

При покупке и расчете учитывайте различные случайные факторы, поэтому лучше «запасайтесь» теплом на 20% больше рассчитываемого уровня. Либо за счет мощности секций, либо за счет их количества, чтобы потом не было мучительно прохладно зимой.

И, самое последнее, естественно, что при установке и монтаже радиатора отопления по поводу расчета количества секций все же лучше обратиться к профессиональным людям, которые смогут оценить все в полном объеме.

Источник: http://myradiator.ru/news/kak_rasschitat_kolichestvo_radiatorov/2010-10-17-103

Как рассчитать количество батарей отопления

Статьи по теме:

Все мы любим тепло и комфорт и поэтому к зимнему периоду необходимо соответственно обустроить жилое помещение. Во всех домах для этого есть центральная отопительная система, которая исправно работает, но если в квартире смонтированы чугунные устройства, которые уже давно пора заменить новыми, а вы не знаете, как произвести расчёт количества биметаллических батарей отопления, тогда следуйте ниже приведенным советам и рекомендациям.

Производят следующие виды:

  • Со стальными трубками внутри, которые усиливают канал и хорошо закреплены. Такой радиатор не надежный, так как при сдвиге с места металлического канала происходит перекрытие нижнего коллектора;
  • С основой из стального каркаса. В конструкции предусмотрено, чтобы теплоноситель и алюминий не соприкасались и поэтому такая модель не подвергается эрозии и коррозии.

Это важно! Чтобы при покупке биметаллического устройства не ошибиться и не приобрести алюминиевое, необходимо, знать, что если внешне они похожи, но  по весу второе почти в 1,5 раза легче первого. Лучше купить биметаллическую батарею со стальным каркасом, так как качественная модель прослужит более 20 лет.

Для этого необходимо знать какую теплоотдачу имеет одна секция радиатора в зимний период на 1 м 2 помещения. За основу теплоотдачи (которую выделяет одна секция), берут величину, равную 100 Вт на квадратный метр. Исходя из этих данных, можно произвести расчет.

Например, если площадь помещения, в котором хотим произвести установку чугунной батареи — 15 м 2. тогда для ее качественной работы в зимний период необходимо, чтобы она состояла из 8 — 10 секций, но можно приобрести два радиатора по 4 — 5 секций. Так как отопительные устройства размещают под окнами, то и количество секций распределяется на все окна. Например, мы уже рассчитали, что для 15 м 2 комнаты необходимо от 8 до 10 секций, а помещение имеет 2 окна, тогда под каждым подоконником устанавливают от 4 до 5 секций. А если окон три, тогда производят монтаж трех секционных устройств, соответственно их количество будет равняться трем.

Если батарея необходима для офиса, где бывает одно окно, тогда лучше установить две батареи по 5 секций, так как в случае протечки одного радиатора его можно отключить, а отопление будет производиться вторым, пока не произведут ремонт или замену первого.

В таких помещениях, как кухня (речь идет о типовом доме) устанавливают одно отопительное устройство, а в больших (по площади от 25 м 2 ) комнатах можно произвести монтаж двух и более батарей, здесь главное, чтобы происходил равномерный обогрев, и создавались однородные конвекционные потоки.

В основном все расчеты производят при условии, что высота потолка в комнате — 3 м, а теплоноситель имеет среднюю температуру до 70°C.

При этом следует учесть, что распространенные  размеры биметаллических батарей отопления, это:

  • Расстояние между осями секции (межосевое) — 50 см, причем этой величиной определяют высоту батареи;
  • Высота устройства может варьировать от 35 до 60 см.

В маркировке радиатора данное число указано в миллиметрах, в названии.  Оно может быть от 200 до 500, рассмотрим, что оно означает:

  • Если на маркировке указано — Rifar Baze 200, тогда высота батареи составляет 28 см;
  • Межосевое расстояние Global Style 350 мм — высота 43 см;
  • Маркировка Global Stale 500 мм означает, что высота отопительного прибора составляет 58 см.

Для расчета количества отделений биметаллических или чугунных батарей применяют значение такой величины, как теплоотдача. Она зависит от многих факторов, таких как: скорость движения теплоносителя, примененной краски, давление теплоносителя, высоты потолка в помещении, теплоизоляционные свойства окон (дерево или пластик) и многих других.

Рассмотрим таблицу, в которой приведены приблизительные значения теплоотдачи, но при этом учтите, что межосевое расстояние рассмотренных радиаторов составляет 500 (по маркировке).

Маркировка      (изделия)

Источник: http://santehkrug.ru/pravila-raschyota-kolichestva-bimetallicheskix-batarej-otopleniya.html

Как рассчитать количество батарей отопления

В случае кардинального ремонта, который предполагает замену или модернизацию системы отопления, перед хозяевами дома возникает вопрос, как рассчитать количество батарей отопления, какому виду отдать предпочтение, как установить радиаторы, чтобы они работали максимально эффективно.

Современные радиаторы пошли намного дальше, чем чугунные старички. Они были вечными и практически неуязвимыми, но их теплоотдача, эффективность, да и внешний вид оставляют желать лучшего. (См. также: Какие батареи лучше для квартиры )

Прогресс пошел дальше, и не так давно разнообразие батарей стало намного больше: алюминиевые, биметаллические, с цельным корпусом и секционные, цветные и однотонные, модели массового выпуска и уникальные дизайнерские варианты.

Старые чугунные батареи не выходят из обихода в силу своей универсальности, так как подходят под любую систему отопления, теплоноситель и неприхотливы к его качеству и чистоты. Современные чугунные радиаторы несколько лучше выглядят, часто к ним в комплекте идут декоративные решетки и другие приспособления для «маскировки» не совсем эстетически доскональных радиаторов.

Алюминиевые радиаторы – поле для фантазии дизайнеров и производителей. Именно они становятся лидерами продаж, в большой мере потому, что красиво выглядят и легко вписываются в даже самый прихотливый и стилизованный интерьер. К тому же теплопроводность алюминия трудно преувеличить, что делает их экономными и очень эффективными. (См. также: Какой радиатор отопления выбрать )

Когда необходимо правильно рассчитать батареи отопления, важно учитывать такие нюансы. Но, такие, казалось бы, идеальные радиаторы имеют существенный недостаток – они очень требовательны к чистоте и качеству теплоносителя, что делает их не совсем универсальными.

Стальные радиаторы тоже довольно прочные и долговечные. К тому же, есть продукция из стали делится на два ценовых сектора: для простых людей производят панельные быстро нагревающиеся модели, а для клиентов побогаче – придуманы трубчатые стальные батареи.

Они довольно красивые, легко вписываются в интерьер, имеют лаконичный дизайн, прочное верхнее покрытие, легко моются, не накапливают пыль. Если есть необходимость рассчитать батареи отопления своего дома стоит отталкиваться от того, панельная батарея будет использоваться или же секционный вариант. (См. также: Мощность чугунных радиаторов отопления )

Самыми новыми и продвинутыми признано считать биметаллические батареи, которые сделаны из стали внутри и алюминия снаружи. Они очень красивые, очень экономные, но, могут использоваться только в системах с высоким внутренним рабочим давлением. А значит, пригодны они только для квартир. И если приходится рассчитать батареи для дачи или частного дома, необходимо отказаться от биметаллических секционных батарей.

На вопрос, как рассчитать размер батареи отопления не стоит руководствоваться размерами оконного проема. Гораздо важнее учитывать строительные нормативы установки радиаторов, чтобы не терялась их эффективность и теплоотдача.

Чтобы внедрить радиатор в отопительную систему понадобиться около 15 см с одной или другой стороны. От пола придется отступить около 8-10 см. Столько же – от подоконника. От стенки, к которой будет крепиться радиатор необходимо отступить около 3-5 см. за батареей можно поместить отражатель, который увеличит отдачу тепла и исключит неэффективный нагрев стенки за радиатором. (См. также: Биметаллические радиаторы отопления )

Если стоит вопрос, размещать один большой радиатор или несколько маленьких, лучше остановится на последнем варианте. Чем меньше батарея, тем быстрее она прогреется и начнет отдавать тепло в помещение.

Также ошибочным считается мнение, что размер батареи влияет на ее теплоотдачу. Это не так. На производительность и эффективность радиатора влияет только его общая суммарная мощность или мощность каждой секции отдельно.

Расчет батареи делается для каждого отдельно взятого помещения или комнаты, а не для дома в целом. Выбирая размер радиатора необходимо исходить из параметров комнаты, ее высоты, общей площади. И это не только технические тонкости, но и чисто эстетическое виденье. (См. также: Батареи отопления )

Так, слишком громоздкий радиатор в маленькой комнате с низким потолком или малой площадью будет смотреться некрасиво, чересчур выпячиваться и привлекать к себе излишнее внимание. Размеры фабричных батарей, чаще всего, стандартные, но рабочих размеров все равно несколько, что даст возможность выбрать подходящий.

Когда нужно узнать, сколько батарей стоит приобрести, необходимо вычислить не общее количество батарей, а рассчитать количество секций батареи, а точнее, их суммарную мощность. А уже из этого показателя выплывет количество батарей. Оно может варьировать в зависимости от того, какие радиаторы будете покупать: большие или маленькие.

Итак, для расчетов понадобиться площадь комнаты, ее высота, и несколько стандартных показателей.

Для начала площадь умножают на высоту, определив общий объем воздуха, который необходимо прогревать. После этого, показатель объема умножаем на стандартный показатель 41. Это взято из санитарных норм, где сказано, что для оптимального обогрева 1 куба воздуха необходимо тратить 41 ватт тепловой энергии. Умножение объема комнаты на 41 даст общую мощность радиаторов для конкретно взятой комнаты.

Чтобы рассчитать количество секций придется всего лишь общую мощность разделить на показатель мощности одной секции выбранного типа радиаторов. Этот показатель указан в технических характеристиках к каждому радиатору.

Формула расчета одинакова для всех радиаторов, будь они чугунные, биметаллические или стальные. Учитывать можно другие факторы:

  • Длинный выступающий подоконник, который накрывает радиатор. Если такой имеет место, к мощности установленного под ним радиатора необходимо прибавить 10%.
  • За каждое окно в комнате тоже прибавляют по 10%.

  • Если комната, не утепленная, и имеет деревянные окна, в формулу ставят показатель 41, если же установлены пластиковые окна или утеплены пол, потолок, либо же стены, берется показатель, ниже: в диапазоне от 35 до 40. Чем больше утепление, тем ниже показатель.
  • За каждую внешнюю стенку необходимо будет прибавить по 5 % к общей мощности радиаторов на комнату.
  • Если в результате вычислений получаются не круглые числа, лучше округлить их в большую сторону, так как в расчетах ничего не сказано о потерях тепла, которые будут в любом случае. Незначительное увеличение всех показателей даст возможность учесть эти потери и пробрести батареи чуть мощнее, чем необходимо. Это даст возможность избежать холода и недостатка силы радиаторов.

    Рассчитывать сколько секций понадобиться можно в том случае, если система отопления монтируется с нуля. В случае простой замены старых радиаторов на более современные, стоит просто подсчитать количество секций на старых батареях и приобрести столько же новых.

    Если задаетесь вопросом, что новые секции будут более продуктивны, не беспокойтесь, можно будет ставить эконом режим на котле, прикручивать кран на самих радиаторах, регулировать уровень потребляемого топлива другими способами.

    Чтобы ни пришлось: рассчитать батареи для квартиры, частного жилого дома или офисного помещения, есть ряд тонкостей, о которых забывают при расчетах. О теплопотерях говорилось выше, а вот о дополнительных источниках тепла – нет. Это актуально для офисных помещений и других рабочих мест. Выбирая радиаторы в рабочую кантору важно учесть факт наличия незначительных дополнительных источников тепла, таких как, офисная техника, большое количество людей, бытовая техника. Те же компьютеры во время работы излучают тепло, и неправильный расчет мощности батарей может в результате привести к постоянной жаре, пересушенному воздуху, дискомфортному микроклимату на рабочих местах.

    Также не стоит приобретать слишком мощные отопительные приборы, это будет неэффективно, слишком затратно и выльется на постоянный перегрев, который чреват быстрым износом самого оборудования, другой техники, плохого самочувствия людей.

    Также, очень важно, в какую отопительную систему будут установлены радиаторы. Например, если будет нижнее подключение труб подачи и отвода воды, мощность любого радиатора уменьшится на 20%.

    Интересующий всех вопрос, влияет ли цена радиатора на его качество – несколько некорректен. Да, чем мощнее радиатор, тем он дороже. Но, также на цену влияет материал, используемый для изготовления радиаторов, его стойкость к коррозиям, внешним повреждениям, внешний вид, массовость выпуска, уровень морального старения самой технологии производства. Чем новее и совершеннее, тем, соответственно, и дороже.

    Расчет батарей, приведенный в этой статье самый простой. Он довольно эффективен, учитывает много побочных и малозаметных факторов. Его может применять даже тот, кто ничего подобного никогда не делал. Если же заниматься умножением и вычислением процентов не хочется или нужен более точный результат, можно обратиться к профессионалам.

    Есть компании, которые за определенную плату сделают детальный и очень подробный расчет количества и мощности радиаторов. Они используют другие методы и делают расширенный анализ, включая в расчеты:

  • Климатические особенности зоны, где находится дом или офис,
  • Температурные режимы, максимальные, минимальные и среднестатистические показатели отопительного сезона,
  • Конструкцию и материал стен, покрытия, изоляций и утеплительных материалов,
  • Соотношение квадратуры окон и всей комнаты,
  • Процентные особенности эффективности отопительной системы.

    Нет ничего сложного в выборе радиаторов и расчетах по их силе, теплоотдаче, или вычисление оптимального местонахождения, главное не перегибать палку, внимательно все оценивать и учитывать максимум из доступной информации, которая вам доступна.

