Gamykla nusprendžia uždengti savo didelį atvirą karšto vandens baką storu izoliuotu dangčiu, kad taupytų energiją ir sumažintų garų bei dūmų kiekį. Esamas PTFE šildytuvas, kuris buvo idealiai pritaikytas atviram bakui, staiga tampa didžiuliu pertekliumi naujam, uždengtam pastoviam darbui. Tačiau vis tiek reikia šildyti šaltą baką iš aplinkos ryte. Norint nustatyti naujo arba pakaitinio šildytuvo dydį pagal šį modifikuotą scenarijų, reikia atlikti atskirų asmenybių skaičiavimą. ThePTFE šildytuvo dydžio modifikuotas izoliuotas dangtistaikymas turi atsižvelgti į dvi visiškai atskiras šilumines užduotis: nepakitusią šildymo galią ir žymiai sumažintą techninės priežiūros galią.
Dvi skirtingos PTFE panardinamojo šildytuvo pareigos
Bendra PTFE panardinamojo šildytuvo galia turi atitikti du nepriklausomus reikalavimus. Vieno neturi įtakos pridėjus dangtį; kitas yra iš esmės sumažintas.
1. Įkaitimo funkcija (nekeičiama dangčio)
Įkaitimo režimas – tai galia, reikalinga pakelti visą skysčio masę nuo šalčiausios numatomos įleidimo temperatūros (pvz., 10 laipsnių žiemą) iki norimos darbinės nustatytosios vertės (pvz., 80 laipsnių) per nurodytą laiką (pvz., 2 valandas). Tai apskaičiuojama naudojant pagrindinę šilumos lygtį:
P_įkaitinimas=(m × Cp × ΔT) / (t × 3600)
Kur:
m=skysčio masė (kg)
Cp=specifinė skysčio šiluminė talpa (pvz., 4,18 kJ/kg·K vandeniui)
ΔT=temperatūros kilimas (K arba laipsnis )
t=pageidaujamas įkaitinimo laikas (valandomis)
Rezultatas kilovatais (kW)
Izoliuotas dangtis neturi įtakos šiam skaičiavimui. Kaitinimo fazės metu dangtis neuždedamas -bakas pradeda šalti, o dangtis paprastai uždaromas tik užpildžius baką ir prasidėjus šildymui. Net ir uždarius dangtį nuo pat pradžių, tai nesumažina skysčio šiluminės masės ar reikiamo temperatūros kilimo. Įkaitimo galia priklauso tik nuo skysčio tūrio, specifinės šilumos ir pageidaujamo greičio. Todėl modifikuoto bako ši vertė išlieka lygiai tokia pati, kaip ir atviram bakui.
2. Techninės priežiūros pareiga (dramatiškai sumažinta dangčiu)
Techninės priežiūros pareiga – tai galia, reikalinga nuolatiniams šilumos nuostoliams iš rezervuaro kompensuoti esant pastoviai darbo temperatūrai. Šiluma prarandama trimis būdais:
Skysčio paviršiaus išgarinimas– Paprastai dominuojantis nuostolis atviroms karšto vandens talpykloms.
Šoninės ir apatinės sienos– Laidumas per bako medžiagą ir izoliaciją (jei yra).
Vamzdžių jungtys ir jungiamosios detalės– Nedideli nuostoliai.
Izoliuotas dangtis praktiškai pašalina garavimo nuostolius, nes užsandarinamas skysčio paviršius nuo atmosferos. Dangtis taip pat sumažina konvekcinius ir spinduliavimo nuostolius iš viršaus. Dėl to bendra priežiūros apkrova gali būti sumažinta 40–60% ar daugiau, priklausomai nuo dangčio izoliacijos storio ir bako temperatūros. Pavyzdžiui, atviram 80 laipsnių vandens bakui gali prireikti 10 kW priežiūros galios; su gerai priglundančiu izoliuotu dangčiu tam pačiam bakui gali prireikti tik 4–5 kW.