    Использование материалов разрешено только при наличии индексируемой ссылки на страницу с материалом. По всем вопросам обращайтесь на [email protected]

    Источник: http://www.otopimdom.ru/index.php?id=1177

    Так же интересуются
    08 марта 2022 года
  • Как рассчитать мощность и количество радиаторов отопления?

    Для климатической зоны Беларуси и европейской части России, при стандартных условиях (одно окно, одна дверь, одна внешняя стена, обычные окна), принято брать 41 Ватт тепловой мощности на 1 м³ объема помещения. Исходя из этого, не трудно рассчитать количество секций радиаторов необходимое для обогрева помещения.

    Рассмотрим на примере комнату 4 м на 5 м и стандартной высотой потолка 2,7 м. Для начала найдем объем нашей комнаты 4×5×2,7=54 м³. Теперь умножим полученный объем на 41 Ватт. 54×41=2214 Ватт, столько нам потребуется для обогрева комнаты. Если Вы уже определились с выбором радиаторов отопления, то без труда можно рассчитать их количество, зная теплоотдачу одной секции. Я возьму для примера 180 Ватт теплоотдача одной секции радиатора, тогда их количество будет равно 2214÷180=12,3, полученное число округлим до 13. То есть, для обогрева нашей комнаты нам понадобится 13 секций радиаторов по 180 Ватт каждая. Наш расчет был произведен при условии, что температура теплоносителя составляет 70°С, если у Вас эта температура ниже, то следует соответственно увеличивать количество секций.

    Так же необходимо учитывать теплопотери помещения. Стеклопакет уменьшит потери тепла на 15-20%, соответственно можно уменьшить количество секций. Если комната угловая, то теплопотери примерно на 20% будут больше. Так же можно учесть теплопотери в зависимости от степени утепления Ваших стен, расположена ли комната на первом или последнем этаже. Если Вы собираетесь закрыть радиаторы декоративной панелью, то учтите, что это приведет к потере 20-30% теплоотдачи радиаторов.

    Если Вы собираетесь заменить чугунные батареи на другой вид радиаторов, то можно провести более легкий расчет. Для чугунных радиаторов с межосевым расстоянием 600 мм теплоотдача будет составлять 150 Вт. Вам просто нужно взять количество установленных у Вас секций радиаторов и умножить их на 150 Вт, получите общее количество тепла получаемого Вашими чугунными батареями. И находим, как было описано выше, количество секций радиаторов другого вида. Можно взять поправку на то – холодно у Вас было с ними или жарко, соответственно добавить или отнять несколько секций. Также приблизительную мощность радиатора в стандартном жилом помещении можно брать из расчета 1 кВт мощности на 10 кв.м. площади комнаты.

    материал и количество секций

    1.
    2.
    3.

    Особое значение при обустройстве любого жилища, безусловно, уделяется оборудованию качественной системы отопления. Чтобы теплоснабжение дома работало стабильно и в меру экономично, требуется правильно подобрать отопительные приборы, которые будут выполнять обогрев жилого помещения. О том, как выбрать радиатор, а также о типах оборудования и их технических характеристиках далее и пойдет речь.

      Разновидности отопительных приборов

    Подбор радиаторов отопления – очень ответственный процесс, поэтому, прежде чем решить, какому варианту отдать предпочтение, следует подробно изучить виды этих приборов, а именно:
    1. Чугунные батареи . Этот материал является традиционным в оборудовании системы отопления и используется уже не один десяток лет. При этом современные модели аккумуляторов, изготовленные из чугуна, внешне практически ничем не отличаются от привычных всем старых изделий.Однако если вы желаете приобрести уникальный по своей конструкции прибор, всегда можно найти образцы радиаторов, имеющих особое конструктивное решение. внешность.

         Так или иначе, стандартное оборудование имеет не только неважный дизайн, но и необходимость обеспечения большого внутреннего сечения секции, что неизбежно замедляет скорость циркуляции теплоносителя в ней. В результате такая батарея требует промывки не реже двух раз в год.

         Среди недостатков таких моделей следует отметить также низкую устойчивость чугунных радиаторов к гидроударам. Стандартное рабочее давление в таких устройствах колеблется от трех до десяти атмосфер.

         Еще один минус таких моделей – частые протечки, возникающие в пространстве между секциями, так как установленные в этих местах паронитовые прокладки со временем начинают пропускать воду. Эту проблему можно решить, только перебрав систему аккумуляторов и заменив эти прокладки.

      Осуществляя подбор радиаторов, особенно для чугунных изделий, необходимо помнить, что для оптимизации работы всей системы отопления и устранения возможных неисправностей в теплое время года рекомендуется производить сброс радиатора.Никакого вреда оборудованию такое мероприятие не нанесет, наоборот, избавит устройство от любых протечек и не допустит образования коррозионного покрытия.
    2. Алюминиевые радиаторы . Теплопроводность этого материала значительно превышает теплопроводность чугуна, что положительно сказывается на эффективности алюминиевых радиаторов. Кроме того, эти батареи гораздо прочнее, поэтому внутреннее сечение секции небольшое, и теплоноситель циркулирует в нем быстро, не забивая внутреннее пространство в процессе эксплуатации.

         Алюминиевые батареи обычно имеют очень привлекательный внешний вид и могут гармонично вписаться в любой интерьер. Однако у этих агрегатов есть и недостатки: например, их устойчивость к гидравлическим ударам оставляет желать лучшего, так как их рабочее давление обычно не превышает параметр в 16 атмосфер. Алюминий также склонен к образованию гальванических пар с другими металлами. Это означает, что при наличии в контуре отопления алюминиевых и медных элементов алюминиевые части конструкции со временем могут разрушиться.
    3. Современным решением в обустройстве отопления является использование биметаллических радиаторов . Корпус этих устройств состоит из алюминия, оснащен оребрением, а сердечник – из стали, устойчивой к коррозии. Рабочее давление этих устройств может достигать 200 атмосфер, в результате чего КПД батареи Нагрев биметалла очень высокий.

         Основным недостатком таких устройств является их высокая стоимость.
    4. Стальные радиаторы отопления .К этой категории можно отнести несколько видов устройств – пластинчатые батареи, трубчатые радиаторы и конвекторы. Если говорить о долговечности, то самыми надежными являются пластинчатые модели стальных батарей и конвекторов, их эксплуатация в системах отопления не требует особых условий.

         Приборы пластинчатого типа имеют компактные размеры, их толщина очень мала, поэтому, производя подбор радиаторов отопления по площади помещения, в случае нехватки места, можно обратить внимание именно на такие блоки.Но, как становится понятно, из-за небольшой толщины стенки сталь в таких изделиях плохо справляется с воздействием коррозии.
    5. Говоря о конвекторах как о отопительных приборах стоит упомянуть их вариант, который выполнен с применением меди и алюминия. Поток теплоносителя в таких устройствах осуществляется по медной трубке, так как именно этот материал обладает высокой теплопроводностью.

         Ребрение представлено алюминием, в результате чего значительно снижается цена устройства.Несмотря на то, что общая стоимость таких моделей довольно высока, они отлично справляются с обогревом дома, обеспечивая отличную теплоотдачу даже при своих небольших размерах.
    6. Рассматривая, как выбрать радиатор, следует упомянуть и те изделия, которые можно изготовить своими руками. Такие агрегаты обычно называют регистрами и представляют собой несколько стальных труб большого диаметра, соединенных в непрерывный замкнутый контур. Соединение составных частей этих устройств осуществляется сваркой (сверху монтируется воздушник, а снизу приваривается перемычка).

         Несмотря на некоторую внешнюю неповоротливость таких агрегатов, они способны качественно обогреть жилое помещение, не затрачивая большого количества энергии.

      Как выбрать радиатор отопления – основные критерии выбора

       На выбор того или иного отопительного прибора большое влияние оказывают некоторые специфические особенности обустраиваемого помещения, но благодаря широкому всегда можно подобрать нужный вариант..

    Итак, прежде чем купить то или иное оборудование, следует ознакомиться со следующими рекомендациями по выбору отопительных приборов:

    • центральное отопление, скорее всего, будет оснащено биметаллическими отопительными приборами, способными стойко переносить любые температурные режимы и нестабильность давления в таких системах. Так, скачки давления в ЦО довольно часто, это может быть вызвано как быстрым открытием клапана элеваторного узла, так и отрывом клапана винтового клапана или резким перекрытием клапана пробкового типа. Благодаря своей долговечности биметаллические радиаторы смогут защитить всю систему от внезапных повреждений и предотвратят неожиданное затопление.

         Важно помнить, что установку биметаллической батареи крайне не стоит делать на вкладыш из пластика или металлопластика.Единственно правильным решением будет установка таких батарей вместе с трубами из оцинкованной стали;
    • в зданиях частного типа, где отопительный контур управляется автоматически, а основными нагревательными элементами выступает котел; лучше всего использовать алюминиевые радиаторы, так как по своей теплоотдаче они примерно равны биметаллическим моделям, а стоимость их значительно ниже.

         В том случае, если площадь здания большая, то еще одним вариантом устройства отопительного прибора является установка медно-алюминиевого конвектора под полом. В такой конструкции останутся видны только горизонтально расположенные решетки, служащие местом отвода горячего воздуха;
    • в помещениях бытового характера типа гаражей, теплиц и т. д. лучше всего будет выбрать тот, который будет сочетать в себе хорошие показатели теплоотдачи наряду с невысокой стоимостью. Такое устройство может сделать самодельная регистратура, которая изготавливается под размеры помещения.


      Как рассчитать количество секций в батарее по площади

       Принцип расчета количества секций в бытовых отопительных приборах пластинчатого, трубчатого типа, а также в конвекторах не представляет сложности, т. указывается непосредственно производителем (читайте также: «»).Как правило, среднее значение для одной секции составляет параметр 180 Вт.
       Для того, чтобы рассчитать необходимое количество секций, необходимых для конкретной конструкции, необходимо параметр общего теплопотребления разделить на коэффициент теплопередачи одной секции. Например, если потребность в тепле для конкретного помещения составляет 12000 Вт, то количество секций легко рассчитать по следующей формуле: 12000/180 = 67 секций.

    Таким образом, можно сказать, что нет особых трудностей в выборе отопительного прибора, наиболее подходящего для той или иной конструкции отопительного прибора; технические особенности как самого здания, так и отопительного прибора.Для того, чтобы более подробно изучить все варианты обогревателей, вы всегда можете обратиться к установщикам такого оборудования или поставщикам, которые способны предоставить подробные фото моделей и видео, как правильно их подключить.

    Видео о том, как правильно выбрать радиатор:


    Выбор любого радиатора начинается с определения количества тепла, которое он должен вырабатывать в квартире или доме. Этот показатель можно рассчитать по-разному.Среди них есть как простые, так и сложные. Самый простой предполагает использование площади и учет высоты помещения (но этот показатель в расчетах участия не принимает).

    Стандартный метод выбора

    Используется только при высоте помещения менее 3 м. Он реализован следующим образом:

    1. Определить площадь комнаты.   Например, это 25 м².
    2. Полученную цифру умножьте на 100 Вт.  По СНиП этот показатель является нормой.В документе сказано, что на каждый квадратный метр должно вырабатываться 100 Вт. Получается, что источник тепла должен создавать 2 500 Вт или 2,5 кВт.
    3. Полученная мощность делится на теплоотдачу одной секции батареи.   Этот шаг выполняется, когда вы планируете установить аккумулятор. Как известно, такую ​​конструкцию имеют чугунные, алюминиевые и биметаллические отопительные приборы. Если в аккумуляторе есть секция с теплоотдачей равной 150 Вт, то нужно покупать устройство с 17 секциями (2 500/150 = 16.6, округлить только вверх).

    С этим дело обстоит несколько иначе. Они представляют собой цельную конструкцию, которую нельзя увеличивать или уменьшать. Поэтому учитывайте их полную мощность. Однако установка одного большого радиатора мощностью 2,5 кВт была бы ошибкой. Это связано с тем, что для этих батарей используется другой метод расчета.
    Некоторые особенности стандартного метода
      Сказанное относится к тем помещениям, которые имеют одну наружную стену, и теплопотери в которых невелики.

    Однако, если в помещении повышенные теплопотери, то суммарную мощность отопительных приборов (в нашем случае 2,5 кВт) необходимо скорректировать.

    Настройка должна быть:

    1. Увеличение итоговой цифры на 20% в случае, если помещение угловое (т.е. две стены внешние).
    2. Увеличение общей мощности на 10% при нижнем подключении радиатора.
    3. Снижение общего количества тепла на 15-25%, если в помещении пластиковые окна.


      В каждом случае к 2,5 кВт добавляется или отнимается определенная сумма процентов. Если все эти факты имеют место, то цифра 2,5 кВт превратится в 2,625 кВт. Затем нужно установить радиатор с 18 секциями.

    Еще проще

    По нему на отопление 2 кв. м необходимо установить одно ребро. В дополнение к общему количеству ребер добавьте еще одно. Если помещение имеет площадь 25 кв. м, то нужно подобрать отопительный прибор с 25/2=12.5 ребер.

    Округлив эту цифру и прибавив к ней 1, получим 14 ребер. Как видите, этот результат меньше числа, полученного стандартным методом.

    Конечно, отсутствие 3-х ребер не позволит нормально отапливать помещение. Поэтому этот метод лучше всего использовать в качестве приближенного. На момент покупки не должен использоваться как основной.

    Для его определения недостаточно одной площади помещения. Необходимо знать высоту, а также нанести цифру 41.По СНиП радиатор отопления должен вырабатывать 41 Вт на 1 куб. м. Как видно, для подбора устройства панельного отопления нужно делать расчет по объему.

    Алгоритм прост:

    1. Определение площади.
    2. Определение объема (площадь, умноженная на высоту).
    3. Умножить объем на 41.
    4. Окончательный результат корректируется в соответствии с вышеуказанными процентами.

    После получить. Можно установить одно мощное устройство.Этот вариант подходит для помещений, в которых есть одно большое окно. Если их две, то лучше использовать две панели с теплоотдачей 1,25 кВт.

    Аналогично подбираются отопительные приборы для помещений с высотой потолков более 3 м.

    Расчет радиаторов отопления – чрезвычайно важная задача. Неправильно подобранные батареи с недостаточным количеством секций не смогут должным образом обогреть жилое помещение. Большее количество секций, чем необходимо, приведет к неэффективности системы отопления.

    Современный рынок предоставляет огромный выбор отопительных приборов, в том числе дизайнерских радиаторов. Батареи водяного отопления различаются по материалу, теплопотерям и теплопередающей способности. Прежде чем сделать окончательный выбор, следует уточнить параметры дома – это позволит не ошибиться в решении вопроса.

    Типы радиаторов

    В современных квартирах используются радиаторы из таких материалов:

    • сталь;
    • чугун
    • ;
    • алюминий
    • ;
    • биметалл.

    По конструктивным свойствам делятся на две группы:

    При выборе аккумуляторов важно знать следующее:

    1. Мощность обогревателей обязательно должна соответствовать норме отопления: на квадратный метр помещения, имеющего одну наружную стену и окно, должно приходиться 100 Вт.
    2. 30% к расчетной мощности добавляется, если две стены внешние и два окна.
    3. К мощности добавляется 5-10%, в том случае, если окна выходят на север или радиаторы установлены в нише.
    4. При совпадении вышеуказанных факторов проценты суммируются.


    Заранее рассчитайте также количество секций, а также тип радиаторов, ориентируясь на площадь помещения. Однако наличие высоких потолков не даст правильных результатов. Если высота помещения стандартная, то расчеты достаточно просты. Как уже было сказано, на один «квадрат» требуется 100 ватт в час, то есть несложно подсчитать, сколько секций нужно для обогрева помещения.

    Например, площадь комнаты 25 м2. Умножьте эту цифру на 100 и получите 2500. Это означает, что необходимо отапливать 2,5 кВт в час. Этот результат делят на указанное в документации на радиатор значение – количество тепла, выделяемое одной секцией.

    Итак, если мы знаем, что он выделяет 180 Вт, то производим такие действия; 2500 делим на 180 и получается 13,88. При округлении получается 14 – это количество секций отопительного прибора.

    Обязательно учитывайте потери тепла. Угловая комната, или та, в которой есть балкон, естественно медленнее нагревается и быстрее отдает тепло. Тогда расчет производится с запасом не менее двадцати процентов.

    Как правильно подобрать радиатор смотрите в видео:


    Произошла ошибка при настройке пользовательского файла cookie

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


    Настройка браузера на прием файлов cookie

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

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

    Почему этому сайту требуются файлы cookie?

    Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу. Предоставить доступ без файлов cookie потребует от сайта создания нового сеанса для каждой посещаемой вами страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.


    Что сохраняется в файле cookie?

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

    Как правило, в файле cookie может храниться только та информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта. Например, сайт не может определить ваше имя электронной почты, если вы не решите ввести его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступ к остальной части вашего компьютера, и только сайт, создавший файл cookie, может его прочитать.

    границ | Влияние толщины электрода и электролита на характеристики полностью твердотельной батареи, проанализированные с помощью уравнения песка

    Введение

    Батареи являются одним из наиболее широко используемых электрохимических накопителей энергии благодаря своей высокой энергии, позволяющей эксплуатировать устройства в течение длительного периода времени (Kim et al., 2015). Литий-ионная (Li)-ионная система является преобладающим решением для питания многих приложений, от небольших электронных устройств до электромобилей (Kurzweil and Garche, 2017). Поскольку потребность потребителей в выработке энергии постоянно растет, необходимо разрабатывать и оптимизировать новые аккумуляторные системы в зависимости от требований применения. В этом контексте металлический литий идеально подходит в качестве отрицательного электрода благодаря его высокой удельной емкости и низкому рабочему напряжению (Xu et al., 2014). Однако в сочетании с обычным жидким электролитом электроосаждение лития на металлическом литии происходит неравномерно, что приводит к низкой кулоновской эффективности и росту дендритов (Tarascon and Armand, 2001; Wu et al., 2019). Замена жидкого электролита твердым полимерным электролитом (ТПЭ) позволяет создать безопасные батареи с высокой плотностью энергии (Арманд, 1994; Агравал и Пандей, 2008).

    Что касается конструкции, практический блок литий-металлических батарей должен быть оптимизирован за счет состава положительного электрода и общей сборки материала, в частности, для снижения стоимости элементарного элемента (Gallagher et al., 2014). Цель состоит в том, чтобы создать долговечную батарею с высокой производительностью для получения увеличенной удельной энергии (Eftekhari, 2017; Schnell et al. , 2018; Цзэн и др., 2019). Что касается ТФЭ, достаточная ионная проводимость порядка 1 мСм·см -1 достигается при 80°C для электролита на основе ПЭО (Devaux et al., 2012). ПЭО обладает достаточно высокими механическими свойствами и гибкостью, чтобы его можно было перерабатывать методами горячего прессования, экструзии или литья под давлением с образованием тонких пленок толщиной от 10 до 100 мкм (Baudry et al., 1997; Porcarelli et al., 2016; Schnell). и др., 2018; Ян и др., 2019). Цель состоит в том, чтобы свести к минимуму толщину ТФЭ, чтобы уменьшить омические потери и увеличить плотность тока, ограниченную диффузией, во время работы батареи.Кроме того, ПЭО обладает другими преимуществами, такими как хорошая адгезия, электрохимическая и химическая стабильность по отношению к металлическому литию (Armand, 1983). Действительно, ПЭО обычно используется в качестве основного блока ТФЭ, который также будет содержать другие полимеры или добавки для улучшения желаемых свойств — числа переноса, механической прочности, электрохимического окна и т. д. (Bouchet et al., 2013; Zhang et al., 2017). ). LiFePO 4 является эталонным кандидатом в качестве положительных активных материалов благодаря его двухфазной окислительно-восстановительной реакции примерно при 3.43 В по сравнению с Li + /Li°, что обеспечивает безопасность (Padhi et al., 1997). Наконец, для данного состава электрода плотность энергии напрямую связана с загрузкой активного материала (Du et al., 2017). Таким образом, для данного активного материала увеличение толщины электрода является самым простым способом достижения более высокой удельной энергии.

    Состав электрода важен из-за загрузки активного материала и пористости электрода для достижения наилучших характеристик мощности при оптимальной толщине электрода (Newman, 1995; Yu et al., 2006, 2013). Чжэн и др. сообщили о положительных электродах, изготовленных из LiNi 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2 (NCM) или LiFePO 4 , и показали, что диффузия ионов Li внутри электролита в электроде была ограничение процесса разрядки (Zheng et al. , 2012). Интересно, что они показали, что конкретная скорость C , при которой емкость начинает падать, репрезентативна для общей производительности батареи. Емкость электрода и, следовательно, загрузка активного материала подчиняется отрицательному степенному закону со скоростью C .Поэтому, как и ожидалось, низконагруженные электроды обеспечивают более высокую производительность, чем их высоконагруженные аналоги. Аналогичный вывод в основном был сделан Gallagher et al. которые объединили экспериментальный и симуляционный подходы, а Heubner et al. на толстых электродах NCM (Gallagher et al., 2016; Heubner et al., 2019). Следовательно, процессы ионной диффузии, имеющие значение в аккумуляторной системе, должны быть полностью охарактеризованы, поскольку они определяют отклонение напряжения батареи до полного восстановления емкости, поскольку концентрация ионов лития достигает нулевой концентрации на катоде.Все остальные электрохимические процессы (миграция ионов и электронов, перенос заряда и т. д.) в основном связаны с «омическими» перепадами, которые просто увеличивают поляризацию батареи при увеличении скорости.

    Как правило, взаимосвязь между разрядной емкостью и C -скоростью аналогична для каждой аккумуляторной технологии. При низкой С -скорости емкость максимальна и постоянна. При C -скорость выше порогового значения емкость быстро падает (Gallagher et al., 2016).Такое поведение ограничивает возможности высокой скорости с точки зрения быстрой зарядки и быстрой разрядки (Doyle and Newman, 1997; Kang and Ceder, 2009). В литературе был разработан ряд эмпирических и полуэмпирических уравнений, основанных на феноменологической растянутой экспоненциальной функции затухания, чтобы соответствовать сигмоидальной форме кривой емкости- C / скорости (Gallagher et al., 2016; Wong et al., 2017; Heubner et al., 2018b; Tian et al., 2019). Физический смысл этих уравнений состоит в том, чтобы рассмотреть процесс релаксации, зависящий от времени, описывающий здесь одно явление, ограничивающее скорость диффузии. Таким образом, эти уравнения используют в качестве основных параметров (i) постоянную времени и (ii) значение эмпирического показателя степени для растяжения экспоненциальной функции. Значение показателя степени неясно, так как в некоторых исследованиях этому параметру присваивается постоянное значение, равное 2, или его можно оставить свободным для лучшего соответствия. Неопределенность в отношении этого эмпирического параметра аналогична неопределенности с показателем Пейкерта (Doerffel and Sharkh, 2006).

    Таким образом, известно, что ионная диффузия в электролите и в активных материалах является основным физическим ограничением, влияющим на емкость аккумулятора (Jiang and Peng, 2016).Таким образом, объединяя экспериментальный анализ и анализ моделирования, многие исследования направлены на повышение мощности и энергии от одиночной ячейки до уровня стека (Yu et al., 2006; Safari and Delacourt, 2011; Singh et al., 2015). Наиболее распространенной теоретической моделью является модель, разработанная Ньюманом и его коллегами на основе теории концентрированных растворов (Дойл и др. , 1993; Фуллер и др., 1994; Ньюман, 1995; Шринивасан и Ньюман, 2004). Полное описание данной аккумуляторной системы требуется для соответствия данным о циклировании, для которых требуется множество параметров.Некоторые из этих параметров, такие как число переноса, коэффициенты ионной диффузии, термодинамические факторы или извилистость, трудно получить должным образом, поскольку их определение является довольно сложным и неоднозначным, что может привести к большому приближению. Кроме того, каждый набор параметров необходимо определять заново каждый раз, когда производится химическая модификация (добавки, связующие вещества, состав электродов, активные материалы…), что может занять много времени.

    На практике быстрое определение разрядной емкости в зависимости от скорости C представляет интерес для экранирования серии батарей, в которых настраиваются многие параметры, такие как пористость, состав и загрузка электродов активным материалом или даже характер токосъемников. Еще в 1994 году был предложен протокол, состоящий из последовательных разрядов, начиная с самой высокой скорости C и заканчивая самой низкой без промежуточного этапа зарядки (Doyle et al., 1994). Совсем недавно Heubner et al. представили методологию, основанную на хроноамперометрическом измерении (Heubner et al., 2018a). Начиная с заряженных литий-ионных аккумуляторов, вместо подачи постоянного тока в качестве шага разрядки выполняется шаг постоянного напряжения при более низком напряжении отсечки аккумулятора. Зарегистрированный переходный ток затем преобразуется путем интегрирования текущего времени в относительную емкость.Этот метод, медленная зарядка плюс хроноамперометрия, занимает около дюжины часов, но имеет некоторые ограничения для полного определения емкости батареи, когда активные материалы проходят различные фазовые изменения при заряде (соответственно, при разряде). Как отмечают авторы, типичным примером такого материала является LiFePO 4 с двухфазным механизмом.

    . Здесь, во-первых, для сокращения затрат времени на проверку мощности батареи в зависимости от всех параметров была использована процедура циклирования, аналогичная описанной Doyle et al.используется (Doyle et al., 1994). Благодаря этой быстрой циклической процедуре соотношение между разрядной емкостью и плотностью тока определяется с хорошей точностью, по крайней мере, в 8 раз быстрее, чем обычное чередование циклов гальваностатического заряда-разряда. Затем мы предлагаем две взаимодополняющие методологии для быстрой оценки эффективного коэффициента диффузии рассматриваемого процесса ограничения скорости, что позволяет, сравнивая его с коэффициентом диффузии в частицы электролита или активного материала, определить, какой компонент можно оптимизировать.Эти методологии основаны на ограничении тока и времени Санда (Sand, 1901; Bard and Faulkner, 2001). Для этого использовались модельные полностью твердотельные аккумуляторы из металлического лития, электролит на основе ПЭО, выполняющий роль ТФЭ, и положительный электрод на основе ЛФП. При сохранении отрицательного электрода в избытке взаимосвязь между толщиной положительного электрода и ТФЭ хорошо понимается, и предоставляются общие правила для точного определения оптимального баланса толщин между ТФЭ и положительным электродом. Цель состоит в том, чтобы обеспечить простую физическую интерпретацию практических кривых сигнатур мощности на основе уравнения Санда, что позволяет определить эффективные ограничивающие диффузионные процессы в реальной системе.