Konfliktas dėl dydžio: kodėl mažesnė techninės priežiūros galia negali būti vienintelis kriterijus
Jei šildytuvas būtų pritaikytas tik naujai, mažesnei priežiūros apkrovai (pvz., 5 kW, o ne 10 kW), jis galėtų išlaikyti baką šiltą vieną kartą nustatytame taške. Tačiau bako pašildymas nuo šalčio užtruktų nepraktiškai ilgai. Naudojant tą patį pavyzdį, 5 kW šildytuvui gali prireikti 8–10 valandų, kad 2000 litrų vandens pakeltų nuo 10 laipsnių iki 80 laipsnių, o tinkamo dydžio 15 kW galios šildytuvas tai pasiektų per 2 valandas. Gamybos aplinkoje toks ilgas kaitinimas būtų nepriimtinas.
Todėl galutinė pasirinkta šildytuvo galia turi būtididesnė iš dviejų verčių: nepakitusi šildymo galia. Dangtis taupo energiją, tačiau tai nekeičia fizikos, kiek energijos reikia šaltam bakui pašildyti nuo aplinkos iki darbinės temperatūros.
Praktinio dydžio nustatymo pavyzdys
Apsvarstykite 1500 litrų dengimo baką, užpildytą vandeniu. Norima darbinė temperatūra: 80 laipsnių. Įleidimo temperatūra: 15 laipsnių. Norimas įkaitinimo laikas: 2 valandos.
Šildymo apskaičiavimas:
m=1500 kg
Cp=4.18 kJ/kg·K
ΔT = 65 K
t = 2 h
P_šildymas=(1500 × 4,18 × 65) / (2 × 3600)=56.6 kW
Priežiūros skaičiavimas (atviras bakas):
Paviršiaus plotas=2 m² (pavyzdys)
Garavimo nuostoliai ≈ 5 kW esant 80 laipsnių
Sienos nuostoliai ≈ 2 kW
Iš viso ≈ 7 kW
Priežiūros skaičiavimas (su izoliuotu dangčiu):
Garavimo nuostoliai ≈ 0,5 kW (minimalūs)
Sienos nuostoliai nepakitę ≈ 2 kW
Iš viso ≈ 2,5 kW
Šildymo poreikis (56,6 kW) yra daug didesnis nei bet kuris techninės priežiūros rodiklis. Šildytuvo galia turi būti 56,6 kW, nepriklausomai nuo dangčio. Dangtis neleidžia mažesnio šildytuvo; tai tik sumažina šildytuvo darbo ciklą, kai pasiekiama nustatyta vertė. Praktiškai 56,6 kW galios šildytuvas įsijungs ir išsijungs cikliškai, kad užtikrintų 2,5 kW priežiūros apkrovą ir veikia tik 4–5 % laiko. Energijos taupymas pasiekiamas dėl mažesnio važiavimo dviračiu, o ne dėl mažesnio įrengto pajėgumo.
Vatų tankio apribojimai ir šildytuvo fizinis dydis
Įkaitimo galia turi būti tiekiama per PTFE apvalkalą, neviršijant didžiausios leistinos apvalkalo paviršiaus temperatūros (paprastai 110 laipsnių). Vatų tankis (W/cm²) yra pagrindinis parametras. Norint pasiekti tam tikrą reikiamą įkaitinimo galią, reikia didesnio šildytuvo paviršiaus ploto (ty fiziškai ilgesnio ar daugiau vamzdžių pluošto), kad vatų tankis būtų saugiose ribose. Dangtis neatpalaiduoja vatų tankio apribojimo; vis tiek reikalinga tokia pati šildymo galia.
Pavyzdžiui, 56,6 kW galios šildytuvo, kurio didžiausias leistinas vatų tankis yra 5 W/cm², minimalus apvalkalo paviršiaus plotas yra 56 600 / 5=11,320 cm² (1,13 m²). Jei 15 kW galios šildytuvas būtų pasirinktas per klaidą, atsižvelgiant vien tik į techninės priežiūros apkrovą, reikalingas paviršiaus plotas būtų tik 0,3 m², o tai būtų per mažas, kad būtų pasiektas 56,6 kW pašildymas.
Taigi šildytuvo dydį (vamzdžio ilgį, vamzdžių skaičių arba panardinamųjų elementų skaičių) lemia šildymo, o ne priežiūros pareiga. Dangtis to nekeičia.
Sutaupoma energijos sumažinus darbo ciklą
Sumontavus tinkamo dydžio šildytuvą, izoliuotas dangtis suteikia pranašumų, nes sumažina šildytuvo įjungimo laiką, kai jis veikia pastoviai. Šildytuvo valdiklis įjungs ir išjungs maitinimą, kad išlaikytų nustatytąją vertę. Su dangčiu reikalinga techninės priežiūros galia nukrenta nuo (pavyzdyje) 7 kW iki 2,5 kW. 56,6 kW šildytuvo veikimo laiko dalis (darbo ciklas) atliekant techninę priežiūrą yra:
Be dangčio: 7 / 56.6=12.4 % veikimo laiko
Su dangčiu: 2,5 / 56.6=4.4 % veikimo laikas
Absoliuti energija, sunaudota per 24 valandas, yra techninės priežiūros galia (kW), padauginta iš 24 valandų, neatsižvelgiant į šildytuvo dydį. Didesnis šildytuvas tiesiog įsijungia rečiau. Bendra sutaupyta energija per dieną=(7 kW – 2,5 kW) × 24 h=108 kWh. Dangtis atsiperka taupant energiją, o šildytuvas gali įkaisti reikiamai.
Atnaujinimo su izoliuotu dangčiu dydžio nustatymo veiksmų santrauka
| Žingsnis | Veiksmas |
|---|---|
| 1 | Apskaičiuokite įkaitimo galią (P_hu) naudodami žemiausią įėjimo temperatūrą, norimą kontrolinę vertę, masę ir norimą įkaitinimo laiką. |
| 2 | Apskaičiuokite techninės priežiūros galią (P_m).atidarytas bakas(prieš modifikavimą), o tadauždengtas bakas(po modernizavimo). Energijos taupymo įvertinimui naudokite P_m(dangtelis). |
| 3 | Reikiama šildytuvo galia=P_hu (ne P_m (uždengta)). |
| 4 | Patikrinkite, ar pasirinkto šildytuvo vatų tankis (bendra galia, padalinta iš apvalkalo paviršiaus ploto) yra mažesnis arba lygus gamintojo nustatytai ribai (paprastai 5–10 W/cm² vandeniui). |
| 5 | Sumontuokite šildytuvą, kurio galia yra tokia pati kaip ir atviram bakui. Dangtis automatiškai sumažins darbo ciklą. |
| 6 | Nesumažinkite šildytuvo dydžio, atsižvelgdami į mažesnę priežiūros apkrovą. |
Dažna klaida: per mažas dydis sumontavus dangtį
Dažna modernizavimo projektų klaida yra ta, kad, kadangi dangtis sumažina šilumos nuostolius, galima įrengti mažesnį šildytuvą. Tai veda prie nepriimtinai ilgo įkaitinimo laiko, nusivylusių operatorių ir dažnai perkamas antrasis šildytuvas. Tinkamas būdas yra nekeisti šildytuvo dydžio (arba net padidinti jį, jei pradinis įkaitimo laikas buvo nežymus) ir leisti dangčiui sutaupyti energijos sumažinus važiavimą dviračiu.
Išvada
Izoliuoto dangčio pakeitimas ant bako yra puiki energijos taupymo priemonė, tačiau šildytuvas vis tiek turi būti pritaikytas blogiausiam pašildymo darbui. Dangtis sumažina ilgalaikes eksploatavimo išlaidas, nes sumažina priežiūros apkrovą, tačiau jis nekeičia fizinio energijos poreikio šaltam skysčiui pakelti iki temperatūros. ThePTFE šildytuvo dydžio modifikuotas izoliuotas dangtisŠiam procesui reikia apskaičiuoti nepakitusią įkaitimo galią ir naudoti ją kaip galutinę galią vatais, o dangčio nauda matoma sumažinus darbo ciklą. Šildytuvas yra skirtas sprinto -greitam bako temperatūrai-ne kruizui. Dangtis tiesiog daro kruizą ekonomiškesnį.