    Экспериментальный

    Металлическая литиевая фольга была предоставлена ​​компанией Blue Solutions. Li хранили в перчаточном боксе, заполненном аргоном (Campus, Jacomex) со значениями ниже ppm H 2 O и O 2 . Твердый полимерный электролит (SPE) представляет собой статистический сополимер, содержащий ПЭО для обеспечения движения ионов и поли(пропиленоксид) для придания гибкости полученной мембране, легированный солью бис-трифторметансульфонимида лития (LiTFSI). Добавляли концентрацию соли лития, чтобы достичь молярного отношения этиленоксида к соли лития, равного 25. Соль лития и металлическая фольга лития хранятся в перчаточном боксе, заполненном аргоном (Campus, Jacomex) со значением ниже ppm H 2 0 и O 2 . Полимер и LiTFSI растворяли в диметилформамиде (ДМФА) при перемешивании при 350 об/мин и 80°С в течение 3 ч во флаконе. Когда раствор стал прозрачным, его перелили в чашку Петри из тефлона и дали высохнуть при температуре окружающей среды ( T ) в течение 8 часов. Затем для удаления растворителя чашку Петри помещали в печь при 60°С не менее чем на 3 сут.Полученную мембрану для ТФЭ отделяли от тефлоновой подложки и помещали в перчаточный бокс из аргона как минимум на неделю перед дальнейшими манипуляциями. Находясь в перчаточном боксе, SPE разрезали на широкие куски и несколько из них поместили в горячий пресс. Затем ТФЭ прессовали в течение нескольких минут при температуре 80°С и давлении 200 бар, регулируя количество ТФЭ. После прессования и охлаждения из прессованных кусков ТФЭ штамповали диски ТФЭ. Это привело к диску ТФЭ толщиной ( y ) 18, 36, 54, 108 и 216 мкм. Низкопористые (<5%) положительные электроды с использованием LiFeO 4 в качестве активных материалов были специально изготовлены компанией Blue Solutions методом экструзии. Толщина положительного электрода ( x ) составляла 20, 33, 48 и 60 мкм поверх алюминиевого токосъемника. Емкости электродов пропорциональны их толщине.

    Внутри глобуса из литиевой фольги был выбит литиевый диск диаметром 14 мм. Затем также вырезали слой ТФЭ в форме диска диаметром 16 мм.Два материала многократно ламинировали при 80°C и 3 барах с использованием самодельной машины для ламинирования до тех пор, пока ТФЭ полностью не сцеплялся с литием. Толщина электролита была проверена после процесса ламинирования, и никаких отклонений не наблюдалось. Диск положительного электрода диаметром 12 мм также был вырублен из электродной фольги. Было сделано несколько проходов через ламинатор, чтобы обеспечить адгезию между тремя слоями материала, составляющими литий-металлополимерную батарею. Сборки батарей различались по толщине положительного электрода и ТФЭ. Итак, по всему тексту литий-металлополимерные (LMP) батареи обозначаются LMP ( x y ) с x и y , соответствующими толщине электрода и SPE соответственно. Для каждой системы LMP ( x y ) собирали от 4 до 6 повторов.

    После сборки батарея была помещена в ячейку типа «таблетка» из нержавеющей стали CR2032 с использованием прокладок из нержавеющей стали и волнистой пружины. Ячейка для монет была запечатана с помощью обжимной машины внутри перчаточного ящика.В среднем на батарею в сборе с активной поверхностью S прикладывается 1,2 бара, соответствующая геометрической поверхности положительного электрода. Затем аккумуляторные элементы были извлечены из перчаточного ящика и помещены в держатель для монет. Ячейки-таблетки помещали в печь (Memmert), поддерживаемую при 80°C, и подключали к мультипотенциостату VMP3 (Bio-Logic SAS) с возможностью импеданса.

    Процедура циклирования состоит из серии гальваностатических циклов зарядки-разрядки между 2. 5 и 3,7 В по сравнению с Li + /Li°. По всему тексту потенциал батареи E относится к паре Li + /Li°. Первоначально аккумуляторы подвергают 8 циклам кондиционирования при низкой плотности тока ( Дж 0 ) одинаковых по заряду и разряду так, чтобы выдаваемая удельная емкость соответствовала эффективной емкости LiFePO 4 , 160 мАч.г − 1 . После этой начальной процедуры выполняется обычный гальваностатический цикл для получения характеристик мощности батареи.Он состоит из ряда последовательных стадий заряда и разряда путем постоянной зарядки при плотности тока Дж 0 и увеличения плотности тока разряда Дж n . Между каждым циклом зарядки/разрядки используется 30-минутный период отдыха для релаксации градиентов концентрации. Принимая во внимание периоды отдыха, эта обычная велосипедная процедура требует более чем недельного периода времени. На каждом шаге площадную зарядную емкость ( Q n ) рассчитывали путем интегрирования плотности тока Дж n по времени ( t ) во время гальваностатических стадий в соответствии с:

    Qn=∫Jn(t) · dt    (1)

    Для процедуры быстрой мощности, после описанных ранее гальваностатических циклов кондиционирования при Дж 0 , батареи полностью заряжаются также при Дж 0 , затем мы накапливаем несколько разрядов, разделенных периодом покоя 30 мин до ослабить градиенты концентрации. Мы начинаем с самой высокой плотности тока, затем следует 30-минутная релаксация, затем выполняется разряд при несколько более низкой плотности тока и так далее, до конечного этапа разряда при Дж 0 (самая низкая плотность тока). Это делается без зарядки аккумулятора между каждым этапом разрядки. Для ясности, циклическое поведение, эволюция E в зависимости от доли δ Li, внедренного в фазу Li δ FePO 4 , с 0 < δ < 1, для репрезентативного LMP (48-18) батарея представлена ​​на дополнительном рисунке 1.Эта быстрая процедура питания занимает около 1 дня, чтобы полностью завершиться от этапа зарядки до окончательного этапа разрядки, что по крайней мере в восемь раз короче, чем обычная процедура циклирования. Основное предположение этой процедуры циклирования состоит в том, что при запуске от полностью заряженной батареи разрядная емкость при заданной плотности тока Дж n является суммой разрядных мощностей, полученных при более высоких плотностях тока, Дж > Дж n , плюс полученный при применении J n . Другими словами, Q n ( J n ) вычисляется на основе следующего уравнения:

    Qn=∑N≥n[ JN.ΔtN]    (2)

    с Δ t N время, необходимое для разрядки аккумулятора при постоянной плотности тока Дж N .

    Для обеих процедур циклирования емкость, рассчитанная для каждой репликации батареи, находится в пределах типичного отклонения ниже 1%, что показывает очень хорошую воспроизводимость наших элементов.Это обязательное условие для дальнейшего анализа данных.

    Наконец, чтобы иметь независимое измерение транспортных свойств нашего электролита, была проведена спектроскопия электрохимического импеданса на литиевой симметричной ячейке, содержащей ТФЭ (Bouchet et al., 2003). Этот метод позволяет определить различные сопротивления ячейки, такие как электронное ( R c ), электролитное ( R el ), межфазное ( R int ) и диффузионное ( R d ) ) сопротивления. Литиевые симметричные элементы были собраны с помощью процесса ламинирования, аналогичного описанному для батарей LMP, и запечатаны в плоские батарейки CR2032. После помещения клеток в печь при 80°С проводили импедансную спектроскопию с использованием возбуждающего сигнала 40 мВ в диапазоне частот от 10 МГц до 0,1 Гц. Типичный график Найквиста, показывающий противоположность мнимой части импеданса [-Im ( Z )] в зависимости от действительной части [Re ( Z )], представлен на дополнительном рисунке 2. Электрическая эквивалентная схема отображается на вставка к дополнительному рисунку 2, содержащая сопротивление ячейки ( R c , R el , R int ), индуктивность кабеля высокой частоты ( A ) при высокой частоте элемент постоянной фазы для интерфейса ( CPE int ) и короткий элемент Варбурга ( W d ) для диффузионной петли на низких частотах позволяют смоделировать график Найквиста. Из элемента Варбурга выделяются два основных параметра, соответствующие R d и времени релаксации (τ r ) в максимуме четверти лемнискаты. R 6 D и R 9007 и R EL связаны с катионным переносом ( T + ), а τ R связаны с коэффициентом диффузии AmbiPipolar ( D AMB ) и Толщина ТПС y по следующим уравнениям (Sørensen and Jacobsen, 1982; Ross MacDonald, 1992; Bouchet et al., 2003):

    t+= Отн.Отн.+Rd    (3) τr= 2,54·(y2)2Damb    (4)

    Кроме того, D амб связан с коэффициентом диффузии Li + (DLi+) соотношением.

    DLi+= Damb2.(1-t+)    (5)

    Результаты и обсуждение

    Циклическое поведение типичной батареи LMP(48-18) показано на рисунке 1, который представляет E как функцию доли δ лития, введенного в фазу Li δ FePO 4 , при 0 < δ < 1, зафиксировано во время обычной езды на велосипеде. Для ясности на рисунке 1 представлен только репрезентативный заряд, выполненный при Дж 0 = 0,1 мА·см -2 , и указана некоторая плотность разрядного тока. Заряд батареи представляет собой типичное длинное плато около 3,44 В, соответствующее окислению материалов LFP (Padhi et al., 1997), за которым следует потенциостатический шаг при 3,7 В для достижения полной емкости электрода. Во время разряда наблюдается более низкое потенциальное плато около 3,40 В, соответствующее снижению LFP.Это плато менее выражено для ступеней разряда при Дж n выше 0,3 мА·см -2 из-за увеличения батареи градиента концентрации. Более того, эти наблюдения за обычным циклическим поведением типичной батареи LMP(48-18) остаются в силе для всех других рассмотренных батарей LMP( x y ) и связанных с ними повторов.

    Рисунок 1 . Типичные циклические профили, потенциал E в зависимости от доли δ Li, введенного в Li δ FePO 4 , в обычном тесте мощности для батареи LMP(48-18). Пунктирная синяя кривая — ступень заряда.

    Для обычного цикла (см. рисунок 1) и быстрого теста мощности (см. дополнительный рисунок 1) разрядные емкости были извлечены с использованием уравнений (1) и (2) соответственно. Затем каждое значение Q n было нормализовано по мощности разряда Дж 0 , обозначенной как Q 0 . Таким образом, на рис. 2 представлена ​​нормированная разрядная емкость, отношение Q n / Q 0 , в зависимости от плотности тока разряда, Дж n , для двух циклических процедур LMP( 48-18) батареи.Значения, представленные на рисунке 2, соответствуют средним значениям с их стандартными отклонениями от разных повторов батареи. Для обеих процедур и при низких значениях Дж n ниже 0,3 мА·см −2 , Q n остается близким к Q 0 на 3%. Для обеих процедур и для высоких значений Дж n , превышающих 0,3 мА·см −2 , отношение Q n / Q 0

    Дж быстро падает линейно с увеличением n до значений ниже 0. 2 когда Дж n > 1 мА·см −2 . Аналогично литий-ионным батареям (Gallagher et al., 2014), зависимость между разрядной емкостью и плотностью тока полностью твердотельных литиевых батарей представляет собой переходный режим при критическом значении плотности тока. Кроме того, точка данных, зарегистрированная при максимальном значении Дж n , при 2,8 мА·см −2 , отклоняется от линейного тренда n , когда J n > 0.3 мА·см −2 из-за эффекта суперконденсатора, возникающего из-за углеродных наполнителей с высокой поверхностью и покрытия частиц LFP. Такой емкостной эффект наблюдается только для самых высоких плотностей тока батарей LMP ( x y ) и не принимается во внимание при анализе данных, представленном в остальной части текста. Эволюция нормированных разрядных емкостей в зависимости от плотности тока прекрасно согласуется с обычным испытанием на цикличность и быстрым испытанием мощности. Действительно, различия в значениях Q n / Q 0 лежат в пределах погрешностей, как правило, когда J d > 0,3 мА·см −2 . Кроме того, соответствие между двумя процедурами также наблюдается для каждой изученной батареи LMP ( x y ). Таким образом, быстрый тест мощности является надежным инструментом для отображения производительности батареи в режиме экономии времени с высокой точностью по сравнению с обычной процедурой циклирования.В литературе можно найти и другие интересные процедуры циклирования, но они менее точны в отношении активных материалов с положительным фазовым переходом, таких как LFP (Heubner et al., 2018a).

    Рисунок 2 . Средняя нормированная емкость, отношение Q n / Q 0 , батареи LMP(48-18) в зависимости от плотности тока разряда, Дж n , для двух процедур циклирования. Символы соответствуют (♢) обычному циклическому тесту и (⃝) быстрому тесту мощности.

    Чтобы понять влияние толщины электродов на мощность батареи, на рисунке 3A представлена ​​средняя нормализованная разрядная емкость в зависимости от Дж n для батарей LMP ( x -18) со значениями x , равными 20, 33. , 48 и 60 мкм, а толщина ТФЭ поддерживается на уровне 18 мкм. Для каждой батареи LMP ( x y ), показанной на рисунке 3A, эволюция Q n / Q 0 с J 7 на рисунке 902 уже подробно описана. .Основное отличие каждой батареи заключается в расположении переходного режима между режимом плотности тока, где Q n остается близким к Q 0 , и режимом, где Q n / Q 7 уменьшается с J d . На основании рисунка 3А самый тонкий положительный электрод, более поздний Q n будет сильно отличаться от Q 0 . Аналогичный вывод можно сделать для всех других батарей LMP ( x y ), в которых y является постоянной величиной, а x составляет 20, 33, 48 или 60 мкм. Для полноты на дополнительном рисунке 3 показано отношение Q n / Q 0 как функция J n для LMP ( x 3 x 3 -36) и LMP0 ) батареи. В этом случае влияние толщины положительного электрода на мощность аналогично эффекту для литий-ионных аккумуляторов, содержащих жидкий электролит (Cornut et al., 2015; Heubner et al., 2018b). В качестве дополнительного случая на рисунке 3B показана средняя нормализованная разрядная емкость в зависимости от Дж n для батарей LMP(33- y ) со значениями y 18, 36 и 54 мкм, в то время как положительные толщина электрода постоянна и составляет 33 мкм.При заданной толщине положительного электрода переходный режим реализуется при меньшей плотности тока при увеличении толщины ТФЭ. Это наблюдение остается в силе для всех других батарей LMP ( x y ), в которых x постоянно, а y равно 18, 36, 54, 108 и 216 мкм. Для полноты на дополнительном рисунке 4 показано отношение Q n / Q 0 как функция J n для LMP(20- y 90(1-), LMP ) и LMP(60- y ). Из рисунков 3A, B видно, что мощность полностью твердотельных литиевых батарей зависит как от толщины положительного электрода, так и от толщины ТФЭ. Интересно, что в большинстве исследований стандартных литий-ионных аккумуляторов менялась только толщина электрода, что сглаживало влияние толщины электролита. Точное понимание того, как эти два параметра влияют на производительность батареи, в первую очередь представляет интерес для создания оптимизированной сборки батареи.

    Рисунок 3 . Средняя нормированная емкость, отношение Q n / Q 0 , в зависимости от плотности тока разряда Дж n . (A) LMP ( x -18) батареи с толщиной положительного электрода x из (оранжевый) 20, (синий) 33, (зеленый) 48 и (розовый) 60 мкм; и батареи (B) LMP(33- y ) с толщиной ТФЭ y (⃝) 18, (□) 36 и (△) 54 мкм.

    От каждого Q n / Q 0 против . J n графиков, определим плотность тока, соответствующую переходному режиму, как плотность тока, при которой Q n / Q 0 = 1 базовой линии (низкий J 7 n режим) пересекает линейную интерполяцию Q n / Q 0 vs.J n (высокий режим J n ). Это падение емкости связано с ограничением диффузии ионов лития, поэтому плотность тока, соответствующая этой точке данных, называется током ограничения диффузии, обозначаемым Дж lim . Для ясности графическое определение J lim показано на дополнительном рисунке 5 для батарей LMP (20-18). Чтобы лучше понять J lim , мы предлагаем методологию, основанную на уравнении Санда для метода управляемого тока (Sand, 1901; Rosso et al., 2006). По определению, для плотности тока выше Дж lim время Санда (τ с ) соответствует времени перехода, при котором поток ионных частиц недостаточно велик, чтобы удовлетворить приложенный ток. Уравнение Санда (Brissot et al., 1999) теоретически определяется как:

    τs= π.Damb.(n.F.CLi2.(1-t+).Jn)2    (6)

    с n количество обмененных электронов ( n = 1 для LFP), F постоянная Фарадея (9,648 10 4 Кл.моль −1 ), C Li концентрация Li в ТФЭ (Devaux et al., 2012), расположенных в электролите и положительном электроде (882 моль.м −3 для обоих), t + число катионного переноса и D амб коэффициент амбиполярной диффузии. Использование этого уравнения является приблизительным, поскольку условие границ плоского электрода не полностью соблюдается на стороне катода.

    Для Дж n Дж lim , τ с можно оценить как эквивалентное времени разряда.Другими словами, τ с при определенной плотности тока определяется как:

    τs(Jn)= QnJn, когда Jn≥Jlim    (7)

    D амб и t + соли лития в ПЭО можно измерить или рассчитать с использованием многих методов, таких как электрохимические методики, основанные на поляризации (Shi and Vincent, 1993; Geiculescu et al. , 2006) или релаксация (Mullin et al., 2011), спектроскопия импеданса (Bouchet et al., 2003), ЯМР импульсного поля (Hayamizu et al., 1999) или молекулярно-динамическое моделирование (Diddens et al., 2010) и многие другие. Изучая литературные данные и ориентируясь на электролит на основе высокомолекулярного ПЭО, при 80 °C D амб находится в диапазоне 5 10 −8 см 2 .s −1 и t + около 0,15. Кроме того, была проведена импедансная спектроскопия Li-симметричных ячеек, содержащих ТФЭ толщиной 18, 36 и 54 мкм. Электрическая эквивалентная схема (см. вставку к дополнительному рисунку 2) использовалась для подбора всех спектров импеданса, чтобы извлечь значения t + и D амб .DLi+, рассчитанное по уравнению (5), и t + не зависят от толщины ТФЭ со средним значением, согласующимся с литературным анализом, равным 3,4 ± 0,7 10 −8 см 2 . s −1 и 0,15 ± 0,02 соответственно.

    График зависимости τ s от Jn-2 показывает линейное поведение для точек данных, для которых выполняется условие J n J lim , что подтверждает поведение Санда.В качестве примера на дополнительном рисунке 6 показано τ с по сравнению с Jn-2 для батареи LMP (48-18), включая линию линейной регрессии. Тогда наклон линии регрессии прямо пропорционален D амб и, таким образом, DLi+. Учитывая, что t + составляет 0,15, как определено спектроскопией импеданса, DLi+ было рассчитано для каждой батареи LMP ( x y ). DLi+ не зависит от положительного электрода и толщины ТФЭ со средним значением 3.1 ± 0,6 10 −8 см 2 −1 . Таким образом, коэффициент диффузии Li + , определяемый уравнением Санда применительно к данным циклирования батареи, довольно похож на коэффициент диффузии Li + в пределах SPE. Таким образом, явлением, ограничивающим мощность в этих полностью твердотельных батареях, является диффузия катионов Li + в электролите от литиевого отрицательного электрода к алюминиевому токосъемнику положительного электрода, а не диффузия Li . + в активном веществе LFP (Doyle and Newman, 1995).Таким образом, использование уравнения песка является эффективным инструментом для быстрого определения эффективного ограничивающего процесса диффузии в батареях, когда Дж > Дж lim , т. е. при скоростях, при которых восстанавливается только часть полной емкости.

    Чтобы пойти дальше и сравнить все батареи LMP ( x y ) вместе, J lim было извлечено из каждого Q n / Q 9026 9026J n участков. На рис. 4 представлена ​​средняя нормализованная емкость как функция отношения Дж lim / Дж n для ПМП(20-18), ПМП(33-36), ПМП(48-216) и Аккумуляторы ЛМП(60-54). Все экспериментальные кривые нормализованной емкости аккумуляторов LMP ( x y ) накладываются на простую кривую, которая демонстрирует, что рассматриваемое ограничивающее явление является одним и тем же независимо от толщины электрода и электролита и обусловлено диффузией в полимерный электролит.В литературе обычно получают простую кривую, когда нормированную емкость представляют как функцию скорости С или ее обратную. Затем простая кривая аппроксимируется экспоненциальной функцией затухания, растянутой на эмпирическое значение, обычно равное 2, и корректируется с использованием параметра времени релаксации (Heubner et al., 2018b; Tian et al., 2019). В нашем случае полуэмпирическая функция не используется, так как единственный параметр соответствует физическому параметру J lim , определяемому графически.Следующим шагом является создание простой модели, чтобы лучше понять распределение J lim из-за диффузии в электролит и/или в электролит, переходящий в положительный электрод.

    Рисунок 4 . Средняя нормированная емкость, отношение Q n / Q 0 , как функция Дж lim / Дж n для ) батареи LMP(33–36), (∇) LMP(48–36) и (△) LMP(60–54).

    На рис. 5 представлены средние значения Дж lim различных батарей LMP ( x y ) в зависимости от толщины положительного электрода x . Для заданной толщины положительного электрода Дж lim увеличивается с уменьшением толщины ТФЭ. Значения Дж lim находятся в пределах значений, полученных для положительного электрода толщиной 20 мкм, между 0,06 и 0,48 мА·см -2 , когда y равно 216 и 18 мкм соответственно.Когда y = 18 мкм, Дж lim уменьшается линейно с x . Для более высокого значения y наклон распада J lim с x менее выражен по мере увеличения y до значения плато для самых высоких зарегистрированных толщин ТФЭ 216 мкм. Таким образом, наилучшие энергетические характеристики ожидаются от батареи, содержащей тонкий положительный электрод и тонкий слой ТФЭ. Однако, глядя на взаимодействие между значениями x и y , можно собрать батарею с более высокой удельной энергией без значительного ухудшения характеристик мощности.Действительно, Дж lim является показателем начала снижения емкости батареи от ее номинального значения, т. е. Q 0 . На рисунке 5 батарея LMP(60-18) показывает значение Дж lim выше, чем у LMP(20-36). Это означает, что J lim является слабой функцией толщины положительного электрода и сильной функцией толщины ТФЭ. Как следствие, для батарей LMP ( x y ) удельная объемная плотность энергии на один элемент может быть увеличена просто за счет выбора наилучшего компромисса между толщиной положительного электрода и ТФЭ.

    Рисунок 5 . Средний предельный ток Дж lim в зависимости от толщины положительного электрода x . Пунктирные линии — ориентиры для глаз в зависимости от толщины ТФЭ, y . Символы соответствуют толщине ТФЭ y (⃝) 18, (□) 36, (△) 54, (♢) 108 и (∇) 216 мкм. Цвета символов соответствуют толщине положительного электрода x : (оранжевый) 20, (синий) 33, (зеленый) 48 и (розовый) 60 мкм.

    Слабую зависимость Дж lim относительно х можно понять, если учесть, что эффективная поверхность, обеспечивающая диффузионный поток Li + на границе композитный электрод/электролит, меньше геометрической поверхности электрода из-за присутствия активного материала и углеродных частиц в композитном электроде. Так, плотность тока, соответствующая потоку Li + в ТФЭ, расположенном внутри электрода, выше, чем в электролите.Кроме того, диффузионная длина Li + зависит от извилистости электрода. Эти эффекты можно описать, введя параметр α с 0 < α ≤ 1, в котором полный путь диффузии Li + соответствует α. х + у . Можно ожидать, что диффузионный путь в композитном электроде должен быть длиннее толщины электрода из-за его извилистости. Однако здесь мы измеряем эффективное значение, и оказывается, что диффузия в электролите, находящемся в электроде, кажется выше, чем в исходном электролите, вероятно, из-за содержания влаги.Это приводит к значению α ниже единицы. На рисунке 6 J lim изображена как функция α. х + у . При настройке α на значение 0,35 все данные J lim сворачиваются в основную кривую, которая аппроксимируется с помощью обратной функции, показанной пунктирной линией на рис. 6, которая приводит к следующему уравнению:

    Jlim=K(α·x+y)    (8)

    с K = 13,2 мА·см −1 по методу наименьших квадратов ( R 2 > 0.99).

    Рисунок 6 . Предельная плотность тока, Дж lim , в зависимости от α. х + у . Пунктирная кривая соответствует подгонке, полученной с помощью обратной функции. Символы соответствуют толщине ТФЭ y (⃝) 18, (□) 36, (△) 54, (♢) 108 и (∇) 216 мкм. Цвета символов соответствуют толщине положительного электрода x : (оранжевый) 20, (синий) 33, (зеленый) 48 и (розовый) 60 мкм.

    Чтобы придать физический смысл параметру K в уравнении (8), LMP ( x y ) можно смоделировать с помощью одномерного подхода, который широко использовался группой Doyle et al.(1993). Таким образом, можно просто применить закон Фика в 1-D, в котором диффузионный ток пропорционален градиенту концентрации Li + , толщине процесса диффузии и коэффициенту диффузии ограничивающих явлений. На основании результатов, полученных на рис. 6, J lim является обратной функцией суммы α. x + y и соответствует, таким образом, значению тока, при котором градиент концентрации Li в аккумуляторе падает до нулевого значения на алюминиевом токосъемнике/положительном электроде. J lim можно выразить как функцию эффективного коэффициента диффузии Li + (DLieff) согласно формуле:

    Jlim= n·F·DLieff·(CLiα·x+y)    (9)

    Объединение уравнения (9) в (8) позволяет напрямую рассчитать соответствующее значение DLieff, равное 1,6 10 90 264 -8 90 265 см 90 264 2 90 265 . с 90 264 -1 90 265 на основе параметра K . В этом случае эффективный коэффициент диффузии находится в том же диапазоне, что и коэффициент диффузии Li + , определенный по методике Sand time.Вследствие этого эффективный коэффициент диффузии DLieff соответствует эффективному коэффициенту диффузии Li + DLi+ в ТФЭ от положительного электрода к слою электролита. Методология J lim менее точна, чем методика песочного времени, но ее гораздо быстрее реализовать, чтобы быстро определить ограничивающие явления диффузии в батареях. Кроме того, параметр α представляет интерес, поскольку он зависит от состава и извилистости электрода, а также от ионного транспорта внутри ТФЭ, используемого в положительном электроде.Изменчивость этих параметров в зависимости от состава электрода является инструментом для оптимизации состава и текстуры электрода, но выходит за рамки нашего исследования.

    Заключение

    Сигнатура питания батареи быстро определяется с помощью быстрого теста питания. Этот метод заключается в наложении последовательного гальваностатического разряда от высокой до низкой плотности тока. Результаты, полученные этим методом, идентичны результатам, полученным при обычном гальваностатическом циклировании, т.е.д., серия шагов заряда-разряда. При плотности тока выше предельной плотности тока ( Дж lim ) применение уравнения Санда для метода регулируемого тока оказалось эффективным для определения коэффициента диффузии лимитирующего процесса. Здесь, в литий-полимерных батареях, диффузия Li + в твердом полимерном электролите, действующем в качестве сепаратора батареи и связующего вещества положительного электрода, ограничивает рабочие характеристики батареи. Помимо быстрого определения J lim дается физический смысл этого параметра. J lim напрямую связан с эффективным коэффициентом диффузии Li + по всей батарее, который аналогичен коэффициенту, описываемому уравнением Санда. Следовательно, быстрое испытание мощности является эффективным методом для сравнения серий аккумуляторов, которые различаются по своей сборке, и для определения основного ограничивающего фактора и, таким образом, для оптимизации сборки аккумулятора. Конструкция батареи должна учитывать совокупный эффект как от толщины слоя ТФЭ, так и от толщины положительного электрода.Например, в наших батареях LMP для электролита толщиной 54 мкм можно использовать положительный электрод толщиной до 48 мкм без ухудшения характеристик батареи. Для полноты картины следует также учитывать другие факторы, помимо характеристик мощности, особенно в случае аккумуляторов на основе литий-металла с влиянием гетерогенного электроосаждения лития на этапе заряда. Чтобы пойти дальше, эту методологию следует применять к литий-металлическим полимерным батареям, имеющим различные составы положительного электрода, а также к другим аккумуляторным технологиям.

    Заявление о доступности данных

    Все наборы данных, созданные для этого исследования, включены в статью/дополнительный материал.

    Вклад авторов

    RB, DD, MD и ML разработали исследование проекта. МД и МЛ производили композитные электроды. DD, PD и HL проводили эксперименты. RB, DD и HL проанализировали данные. РБ и ДД написали рукопись. Все авторы прокомментировали рукопись.

    Финансирование

    Работа выполнена в контексте французского фонда FUI20 (Fond Unique Interministériel) с совместным проектом под названием ALEPH.

    Конфликт интересов

    MD и ML работают в компании Blue Solutions.

    Остальные авторы заявляют, что исследование проводилось при отсутствии каких-либо коммерческих или финансовых отношений, которые могли бы быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов.

    Благодарности

    Благодарим BPI (Banque Publique d’Investissement) и компанию Blue Solutions за финансовую поддержку.

    Дополнительный материал

    Дополнительный материал к этой статье можно найти в Интернете по адресу: https://www.frontiersin. org/article/10.3389/fenrg.2019.00168/full#supplementary-material

    Ссылки

    Агравал, Р. К., и Пандей, Г. П. (2008). Твердые полимерные электролиты: проектирование материалов и применение полностью твердотельных аккумуляторов: обзор. J. Phys. Д заявл. физ. 41:223001. дои: 10.1088/0022-3727/41/22/223001

    Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

    Арманд, М. (1983). Полимерные твердые электролиты — обзор. Ионика твердого тела 9–10, 745–754.дои: 10.1016/0167-2738(83)

    -8

    Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

    Бард, А. Дж., и Фолкнер, Л. Р. (2001). Основы электрохимических методов и их применение, 2-е изд. . Нью-Йорк, штат Нью-Йорк: John Wiley Sons, Inc.

    Академия Google

    Бодри П., Ласко С., Мажастр Х. и Блох Д. (1997). Разработка литий-полимерных аккумуляторов для электромобилей. Дж. Пауэр Сауэр. 68, 432–435. doi: 10.1016/S0378-7753(97)02646-3

    Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

    Буше, Р. , Ласко С. и Россо М. (2003). EIS-исследование анода Li/PEO-LiTFSI литий-полимерной батареи. Дж. Электрохим. соц. 150, А1385–А1389. дои: 10.1149/1.1609997

    Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

    Bouchet, R., Maria, S., Meziane, R., Aboulaich, A., Lienafa, L., Bonnet, J.-P., et al. (2013). Одноионные триблок-сополимеры БАБ как высокоэффективные электролиты для литий-металлических аккумуляторов. Нац. Матер. 12, 452–457. doi: 10.1038/nmat3602

    Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

    Бриссо, К., Россо, М., Шазальвиль, Ж.-Н., и Ласко, С. (1999). Механизмы роста дендритов в литий-полимерных ячейках. Дж. Пауэр Сауэр. 81–82, 925–929. дои: 10.1016/S0378-7753(98)00242-0

    Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

    Корнут, Р., Лепаж, Д., и Шугаард, С. Б. (2015). Интерпретация кривых разрядки литиевых аккумуляторов для облегчения определения источника ограничений производительности. Электрохим. Acta 162, 271–274. doi: 10.1016/j.electacta.2014.11.035

    Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

    Дево, Д., Буше, Р., Гле, Д., и Денойель, Р. (2012). Механизм транспорта ионов в комплексах ПЭО/LiTFSI: влияние температуры, молекулярной массы и концевых групп. Ионика твердого тела 227, 119–127. doi: 10.1016/j.ssi.2012.09.020

    Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

    Дидденс Д., Хойер А. и Бородин О. (2010). Понимание транспорта лития в рамках модели на основе Рауза для полимерного электролита PEO/LiTFSI. Макромолекулы 43, 2028–2036. дои: 10.1021/ma

  • 3h

    Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

    Дёрффель, Д., и Шарх, С.А. (2006). Критический обзор использования уравнения Пейкерта для определения остаточной емкости свинцово-кислотных и литий-ионных аккумуляторов. Дж. Пауэр Сауэр. 155, 395–400. doi: 10.1016/j.jpowsour.2005.04.030

    Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

    Дойл М. , Фуллер Т. и Ньюман Дж. (1993). Моделирование гальваностатического заряда и разряда литиевой/полимерной/вставной ячейки. Дж. Электрохим. соц. 6, 1526–1533. дои: 10.1149/1.2221597

    Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

    Дойл М. и Ньюман Дж. (1995). Использование математического моделирования при проектировании литий-полимерных аккумуляторных систем. Электрохим. Acta 40, 2191–2196. дои: 10.1016/0013-4686(95)00162-8

    Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

    Дойл М. и Ньюман Дж. (1997). Анализ данных о емкости литиевых аккумуляторов с использованием упрощенных моделей процесса разряда. Дж. Заявл. Электрохим. 27, 846–856. дои: 10.1023/A:1018481030499

    Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

    Дойл, М., Ньюман, Дж., и Реймерс, Дж. (1994). Быстрый метод измерения емкости в зависимости от скорости разряда для двойного литий-ионного вставного элемента, подвергающегося циклированию. Дж. Источники питания 52, 211–216. дои: 10.1016/0378-7753(94)02012-4

    Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

    Ду, З., Вуд, Д. Л., Даниэль, К., Калнаус, С.и Ли, Дж. (2017). Понимание ограничивающих факторов производительности толстых электродов применительно к литий-ионным батареям с высокой плотностью энергии. Дж. Заявл. Электрохим. 47, 405–415. doi: 10.1007/s10800-017-1047-4

    Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

    Эфтехари, А. (2017). Литий-ионные аккумуляторы с высокими скоростными характеристиками. ACS Sustain. хим. англ. 5, 2799–2816. doi: 10.1021/acssuschemeng.7b00046

    Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

    Фуллер, Т.Ф., Дойл М. и Ньюман Дж. (1994). Моделирование и оптимизация двойной литий-ионной вставной ячейки. Дж. Электрохим. соц. 141, 1–10. дои: 10.1149/1.2054684

    Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

    Gallagher, K. G., Goebel, S., Greszler, T., Mathias, M., Oelerich, W., Eroglu, D., et al. (2014). Количественная оценка перспектив литий-воздушных аккумуляторов для электромобилей. Энергетическая среда. науч. 7, 1555–1563. дои: 10.1039/c3ee43870h

    Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

    Галлахер, К.Г., Траск С.Е., Бауэр С., Вёрле Т., Люкс С.Ф., Чех М. и соавт. (2016). Оптимизация площадей за счет понимания ограничений литий-ионных электродов. Дж. Электрохим. соц. 163, А138–А149. дои: 10.1149/2.0321602jes

    Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

    Geiculescu, O.E., Rajagopal, R., Creager, S.E., DesMarteau, D.D., Zhang, X.W., and Fedkiw, P. (2006). Транспортные свойства твердых полимерных электролитов, приготовленных из олигомерных фторсульфонимидных солей лития, растворенных в высокомолекулярном полиэтиленоксиде. J. Phys. хим. Б 110, 23130–23135. дои: 10.1021/jp062648p

    Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

    Hayamizu, K. , Aihara, Y., Arai, S., and Martinez, C.G. (1999). Импульсно-градиентное спиновое эхо 1H, 7Li и 19F ЯМР-диффузия и измерения ионной проводимости 14 органических электролитов, содержащих LiN (SO 2 CF 3 ) 2 . J. Phys. хим. В 103, 519–524. дои: 10.1021/jp9825664

    Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

    Хойбнер, К., Ламмель К., Николь А., Либманн Т., Шнайдер М. и Михаэлис А. (2018a). Сравнение хроноамперометрического отклика и производительности пористых вставных электродов: к тесту на ускоренную скорость. Дж. Пауэр Сауэр. 397, 11–15. doi: 10.1016/j.jpowsour.2018.06.087

    Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

    Heubner, C., Nickol, A., Seeba, J., Reuber, S., Junker, N., Wolter, M., et al. (2019). Понимание влияния толщины и пористости на электрохимические характеристики LiNi 0.6 Co 0,2 Mn 0,2 O 2 Катоды на основе для высокоэнергетических литий-ионных аккумуляторов. Дж. Пауэр Сауэр. 419, 119–126. doi: 10.1016/j.jpowsour.2019.02.060

    Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

    Heubner, C., Seeba, J., Liebmann, T., Nickol, A., Börner, S., Fritsch, M., et al. (2018б). Полуэмпирическая концепция основной кривой, описывающая скорость литиевых вставных электродов. Дж. Источники питания 380, 83–91. doi: 10.1016/j.jpowsour.2018.01.077

    Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

    Цзян Ф. и Пэн П. (2016). Выяснение ограничений производительности литий-ионных аккумуляторов из-за видов и переноса заряда с помощью пяти характеристических параметров. наук. Респ. 6:32639. дои: 10.1038/srep32639

    Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

    Ким, Дж. Г., Сон, Б., Мукерджи, С., Шупперт, Н., Бейтс, А., Квон, О., и соавт. (2015). Обзор твердотельных аккумуляторов на литиевой и нелитиевой основе. Дж. Пауэр Сауэр. 282, 299–322. doi: 10. 1016/j.jpowsour.2015.02.054

    Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

    Курцвейл, П., и Гарш, Дж. (2017). «Обзор аккумуляторов для автомобилей будущего», в «Свинцово-кислотные аккумуляторы для автомобилей будущего» , редакторы Дж. Гарш, Э. Карден, П. Т. Мозли и Д. А. Дж. Рэнд (Амстердам: Elsevier BV), 27–96. doi: 10.1016/B978-0-444-63700-0.00002-7

    Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

    Маллин, С.А., Стоун, Г.М., Пандей, А., и Балсара, Н.П. (2011). Коэффициенты диффузии солей в блок-сополимерных электролитах. Дж. Электрохим. соц. 158, А619–А627. дои: 10.1149/1.3563802

    Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

    Ньюман, Дж. (1995). Оптимизация пористости и толщины аккумуляторного электрода с помощью модели зоны реакции. Дж. Электрохим. соц. 142, 97–101. дои: 10.1149/1.2043956.

    Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

    Падхи, А.К., Нанджундасвами, К. С., и Гуденаф, Дж.Б. (1997). Фосфооливины как материалы положительного электрода для перезаряжаемых литиевых аккумуляторов. Дж. Электрохим. соц. 144, 1188–1194. дои: 10.1149/1.1837571

    Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

    Поркарелли Л., Гербальди К., Белла Ф. и Наир Дж. Р. (2016). Сверхмягкий полностью полимерный электролит на основе оксида этилена для безопасных твердотельных литиевых батарей. наук. Респ. 6:19892. дои: 10.1038/srep19892.

    Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

    Росс Макдональд, Дж.(1992). Отклик импеданса/адмиттанса бинарного электролита. Электрохим. Acta 37, 1007–1014. дои: 10.1016/0013-4686(92)85216-8

    Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

    Россо, М., Бриссо, К., Тейссо, А., Долле, М., Саннье, Л., Тараскон, Ж.-М., и др. (2006). Эффект короткого замыкания дендритов и плавких предохранителей на элементах Li/Polymer/Li. Электрохим. Acta 51, 5334–5340. doi: 10.1016/j.electacta.2006.02.004

    Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

    Сафари, М.и Делакур, К. (2011). Математическое моделирование литий-железо-фосфатного электрода: гальваностатический заряд/разряд и зависимость пути. Дж. Электрохим. соц. 158, А63–А73. дои: 10.1149/1.3515902

    Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

    Sand, HJS (1901). О концентрации на электродах в растворе с особым упором на выделение водорода при электролизе смеси медного купороса и серной кислоты. Фил. Маг. 1, 45–79.дои: 10.1080/14786440109462590

    Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

    Schnell, J., Günther, T., Knoche, T., Vieider, C., Köhler, L., Just, A., et al. (2018). Полностью твердотельные литий-ионные и литий-металлические батареи — путь к крупносерийному производству. Дж. Пауэр Сауэр. 382, ​​160–175. doi: 10.1016/j.jpowsour.2018.02.062

    Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

    Ши, Дж. , и Винсент, Калифорния (1993). Влияние молекулярной массы на подвижность катионов в полимерных электролитах. Ионика твердого тела 60, 11–17. дои: 10.1016/0167-2738(93)-8

    Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

    Сингх, М., Кайзер, Дж., и Хан, Х. (2015). Толстые электроды для литий-ионных аккумуляторов высокой энергии. Дж. Электрохим. соц. 162, А1196–А1201. дои: 10.1149/2.0401507jes

    Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

    Соренсен, П.Р., и Якобсен, Т. (1982). Проводимость, перенос заряда и транспортное число — исследование полимерного электролита LiSCN-poly(этиленоксид). Электрохим. Acta 27, 1671–1675. дои: 10.1016/0013-4686(82)80162-X

    Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

    Шринивасан, В., и Ньюман, Дж. (2004). Модель разряда для литий-железо-фосфатного электрода. Дж. Электрохим. соц. 151, А1517–А1529. дои: 10.1149/1.1785012

    Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

    Тиан, Р. , Парк, С.-Х., Кинг, П.Дж., Каннингем, Г., Коэльо, Дж., Николози, В., и др. (2019). Количественная оценка факторов, ограничивающих производительность аккумуляторных электродов. Нац. коммун. 10:1933. doi: 10.1038/s41467-019-09792-9

    Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

    Вонг, Л.Л., Чен, Х., и Адамс, С. (2017). Разработка катодных материалов, проводящих быстрые ионы, для сетевых натрий-ионных аккумуляторов. Физ. хим. хим. физ. 19, 7506–7523. д. дои: 10.1039/C7CP00037E

    Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

    Wu, X., Song, K., Zhang, X., Hu, N., Li, L., Li, W., et al.(2019). вопросы безопасности литий-ионных аккумуляторов: материалы и конструкция элементов. Фронт. Энергия рез. 7:65. doi: 10.3389/fenrg.2019.00065

    Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

    Xu, W., Wang, J., Ding, F., Chen, X., Nasybulin, E., Zhang, Y., et al. (2014). Литий-металлические аноды для аккумуляторных батарей. Энергетическая среда. науч. 7, 513–537. дои: 10.1039/C3EE40795K

    Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

    Ян, Дж., Ван, X., Чжан, Г., Ma, A., Chen, W., Shao, L., et al. (2019). Высокоэффективный твердый композитный полимерный электролит для всех твердотельных литиевых аккумуляторов благодаря легкому регулированию микроструктуры. Фронт. хим. 7:388. doi: 10.3389/fchem.2019.00388

    Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

    Yu, D.Y.W., Donoue, K., Inoue, T., Fujimoto, M., and Fujitani, S. (2006). Влияние параметров электродов на катоды LiFePO 4 . Дж. Электрохим. соц. 153, А835–А839.дои: 10.1149/1.2179199

    Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

    Ю, С., Ким, С., Ким, Т. Ю., Нам, Дж. Х., и Чо, В. И. (2013). Прогнозирование модели и эксперименты по оптимизации конструкции электродов LiFePO 4 /графита в литий-ионных батареях большой емкости. Бык. Корейский хим. соц. 34, 79–88. doi: 10.5012/bkcs.2013.34.1.79

    Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

    Цзэн, X., Ли, М., Абд Эль-Хади, Д., Алшитари, В., Al-Bogami, A.S., Lu, J., et al. (2019). Коммерциализация технологий литиевых батарей для электромобилей. Доп. Энергия Матер. 9:11. doi: 10.1002/aenm.2011

    Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

    Чжан, Х., Ли, К., Пищ, М., Койя, Э., Рохо, Т., Родригес-Мартинес, Л.М., и соавт. (2017). Одиночные литий-ионные проводящие твердые полимерные электролиты: достижения и перспективы. Хим. соц. Ред. 46, 797–815. дои: 10.1039/C6CS00491A

    Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

    Чжэн, Х., Li, J., Song, X., Liu, G., и Battaglia, VS (2012). Всестороннее понимание влияния толщины электрода на электрохимические характеристики катодов литий-ионных аккумуляторов. Электрохим. Acta 71, 258–265. doi: 10. 1016/j.electacta.2012.03.161

    Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

    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 сократить выбросы 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 существенно 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. Кроме 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 разных 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 уменьшить зависимость от Co без ущерба для производительности. .

    Оценка состояния литиевых батарей для хранения энергии на основе двойного расширенного фильтра Калмана

    Как правило, аккумуляторные батареи контролируются системой управления батареями (BMS) для обеспечения эффективности и надежности системы накопления энергии.SOC и SOH представляют энергию и срок службы батареи соответственно. Они являются основными аспектами аккумуляторной BMS. Традиционный метод предполагает, что SOC определяется интегралом входного и выходного тока от батареи с течением времени, что является подходом, основанным на разомкнутом контуре, и часто сопровождается низкой точностью оценки и накоплением ошибок датчиков. Вклад этой работы заключается в создании новой модели эквивалентной схемы, основанной на внешней характеристике литиевой батареи, и определении параметров батареи с учетом влияния затухания емкости, отскока напряжения и характеристик внутренней емкости-сопротивления.Корреляция между омическим внутренним сопротивлением и реальной емкостью определяется испытанием на деградацию. Затем двойной расширенный фильтр Калмана (DEKF) используется для прогнозирования состояния литиевой батареи в реальном времени. И с помощью анализа моделирования и экспериментов осуществимость и точность метода оценки хорошо доказаны.

    1. Введение

    Литиевая батарея широко используется в области накопления энергии благодаря ее высокой плотности энергии, длительному сроку службы, высокому напряжению и исключительной безопасности [1].В целом, чтобы обеспечить эффективность и надежность системы накопления энергии, аккумуляторные блоки контролируются системой управления батареями (BMS). И оценка состояния батареи является важной функцией BMS. Точная онлайн-оценка состояния может способствовать четкому мониторингу состояния заряда (SOC) и работоспособности (SOH) батареи, чтобы можно было выполнять разумную зарядку-разрядку для поддержания ее высокоэффективных рабочих условий и длительного срока службы [2].

    SOC и SOH представляют соответственно энергию и срок службы батареи. Они являются основными аспектами аккумуляторной BMS. Традиционный метод предполагает, что SOC определяется интегралом входного и выходного тока от батареи во времени. Это подход на основе разомкнутого контура, результат которого часто сопровождается плохой точностью оценки и накоплением ошибок датчиков [3]. Кроме того, в прошлом изменения емкости батареи не учитывались в течение срока службы; таким образом, метод оценивания имел большие недостатки [4]. По сути, это необратимые химические реакции и физические изменения в рабочем процессе батареи, которые делают SOC и SOH тесно связанными друг с другом.Неправильный метод оценки состояния батареи может привести к преждевременному повреждению и износу батареи [5]. Поскольку сопротивление и емкость батареи со временем изменяются, максимальная мощность и энергия, которые может передать батарея, будут уменьшаться. Эта техническая проблема может быть решена путем одновременной оценки SOC и SOH батареи [6].

    Традиционные методы оценки, включая метод внутреннего сопротивления, метод подсчета кулонов (CC), метод напряжения холостого хода и метод заряда нагрузки, имеют некоторые ограничения в практическом применении из-за отсутствия возможности исправления ошибок и в значительной степени зависят от высокой точности сенсоров и слабого воздействия окружающей среды [7]. В настоящее время, с развитием современной теории управления, появились новые алгоритмы, которые постоянно используются для оценки состояния батареи. Plett [8] предложил метод сигма-точечной фильтрации Калмана (SPKF) применительно к алгоритмам BMS посредством анализа нелинейных характеристик батарей. И лучший результат был получен по сравнению с традиционным методом фильтрации Калмана. Флейшер и др. [9] представили метод прогнозирования состояния доступной мощности, основанный на структуре адаптивной нейро-нечеткой системы вывода.Метод обеспечивает точное прогнозирование мощности в низкотемпературной среде. Ли и др. [10] исследовали метод линейной ошибки прогнозирования и метод нейронной сети в оценке состояния батареи, а затем обнаружили, что последний имеет лучшую точность в краткосрочном прогнозировании. Чен и др. [11] применили генетический алгоритм для оценки параметров модели батареи на основе анализа модели емкостно-резистивной цепи. Точность и надежность результатов значительно улучшились, но его производительность в реальном времени была ограничена.

    Вклад этой статьи заключается в создании новой модели эквивалентной схемы, основанной на внешней характеристике литиевой батареи, и определении параметров батареи с учетом влияния снижения емкости, отскока напряжения и характеристик внутренней емкости-сопротивления. Корреляция между омическим внутренним сопротивлением и реальной емкостью определяется испытанием на деградацию. Затем двойной расширенный фильтр Калмана (DEKF) используется для прогнозирования состояния литиевой батареи в реальном времени.И с помощью анализа моделирования и экспериментов осуществимость и точность метода оценки хорошо доказаны.

    Остальная часть статьи организована следующим образом. В разделе 2 создается модель эквивалентной схемы и определяются характеристические параметры батареи. В разделе 3 предлагается метод оценки состояния батареи и проводится анализ с помощью компьютерного моделирования. Раздел 4 содержит подробные экспериментальные процедуры и результаты. В разделе 5 представлены некоторые выводы.

    2. Модель аккумулятора и идентификация параметров
    2.1. Модель батареи

    Производительность батареи тесно связана с ее внутренними параметрами. А правило изменения характеристических параметров можно проанализировать, установив разумную эквивалентную модель [12]. Для проведения анализа состояния в реальном времени в модели необходимо учитывать не только рабочие характеристики, включая эффект восстановления напряжения, гистерезис и электродвижущую силу-SOC (ЭДС-SOC), но и сложный электрохимический механизм. следует избегать, насколько это возможно.Поэтому, ориентируясь главным образом на анализ внешних характеристик, новая схема, содержащая управляемый источник, устанавливается в качестве модели эквивалентной схемы литиевой батареи. Модель основана на теореме Тевенина и состоит из эквивалентного источника напряжения и эквивалентного импеданса, как показано на рисунке 1.


    2.1.1. Эквивалентный источник напряжения

    Источник напряжения связан с SOC, SOH и рабочими условиями батареи. Следовательно, эквивалентный источник напряжения состоит из электродвижущей силы и напряжения гистерезиса.Как источник напряжения, управляемый напряжением (VCVS), управляется напряжением . И это емкость батареи, которая связана с SOH. И ток, протекающий через, равен рабочему току. Таким образом, значение можно использовать для представления SOC батареи: где время работы и оставшаяся емкость.

    Напряжение гистерезиса также является источником напряжения, управляемым напряжением (VCVS), который управляется напряжением. Ток, протекающий через индуктивность, равен . На напряжение гистерезиса влияет предыдущий рабочий ток, характеристика которого может быть описана схемой, содержащей индуктивность.Величина определяется условиями заряда и разряда:

    Следовательно, эквивалент источника напряжения равен

    2.1.2. Эквивалентный импеданс

    Показатели емкости и сопротивления батареи описываются подмоделью эквивалентного импеданса, которая состоит из омического внутреннего сопротивления и сети емкостных сопротивлений [13]. вызвано материалами и специфической структурой батареи, которая будет увеличиваться с распадом SOH. Сеть емкостного сопротивления используется для описания эффекта отскока напряжения, вызванного поляризационной емкостью и поляризационным сопротивлением [14].Характеристики отскока модели ближе к реальному значению литиевой батареи с более высоким порядком сети. При этом сложность и время расчета модели будут возрастать с порядком. Учитывая точность модели и вычислительную эффективность, третий порядок вполне разумен. Тогда, в соответствии с откликом сети в нулевом состоянии, напряжение поляризации может быть представлено как

    . Следовательно, согласно теореме Тевенина, полная модель эквивалентной схемы литиевой батареи может быть выражена как

    . взаимосвязь внутренних параметров и внешней рабочей характеристики, включая ЭДС-SOC, гистерезис напряжения, эффект отскока и характеристику импеданса литиевой батареи, можно четко описать.

    2.2. Идентификация параметра

    При постоянной температуре 25°C выполняется тест импульсного разряда для литиевой батареи 18650 с максимальной нагрузкой для определения характеристических параметров модели. Емкость аккумулятора составляет 2900 мАч, а сила тока — 2,9 А. Испытательный ток показан на рисунке 2(а). SOC и напряжение во время теста показаны на рисунке 2(b).

    На основе данных испытаний электродвижущей силы баланса и соответствующего SOC можно получить характеристическую кривую с помощью метода подгонки полиномиальной сегментации, как показано на рисунке 3.


    Соответствующее математическое выражение iswhere – матрица коэффициентов, а

    Сети, находящиеся в нулевом состоянии, реагируют в период восстановления напряжения. Следовательно, согласно уравнению (5), выходное напряжение может быть представлено как где и являются, соответственно, напряжениями отскока на первом этапе и втором этапе и могут быть выражены как где , , , и .

    В соответствии с данными испытаний и уравнениями (8)∼(10) можно получить характеристическую кривую восстановления напряжения, как показано на рисунке 4.А параметры подгоночной кривой равны и . Таким образом, характеристические параметры батареи можно определить, как показано в таблице 1.


    3. Оценка состояния батареи
    3.1. Состояние батареи

    Состояние батареи включает состояние заряда (SOC) и состояние работоспособности (SOH). SOC — это остаточный заряд, который может быть высвобожден из батареи, который связан с начальным состоянием заряда, фактической емкостью и предыдущим током [15]: где — начальное состояние заряда, а — коэффициент коэффициента тока.

    SOH оценивается на основе емкости аккумулятора. Согласно стандарту отказа батареи, батарея считается недействительной, когда ее фактическая емкость падает до 80% от номинальной емкости [16]. Следовательно, SOH можно определить как где , и — соответственно номинальная мощность, фактическая мощность и допустимая мощность.

    Ионам лития в электролите препятствует интерфейс твердого электролита (SEI), прилипший к электроду литиевой батареи. При непрерывной электрохимической реакции SEI становится все толще и толще, а это означает, что препятствие для иона лития становится все более серьезным. Это видно по повышенному омическому внутреннему сопротивлению в макроскопическом виде [17]. Поэтому емкость батареи постепенно уменьшается, а омическое внутреннее сопротивление увеличивается при деградации батареи [18]. В нормальных рабочих условиях деградация батареи является длительным и медленным процессом. В данной работе изменения омического внутреннего сопротивления и емкости получены за счет ускорения роста твердоэлектролитных мембран в высокотемпературной рабочей среде. Кривая деградации показана на рисунке 5.


    Соответствующее математическое выражение:

    Согласно результатам анализа, SOC и SOH тесно связаны. Точность оценки SOC может быть повышена за счет учета влияния деградации пропускной способности.

    3.2. Принцип оценки DEKF

    Расширенный фильтр Калмана (EKF) представляет собой усовершенствованный метод, основанный на традиционном фильтре Калмана, который можно использовать для оценки нелинейных переменных состояния [19]. А когда необходимо оценить два набора переменных состояния, можно использовать двойную расширенную фильтрацию Калмана (DEKF) [20]. В данной работе оценивается SOC батареи, связанный с поляризационными сопротивлениями. Переменная состояния определяется как . Кроме того, SOH можно использовать для расчета фактической мощности для повышения точности оценки SOC. Хотя SOH нельзя измерить напрямую, его можно получить путем оценки омического внутреннего сопротивления по уравнению (13). Итак, другая переменная состояния определяется как . Кроме того, в фильтре Калмана необходима наблюдаемая переменная, связанная с переменными состояния [21].В соответствии с моделью батареи выходное напряжение можно рассматривать как наблюдаемую переменную, поскольку оно может быть измерено датчиком напрямую. Уравнение измерения в момент времени k показано как, где — характеристическое уравнение, а — шум измерения.

    Оценка состояния батареи по методу DEKF показана на рисунке 6.


    По результату последнего цикла емкость батареи на момент времени k может быть обновлена. Затем на основе модели эквивалентной схемы устанавливаются уравнения состояния, а также рассчитываются предварительные прогнозы состояния и по формуле где – переменная процесса, – шум процесса, – малое возмущение состояния. И является предварительной оценкой переменных состояния.

    Оценочные значения, полученные с помощью уравнений состояния, не могут избежать накопления ошибок процесса. Кроме того, первоначальные ошибки, которые могут существовать, трудно распознать и исправить [22]. Следовательно, необходимо установить наблюдаемую переменную, чтобы исправить предыдущую ошибку. Это ключ к алгоритму. В методе DEKF обе две переменные состояния должны быть скорректированы переменной наблюдения:

    Коррекция ошибок зависит от значения разности переменной наблюдения и усиления Калмана.определяется датчиком напряжения и рассчитывается по уравнению измерения. Усиление Калмана рассчитывается по формуле где — ковариации шума измерения, которые зависят от характеристик датчика. Матрицы Якоби переменных состояния показаны в уравнении (18). — ковариационные матрицы состояния, которые используются для отражения изменения переменных состояния, как показано в уравнении (19). где — ковариации шума процесса.

    3.
    3. Имитационная модель и анализ

    Проверка реального цикла занимает много времени.А для анализа алгоритма более эффективно моделировать условия работы батареи с помощью методики компьютерного моделирования [23]. Следовательно, в соответствии с принципом эквивалентной схемы батареи имитационная модель создается с использованием модулей математической логики и модулей элементов схемы в Matlab Simulink, как показано на рисунке 7. Чтобы обеспечить надежность анализа моделирования и отразить реальную работу характеристики батареи, параметры имитационной модели задаются в соответствии с таблицей 1.


    Оценка SOC выполняется с использованием метода DEKF в рабочих условиях прерывистого разряда 1C, как показано на рис. 8. Шум измерения и технологический шум имитируются гауссовскими белыми шумами. В соответствии с характеристиками датчика ковариации шума устанавливаются как и . Чтобы рассмотреть возможность исправления ошибок, моделируются четыре ситуации, где начальные ошибки соответственно установлены равными 0%, 5%, 10% и 15%, а размер шага равен 0,5 с. Результаты моделирования показаны на рисунке 9.


    На рисунке 9 начальные ошибки DEKF1∼ DEKF4 составляют соответственно 0%, 5%, 10% и 15%. Видно, что в процессе разряда в ситуации DEKF1, не имеющей начальной ошибки, оценка все еще близка к реальному значению. А в терминах DEKF2∼ DEKF4, содержащих разные начальные ошибки, их оценки постепенно приближаются к реальному значению. Таким образом, результаты показывают, что DEKF имеет хорошую сходимость и стабильность и может исправить первоначальные ошибки в оценке состояния батареи.

    4. Эксперимент
    4.1. Экспериментальная установка

    Для проверки осуществимости и точности метода DEKF при реальной оценке SOC эксперименты выполняются схемой BMS. Структура схемы состоит из блока литиевых батарей, схемы контроля батареи (BMC), блока управления батареей (BCU) и верхнего компьютера, как показано на рисунке 10(a). В эксперименте аккумуляторная батарея состоит из 12 последовательно соединенных элементов MAX LOAD 18650. Микросхема LTC6804-1 используется для контроля данных батареи.BCU — это микроконтроллер Linduino. Верхний компьютер и BCU обмениваются данными через последовательный периферийный интерфейс (SPI), как показано на рисунке 10(b). Нагрузкой является резистор, а ток регулируется скользящим реостатом.

    Эксперименты по оценке SOC выполняются, соответственно, с использованием традиционного метода CC и метода DEKF в рабочих условиях состояния разомкнутой цепи, состояния разряда постоянным током и состояния прерывистого разряда.

    4.2. Результаты и обсуждение
    4.2.1. Состояние разомкнутой цепи

    Когда первоначальный заряд составляет 92 %, оценка SOC выполняется в состоянии разомкнутой цепи. Измеряемое напряжение почти остается постоянным из-за нулевого рабочего тока, как показано на рисунке 11. Когда начальная ошибка равна 0, SOC, оцененная обоими методами, близка к 92% с небольшими колебаниями, как показано на рисунке 12 (а). Поскольку ток равен нулю, CC-SOC и REAL-SOC в это время имеют одинаковое значение, и две кривые в основном совпадают. И когда существует начальная ошибка 2%, SOC, оцененное методом DEKF, может сходиться к реальному значению, но оценка по-прежнему содержит начальную ошибку с использованием метода CC, как показано на рисунке 12 (b).


    4.2.2. Состояние разрядки постоянным током

    Измеряемое напряжение постоянно снижается в состоянии разряда постоянным током при 1,5 °C, как показано на рис. 13. Видно, что градиент велик на стадиях высокого и низкого SOC, в то время как градиент намного меньше средние этапы, что отражает характеристику литиевой батареи. Когда начальная ошибка равна 0, SOC, оцененный методом DEKF, близок к реальному значению, в то время как значение метода CC постепенно отклонялось от реального значения, как показано на рисунке 14(a).И когда вводится начальная ошибка 10%, оценка метода CC по-прежнему содержит почти полную ошибку, в то время как ошибка явно уменьшается методом DEKF, как показано на рисунке 14 (b).


    4.2.3. Состояние прерывистого разряда

    Изменение измеряемого напряжения в состоянии прерывистого разряда 1C показано на рис. 15. Видно, что напряжение имеет тенденцию к снижению, но в фазе прерывистого разряда происходят некоторые отскоки и скачкообразные изменения из-за характеристики отскока батарея.


    При начальных ошибках 0 и 10% результаты оценки SOC показаны на рисунке 16. Видно, что SOC может отслеживать реальное значение как на стадии отсечки, так и на стадии разряда, в то время как на метод СС оказывается серьезное влияние по ошибкам.

    4.2.4. Анализ ошибок

    В состоянии разомкнутой цепи точность метода CC полностью зависит от начальной ошибки из-за нулевого рабочего тока, в то время как DEKF может исправить ошибку за короткое время. В рабочих условиях, даже если начальная ошибка равна 0, максимальные ошибки КК соответственно достигают 8% и 12%, а метода ДЭКФ менее 2%.С точки зрения ситуации, когда вводится начальная ошибка 10%, а ошибка метода CC все еще очень велика во всех процессах эксперимента. Но метод DEKF имеет хорошую сходимость, и начальную ошибку можно постепенно уменьшить путем корректировки уравнения состояния и уравнения наблюдения.

    Средние погрешности двух методов в разных условиях приведены в табл. 2. Видно, что при наличии или отсутствии исходных погрешностей средние погрешности ДЭКФ составляют менее 2,7 %, что также намного меньше погрешностей КК. метод.Кроме того, DEKF обладает хорошей робастностью и может хорошо справляться с влиянием начальных ошибок, в то время как метод CC во многом зависит от стабильного начального значения и точности датчиков. Таким образом, доказано, что DEKF хорошо работает при оценке SOC литиевой батареи.

    +
    + + девяносто один тысяча семьсот восемьдесят четыре
    +
    Состояние открытого цепи Состояние разряда с постоянным цепью прерывистый штат разряда
    0 Первоначальная ошибка (%) 2% начальная ошибка (%) 0 начальная ошибка (%) 10% начальная ошибка (%) 0 начальная ошибка (%) 10% начальная ошибка (%)

    DEKF2 0,2 0,8 1,3 1,8 2,7
    CC 0 1,8 4,2 11,4 6,5 13,3
    5.
    Выводы

    (1) На основе теоремы Тевенина создана новая модель эквивалентной схемы, которая может описать рабочие характеристики литиевой батареи. Внутренние параметры, включая емкость, омическое внутреннее сопротивление, сопротивление поляризации и емкость, идентифицируются по подгоночной характеристической кривой.Соотношение эквивалентного внутреннего сопротивления и емкости получено путем экспериментов со сроком службы батареи. (2) Принцип DEKF, используемый для оценки состояния батареи, проанализирован на основе соотношения SOC и SOH. Создана имитационная модель для анализа способности оценки с учетом различных начальных ошибок. (3) Эксперименты по оценке SOC выполняются, соответственно, с использованием традиционного метода CC и метода DEKF в трех различных рабочих условиях. По сравнению с результатами оценки методом СС, результаты DEKF все еще близки к реальным значениям, даже при наличии погрешностей датчиков.Когда вводятся 10% начальных ошибок, DEKF может исправить ошибки, и оценка может быстро сходиться к реальным значениям. Средние ошибки составляют менее 3% во всех видах условий работы, что подтверждает работоспособность алгоритма.

    Доступность данных

    Данные, использованные для поддержки результатов этого исследования, можно получить у соответствующего автора по запросу.

    Конфликт интересов

    Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов в связи с публикацией данной статьи.

    Благодарности

    Авторы хотели бы выразить признательность за поддержку Национальной ключевой программы исследований и разработок Китая (грант № 2016YFC0802900) и фондов фундаментальных исследований для центральных университетов.

    Влияние структуры пор электрода и раствора

    %PDF-1.7 % 1 0 объект > эндообъект 2 0 объект >поток 2019-09-06T11:25:20-07:002019-09-06T11:25:20-07:002019-09-06T11:25:20-07:00Заявитель ПриложениеPDF Pro 5.5uuid:21dc163f-ac69-11b2-0a00- 782dad000000uuid:21dc4e04-ac69-11b2-0a00-80efcefffe7fapplication/pdf

  • Исследование смачивания электролитом литий-ионных аккумуляторов: влияние структуры пор электродов и раствора
  • Принц 12. 5 (www.princexml.com)AppendPDF Pro 5.5 Linux Kernel 2.6 64bit 2 октября 2014 г. Библиотека 10.1.0 конечный поток эндообъект 5 0 объект > эндообъект 3 0 объект > эндообъект 8 0 объект > эндообъект 9 0 объект > эндообъект 10 0 объект > эндообъект 11 0 объект > эндообъект 12 0 объект > эндообъект 37 0 объект > эндообъект 38 0 объект > эндообъект 39 0 объект > эндообъект 40 0 объект > эндообъект 41 0 объект > эндообъект 62 0 объект > эндообъект 63 0 объект > эндообъект 64 0 объект > эндообъект 65 0 объект > эндообъект 66 0 объект > эндообъект 75 0 объект >поток xrp. 8uluUF BoάzY6Z2VZqXXB563ᮭA# $֑\c!fPuXYspokeu8ryuV1SWipactice_UΆ\Ƞł|@Sc5kB R B}0D$vajzLSX|bi9—KG[Mypp=Yj*kk’ 5 т

    Анализ затрат на свинцово-кислотные и LFP

    Литий LiFePO4 и анализ стоимости свинцово-кислотных аккумуляторов


    Возьмем в качестве примера солнечную установку для отдельно стоящего здания (Self Sufficient Home). Емкость аккумулятора составляет 50 кВтч.

    Требования к приложениям приведены в таблице выше:

    Технические характеристики Значение
    Накопленная энергия 50кВтч
    Циклическая частота 1 разрядка/зарядка в день
    Средняя температура окружающей среды 23°С
    Ожидаемый срок службы 3000 циклов или 8 лет

    Стоимость доставки и установки рассчитывается исходя из объемного соотношения 6:1 для литиевой системы по сравнению со свинцово-кислотной системой. Эта оценка основана на том факте, что плотность энергии литий-ионных аккумуляторов в 3,5 раза выше, чем у свинцово-кислотных, а скорость разряда составляет 100 % по сравнению с 50 % для аккумуляторов AGM.

    Исходя из предполагаемого срока службы системы, свинцово-кислотный аккумулятор на основе раствора необходимо заменить 5 раз после первоначальной установки. Литий-железо-фосфатный раствор в процессе эксплуатации не заменяется (ожидается от аккумулятора 3000 циклов при 100% циклов DoD)

    Стоимость цикла, измеряемая в евро/кВтч/цикл, является ключевым показателем для понимания бизнес-модели.Для его расчета считаем сумму стоимости аккумуляторов + затраты на транспортировку и установку (умножить на количество замен аккумулятора за время его эксплуатации). Сумма этих затрат делится на чистое потребление системы (50 кВтч за цикл, 365 циклов в год, 8,2 года использования). Результат сведен в таблицу ниже:

    Свинцово-кислотный AGM Литий-ионный
    Установленная мощность 100 кВтч 50 кВтч
    Полезная емкость 50 кВтч 50 кВтч
    Срок службы 500 циклов при глубине разряда 50 % 3000 циклов при 100% глубине разряда
    Количество установок 6 (1 + 5 замен) 1
    Стоимость батареи 60 000 € (100 €/кВтч x 100 x 6) 20 000 € (400 €/кВтч x 50 x 1)
    Стоимость установки 12 000 € (2 000 € за установку x 6) 2000 € (разовая установка)
    Транспортные расходы 6 000 € (1 000 € за транспорт x 6) 1 000 € (установка за один раз)
    ИТОГО СТОИМОСТЬ 78 000€ 23 000€
    Стоимость полезного кВтч за цикл 0. 42 € / полезный кВтч (78 000 / 3000 / 50) 0,15 € / полезный кВтч (23 000 / 3000 / 50)

    Таким образом, общая стоимость владения в расчете на один полезный кВтч примерно в 2,8 раза дешевле для решения на основе лития, чем для решения на основе свинцовой кислоты.

    Мы отмечаем, что, несмотря на более высокую себестоимость литиевой технологии, стоимость сохраненного и поставленного кВтч остается намного ниже, чем для свинцово-кислотной технологии. Причина связана с внутренними качествами литий-ионных аккумуляторов, а также с более низкими транспортными расходами.

    Этот случай действителен для любого типа приложений, требующих цикла глубокой разрядки. Тяговые или автономные системы EV соответствуют тем же критериям. С другой стороны, для систем ИБП или резервных батарей описанная выше модель неприменима, поскольку циклы разрядки для таких систем по определению случайны.

    Эта статья является исключительной собственностью PowerTech Systems.

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован.