Расчет секций батарей отопления по площади калькулятор: Расчёт секций батарей и радиаторов онлайн.

Содержание

Расчет радиаторов отопления по площади

С помощью данного калькулятора вы можете произвести расчет радиаторов отопления и узнать количество секций для комфортного обогрева указанной площади. Для выполнения подсчета, введите кубатуру комнаты, теплоотдачу одной секции радиатора по паспорту (или см. таблицу ниже), укажите вид подключения и норму обогрева на 1 м3 помещения (приблизительно для кирпичных домов – 37 Вт/м3, для панельных – 41 Вт/м3). При расчете через тепловые потери помещения – необходимо заранее воспользоваться калькулятором теплопотерь. Запас мощности рекомендуется оставлять в районе 10-15%, поскольку в СНиП нет подробного описания методики расчета.

 

Смежные нормативные документы:

 

Формулы расчета радиаторов отопления

Количество секций радиатора можно рассчитать двумя способами: с помощью универсального расчета по объему помещения или при известных значениях тепловых потерь.

В первом случае, формула для подсчета количества секций выглядит так:

k = (V × q × z) / P2

  • V – объем помещения, м3;
  • q – норма обогрева, Вт/м3;
  • z – поправка на тип подключения;
  • P2 – теплоотдача одной секции батареи, Вт.

Чтобы определить суммарную мощность для обогрева помещения, требуется знать норму на 1 кубический метр и умножить ее на общую кубатуру. Однако значение нормы в справочных материалах не указано, и для приблизительных расчетов используется величина для кирпичных домов – 37 Вт/м3, для панельных – 41 Вт/м3. Соответственно для домов из дерева или пористых блоков, можно принять несколько меньшее значение.

Также в зависимости от типа подключения радиаторов к системе отопления принимают поправки:

  • одностороннее (нагрев снизу / возврат сверху) – 1.28;
  • одностороннее (нагрев сверху / возврат снизу) – 1.03;
  • двустороннее (нагрев-возврат снизу с одной стороны) – 1.28;
  • диагональное (нагрев снизу / возврат сверху) – 1.00;
  • диагональное (нагрев сверху / возврат снизу) – 1.25.

Второй вариант расчета подразумевает, что мощность приборов определяется на основании тепловых потерь помещения.

  • Q – теплопотери помещения, Вт;
  • P2 – теплоотдача одной секции батареи, Вт.

 

Мощность 1 секции радиатора – таблица

Материал радиатораТеплоотдача одной секции, Вт
Межосевое расстояние, 300 ммМежосевое расстояние, 500 мм
Стальные85120
Чугунные100160
Алюминиевые140185
Биметаллические150210

Калькулятор отопления по площади помещения: расчет секций онлайн

На чтение мин. Просмотров 4.1k. Обновлено

Чтобы правильно решить эту задачу, и определить сколько нужно секций радиаторов отопления (биметаллических, стальных, чугунных и т.д.), необходимо произвести достоверный расчёт, исходя из площади помещения с использованием расположенного ниже онлайн калькулятора.

Укажите в онлайн калькуляторе схему подключения радиаторов

При строительстве любого здания, важный момент отводится расчёту мощности радиаторов отопления, и определению размера теплообменника. Такая же проблема возникает и у владельцев жилья, при необходимости замены батарей.

В статье мы постараемся разобраться в этом вопросе — расскажем о всех видах конвекторов, а так же, произведём расчёт производительности радиатора отопления по площади, без калькулятора, по формуле.

Специфика расчёта отопления

Распространённая конструкция для обогрева зданий — радиатор отопления, имеющий стандартные промежутки между отсеками — 50 см. На теплоотдачу одной секции влияет материал изготовления:

  • чугун — 120 Вт;
  • сталь — 90;
  • алюминий — 180;
  • биметаллический материал — 190.

Но данные величины средние, и в жизни на них влияют условия эксплуатации, размер помещения и градус нагрева воды на подаче и выходе, при его понижении уменьшается теплоотдача.

Поэтому, чтобы провести расчёт теплоотдачи  радиатора отопления в конкретных условиях, требуется знать температурный напор в магистрали — это значение разницы температур воздуха в комнате и отопительного прибора.

Температура в устройстве является среднеарифметическим показателем подачи и обратки. Температурный напор можно высчитать при помощи онлайн-калькулятора, или по формуле

DT = (T подачи + T обратки) / 2-T помещения, где:

DT — температурный напор

В паспорте к прибору указана цифра расчётного перепада температуры, она находится рядом с мощностью. К примеру: производительность 2000 Вт, 90/70 (подача и обратка). То есть, при охлаждении воды с 90 до 70 градусов, тепловая мощность конвектора составляет 2000 Вт.

При установке такого устройства на низко или среднетемпературную систему, отдача тепла будет ниже заявленной, и её следует пересчитать. Это можно сделать с помощью онлайн-калькулятора, или по формуле:

Pf=Pn x (DTf / DTn) в степени 1/3, где:

  • Pf и Pn — фактическая и нормативная тепловая мощность в Вт;
  • DTf и Dtn — фактический и нормативный температурный напор.

В отапливаемом помещении показатель нормативного напора соответствует 20 градусам.

Средний показатель потребления тепла 1 метром квадратным 60 — 150 киловатт, на него влияют климатические условия и этаж, на котором находится обогреваемая комната. Если вы не укажите это значение в поле «Ориентировочная теплоэнергия на 1 м2», калькулятор возьмёт среднее — 100 Ват.

Виды теплообменников

Радиатор отопления — устройство, состоит из секций объединённых в единый прибор, по которым движется нагретый теплоноситель — чаще вода. Отсек — элемент батареи, обычно литая двухтрубчатая конструкция, способный излучать тепло, которое передаётся окружающему воздуху, что позволяет создавать комфортную атмосферу в квартире.

По своей конструкции приборы отопления бывают: панельные и секционные. Встречаются так же регистры — трубчатое изделие с большим диаметром, или фигурный змеевик (полотенцесушитель в ванной), они врезаются в систему.

Обогревательные приборы бывают: стальные, чугунные, алюминиевые, медные. Чугунные изделия, которые мы привыкли видеть в наших домах, нуждаются в окраске, для придания хорошего внешнего вида.

К сведению! Есть конвекторы электрические — это корпус с нагревательным элементом внутри, который оснащён термостатом имеющим градусную шкалу и светодиоды.

Чугунные

Изделия из чугуна — самые распространённые, у них простая форма и дизайн. Они бывают навесные и на ножках.

Изготавливаются путём литья. Это массивные конструкции, долго хранящие тепло, в плане эксплуатации они наиболее выгодные.

Плюсы:

  • хорошо передают тепло;
  • устойчивы к коррозии;
  • долговечны, служат не менее 30 лет;
  • не привередливы к качеству воды.

Минусы:

  • тяжёлые, сложны в установке;
  • плохой дизайн.

Стальные

Теплообменники из стали бывают панельными и трубчатыми. 

Панельные модели изготавливаются из металла толщиной 1,5 мм, поэтому обладают небольшой тепловой ёмкостью. Это качество позволяет быстро производить регулировку температуры. Они эффективны в работе, их КПД достигает 75%. К плюсам так же относится не высокая стоимость и простая эксплуатация. Недостаток — плохая устойчивость к коррозии.

Трубчатые разновидности имеют все плюсы панельного типа, но в отличие от них, обладают большим уровнем давления 9 — 16 бар, у первых 7 — 9. А тепломощность (120 — 1600 Вт), и нагрев воды (120), у обеих моделей равный.

По размеру (длине), ассортимент стальных радиаторов большой, это позволяет подобрать их для любой площади.

Алюминиевые

Теплообменники из алюминия рекомендованы для частных строений с автономным теплоснабжением. Для использования в централизованном отоплении эта модель не предназначена, так как подвержена воздействию не качественного теплоносителя. На российском рынке представлена компанией «Рифара».

Алюминиевые батареи бывают литыми и экструзионными:

  • литые — имеют несколько отсеков, они прочные, с более толстыми стенками и широкими каналами для воды;
  • экструзионные — по технологии производства, прибор выдавливается из алюминиевого сплава механическим путём, получается цельное изделие, при этом, число отсеков увеличить нельзя.

Все батареи из алюминия обладают высокой тепловой отдачей, они лёгкие и простые в монтаже. Внешне смотрятся презентабельно. По показателям давления и температурного уровня, их можно приравнять к стальным изделиям.

Слабые места у таких устройств — стыки отсеков с трубными соединениями, с истечением срока возможны протечки. Кроме того, они не являются ударопрочными. Срок службы всего 3 — 5 лет.

Биметаллические

Биметаллический теплообменник — трубчатый стальной сердечник и алюминиевый корпус. Он прочный и надёжный, способный выдерживать высокое давление. Несмотря на низкую инертность, имеет повышенную теплоотдачу, при небольшом расходе воды. Внешне выглядит  презентабельно, и в уходе не сложен.

Основной минус — высокая цена.

Медные

Медь, для изготовления теплообменников используется давно, но широкое применение такие модели получили недавно. Так как, для обогревательных систем требуется рафинированный вид меди, а по новым технологиям его производство стало недорогим.

При одинаковых технических показателях с другими моделями, они весят меньше, а теплоотдача выше. Данное свойство существенно снижает затраты на электричество.

Медь имеет повышенную механическую прочность, поэтому трубы можно использовать в сочетании с водой нагретой до 150 градусов, при давлении 16 атмосфер.

Какой радиатор выбрать

Прежде чем приобретать элементы отопительного устройства, нужно знать из чего состоит вся система. В стандартную систему отопления входит:

  • котёл — это может быть электрокотёл, или работающий на газе или твёрдом топливе;
  • батарея;
  • трубы;
  • электрический насос, если он предусмотрен по проекту;
  • расширительный бочок.

На расчёт батарей для отопления любой площади, и их подбор влияет:

  1. Рабочее давление — его максимум;
  2. Мощность;
  3. Конструкция устройства.

Кроме того, потребуется проведение расчёта количества секций радиатора отопления на 1 м2, с учётом числа обогреваемых помещений. Это возможно сделать с применением формулы или прибегнув к помощи калькулятора.

Способы расчёта секций радиатора по площади помещения без калькулятора

Теплотехнические расчёты по объёму помещения в строительной отрасли — считаются наиболее сложными. Для расчёта количества секций радиатора: биметаллических, алюминиевых или чугунных — не важно, можно прибегнуть к помощи онлайн-калькулятора, или сделать вычисления с применением формулы:

  1. По площади помещения;
  2. По теплопотерям.

Первый способ проведения расчётов количества секций отопительного прибора, без использования калькулятора, по формуле, выглядит так:

k = P1/P2, где:

  • P1 — необходимый уровень мощности в Вт;
  • P2 — теплоотдача одного отсека в Вт.

Чтобы рассчитать показатель суммарной мощности, для обогрева всей квартиры, необходимо перемножить норму 1 м3 с площадью здания. Но в нормативной документации нет таких норм, и используются приблизительные значения для расчётов. Если дом из кирпича — 0,037 квт на 1 м3, панельный — 0,041 квт/м3, для деревянных используется меньшее значение.

Кроме того, в зависимости от способа подключения прибора применяются поправки:

  1. Для одностороннего:
  2. нагрев и возврат снизу — 1,28;
  3. подача сверху, а возврат снизу — 1,03.
  4. Для двухстороннего:
  5. нагрев и возврат снизу с обеих сторон — 1,13;
  6. подача и обратка снизу с одной стороны — 1,28.
  7. Для диагонального:
  8. нагрев и возврат снизу — 1,00;
  9. подача сверху, а возврат снизу — 1,25.

Второй способ расчёта без помощи калькулятора, по формуле с учётом теплопотерь.

k = Q / P2, где:

  • Q — теплопотери в Вт;
  • P2 — тепловая отдача одного отсека в Вт.

Мощность одной секции отражена в таблице:

ВидТеплоотдача отсека в зависимости от осевого промежутка
Стальной85 – 120
Чугунный100 – 160
Алюминиевый140 – 185
Биометрический150 – 210

Произвести расчёт числа отсеков батареи, для отопления частного дома, можно следующим образом.

N = S/t*100*w*h*r, где:

  • N — число отсеков;
  • S — размер здания;
  • t — теплоэнергия, которая нужна для отапливания помещения;
  • w — индекс, в нём учитывается площадь и модель окон, обычного вида — 1,1, или пластиковые с двойными стеклами — 1;
  • h — высота потолка: до 2,7 м — 1, от 2,7 до 3,5 м — 1,5;
  • r — поправочное значение, оно зависит от количества уличных стен: угловая комната — 1, иной тип — 1.

В зависимости от площади, расчёт производительности радиатора отопления  на квадратный метр определяется согласно формуле:

               t = S*100 Вт, где

  • 100 Вт — тепло, необходимое для отапливания 1 м2 комнаты.

На эффективность отопительной системы влияет много факторов. Необходимо точно производить  расчёты тепловой мощности и теплоотдачи отопительной системы, используемой для обогрева данной площади помещения.

Если вы не уверены, что сможете сделать вычисления правильно по формуле, то лучше использовать калькулятор, или обратиться за помощью к профессионалам.

Калькулятор расчета количества секций радиаторов отопления: делаем правильный расчет количества секций на комнату

В подавляющем числе случаев основными приборами конечного теплообмена в системах отопления остаются радиаторы. Значит, важно не только правильно заранее рассчитать требуемую тепловую мощность котла отопления, но и правильно расставить приборы теплообмена в помещениях дома или квартиры, чтобы обеспечить комфортный микроклимат в каждом из них.

Калькулятор расчета количества секций радиаторов отопления

В этом вопросе поможет калькулятор расчета количества секций радиаторов отопления, который размещен ниже. Он также позволяет определить необходимую суммарную тепловую мощность радиатора, если тот является неразборной моделью.

Если в ходе расчетов будут возникать вопросы, то ниже калькулятора размещены основные пояснения по его структуре и правилам применения.

Калькулятор расчета количества секций радиаторов отопления

 Перейти к расчётам

 

Укажите запрашиваемые данные и нажмите
«РАССЧИТАТЬ ПАРАМЕТРЫ РАДИАТОРА ОТОПЛЕНИЯ»

 

КЛИМАТИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ РЕГИОНА

 

ГЕОМЕТРИЯ ПОМЕЩЕНИЯ

Площадь помещения, м²

 

ДРУГИЕ ВАЖНЫЕ ОСОБЕННОСТИ ПОМЕЩЕНИЯ

Внешние стены смотрят на:

Положение внешней стены относительно зимней розы ветров

 

ТИП, КОЛИЧЕСТВО И РАЗМЕРЫ ОКОН В ПОМЕЩЕНИИ

Высота окна, м Ширина окна, м

Тип установленных окон

 

ДВЕРИ НА УЛИЦУ ИЛИ В ХОЛОДНЫЕ ПОМЕЩЕНИЯ

 

ОСОБЕННОСТИ ПОДКЛЮЧЕНИЯ И РАСПОЛОЖЕНИЯ РАДИАТОРОВ

Планируемая схема врезки радиаторов в контур отопления

Планируемое размещение радиатора на стене

 

ВЫБОР НАПРАВЛЕНИЯ РАСЧЕТА

ЧТО ТРЕБУЕТСЯ РАССЧИТАТЬ?

Паспортная мощность одной секции радиатора, Ватт (только для разборных моделей)

Некоторые разъяснения по работе с калькулятором

Часто можно встретить утверждение, что для расчета требуемой тепловой отдачи радиаторов достаточно принять соотношение 100 Вт на 1 м² площади комнаты. Однако, согласитесь, что такой подход совершенно не учитывает ни климатических условий региона проживания, ни специфики дома и конкретного помещения, ни особенностей установки самих радиаторов. А ведь все это имеет определенное значение.

В данном алгоритме за основу также взято соотношение 100 Вт/м², однако, введены поправочные коэффициенты, которые и внесут необходимые коррективы, учитывающие различные нюансы.

— Площадь помещения – хозяевам известна.

— Количество внешних стен – чем их больше, тем выше теплопотери, которые необходимо компенсировать дополнительной мощностью радиаторов. В угловых квартирах часто комнаты имеют по две внешних стены, а в частных домах встречаются помещения и с тремя такими стенами. В то же время бывают и внутренние помещения, в которых теплопотери через стены практически отсутствуют.

— Направление внешних стен по сторонам света. Южная или юго-западная сторона будет получать какой-никакой солнечный «заряд», а вот стены с севера и северо-востока Солнца не видят никогда.

— Зимняя «роза ветров» – стены с наветренной стороны, естественно, выхолаживаются намного быстрее. Если хозяевам этот параметр неизвестен, то можно оставить без заполнения – калькулятор рассчитает для самых неблагоприятных условий.

— Уровень минимальных температур – скажет о климатических особенностях региона. Сюда должны вноситься не аномальные значения, а средние, характерные для данной местности в самую холодную декаду года.

— Степень утепления стен. По большому счету, стены без утепления – вообще не должны рассматриваться. Средний уровень утепления будет соответствовать, примерно, стене в 2 кирпича из пустотного керамического кирпича. Полноценное утепление – выполненное в полном объеме на основании теплотехнических расчетов.

— Немалые теплопотери происходят через перекрытия – полы и потолки. Поэтому важное значение имеет соседство помещения сверху и снизу – по вертикали.

— Количество, размер и тип окон – связь с теплотехническими характеристиками помещения очевидна.

— Количество входных дверей (на улицу, в подъезд или на неотапливаемый балкон) – любое открытие будет сопровождаться «порцией» поступающего холодного воздуха, и это необходимо каким-то образом компенсировать.

— Имеет значение схема врезки радиаторов в контур – теплоотдача от этого существенно изменяется. Кроме того, эффективность теплообмена зависит и от степени закрытости батареи на стене.

— Наконец, последним пунктом будет предложено ввести удельную тепловую мощность одной секции батареи отопления. В результате будет получено требуемое количество секций для размещения в данном помещении. Если расчет проводится для неразборной модели, то этот пункт оставляют незаполненным, а результирующее значение берут из второй строки расчета – она покажет необходимую мощность радиатора в кВт.

В расчетное значение уже заложен необходимый эксплуатационный резерв.

алюминиевый радиатор отопления

Что необходимо еще знать про радиаторы отопления?

При выборе этих приборов теплообмена следует учитывать ряд важных нюансов. Подробнее об этом можно узнать в публикациях нашего портала, посвящённых стальным, алюминиевым и биметаллическим радиаторам отопления.

Сколько надо секций. Расчет радиаторов отопления по площади – калькулятор онлайн. Возможна ли экономия

Для каждого хозяина дома очень важно осуществить правильный расчет радиаторов отопления. Недостаточное количество секций будет способствовать тому, что радиаторы не смогут обогреть помещение наиболее эффективным и оптимальным образом. Если же приобрести радиаторы, обладающие слишком большим количеством секций, то отопительная система будет весьма неэкономичной, используя лишнюю мощность радиаторов отопления.

Если вам необходимо сменить отопительную систему или установить новую, то расчет количества секций радиаторов отопления будет играть очень важную роль. Если помещения в вашем доме или квартире стандартного типа, то подойдут и более простые расчеты. Однако иногда для получения наиболее высокого результата необходимо соблюдать кое-какие особенности и нюансы, касающиеся таких параметров, как мощность радиатора отопления на помещение и давление в батареях отопления.

Расчет исходя из площади помещения

Разберемся, как рассчитать батареи отопления. Ориентируясь на такие параметры, как общая площадь помещения, можно осуществить предварительный расчет батарей отопления на площадь. Данное вычисление довольно простое. Однако если у вас в помещении высокие потолки, то его за основу брать нельзя. На каждый квадратный метр площади потребуется около 100 ватт мощности в час. Таким образом, расчет секций батарей отопления позволит вычислить, какое количество тепла понадобится для обогрева всего помещения.

Как рассчитать количество радиаторов отопления? К примеру, площадь нашего помещения составляет 25 кв. метров. Умножаем общую площадь помещения на 100 ватт и получаем мощность батареи отопления в 2500 ватт. То есть 2,5 кВатт в час необходимо для обогрева помещения с площадью в 25 кв. метров. Полученный результат делим на значение тепла, которое способна выделить одна секция отопительного радиатора. К примеру, в документации отопительного прибора указано, что одна секция выделяет в час 180 Ватт тепла.

Таким образом, расчет мощности радиаторов отопления будет выглядеть так: 2500 Вт / 180 Вт = 13,88. Полученный результат округляем и получаем цифру 14. Значит, для обогрева помещения в 25 кв. метров потребуется радиатор с 14 секциями.

Также потребуется учесть различные тепловые потери. Комната, которая находится в углу дома, или комната с балконом будет нагреваться медленнее, а также быстрее отдавать тепло. В таком случае, расчет теплоотдачи радиатора батарей отопления должен производиться с некоторым запасом. Желательно, чтобы такой запас составлял около 20%.

Расчет батарей отопления может быть произведен и с учетом объема помещения. В таком случае, не только общая площадь помещения играет роль, но также и высота потолков. Как рассчитать радиаторы отопления? Расчет производится примерно по такому же принципу, как и в предыдущей ситуации. Для начала необходимо выявить, какое количество тепла понадобится, а также - как рассчитать количество батарей отопления и их секций.

Например, необходимо вычислить нужно количество тепла для комнаты, которая обладает площадью в 20 кв. метров, а высота потолков в ней составляет 3 метра. Умножаем 20 кв. метров на 3 метра высоты и получим 60 кубических метров общего объема помещения. На каждый кубометр необходимо около 41 Вт тепла – так говорят данные и рекомендации СНИП.

Производим расчет мощности батарей отопления дальше. Умножаем 60 кв. метров на 41 Вт и получаем 2460 Вт. Также делим эту цифру на ту тепловую мощность, которую излучает одна секция радиатора отопления. Например, в документации отопительного прибора указано, что одна секция выделяет в час около 170 Вт тепла.

2460 Вт делим на 170 Вт и получим цифру 14,47. Ее мы тоже округляем, таким образом, для обогрева помещения с объемом в 60 кубометров, понадобится 15-секционный радиатор отопления.

Можно сделать наиболее точный расчет количества радиаторов отопления. Такое может понадобиться для частных домов с нестандартными помещениями и комнатами.

КТ = 100Вт/кв.м. х П х К1 х К2 х К3 х К4 х К5 х К6 х К7

Кт – это количество тепла, которое необходимо для определенного помещения;

П – общая площадь помещения;

К1 – это коэффициент, который учитывает, насколько остеклены проемы для окон.

Если окно с простым остеклением двойного типа, то кф. составляет 1.27.

Для окна со стеклопакетом двойного типа – 1.00.

Для тройного стеклопакета кф. составляет 0.87.

К2 – это кф. стеновой теплоизоляции.

Если теплоизоляция довольно низкая, то берется кф. в 1.27.

Для хорошей теплоизоляции – кф. = 1.0.

Для отличной теплоизоляции кф. равен 0.85.

К3 – это соотношение площади пола и площади окон в комнате.

Для 50% он будет равен 1,2.

Для 40% - 1,1.

Для 30% - 1.0.

Для 20% - 0.9.

Для 10% - 0.8.

К4 – это кф., учитывающий среднюю температуру в помещении во время самой холодной недели в году.

Для температуры в -35 градусов он будет равен значению 1,5.

Для -25 – кф. = 1.3.

Для -20 – 1.1.

Для -15 – 0.9.

Для -10 – 0.7.

К5 – это коэффициент, который поможет выявить потребность тепла с учетом того, сколько наружных стен есть у помещения.

Для помещения с одной стеной кф. составляет 1.1.

Две стены – 1.2.

Три стены 1.3.

К6 – учитывает тип помещений, которые расположены над нашим помещением.

Если чердак не отапливается, то он составляет 1.0.

Если чердак отапливается, то кф. равен 0.9.

Если выше расположено жилое помещение, которое отапливается, то за основу берется кф. в 0.7.

К7 – это учет высоты потолков в помещении.

Для высоты потолков в 2,5м, кф. будет равен 1,0.

При высоте потолков в 3 метра кф. равен 1,05.

Если высота потолков составляет 3,5 метра, то берется за основу кф. в 1,1.

При 4 метрах – 1,15.

Результат, вычисленный по данной формуле, необходимо разделить на тепло, которое выдает одна секция радиатора отопления, и округлить результат, который мы получили.

Здесь вы узнаете про расчет секций алюминиевых радиаторов на квадратный метр: сколько нужно батарей на комнату и частный дом, пример вычисления максимального количества обогревателей на необходимою площадь.

Мало знать, что алюминиевые батареи обладают высоким уровнем теплоотдачи.

Перед их установкой обязательно нужно произвести расчет, какое именно их количество должно быть в каждом отдельном помещении.

Только зная, сколько алюминиевых радиаторов нужно на 1 м2, можно с уверенностью покупать необходимое количество секций.

Расчет секций алюминиевых радиаторов на квадратный метр

Как правило, производителями заранее просчитаны нормы мощности батарей из алюминия, которые зависят от таких параметров, как высота потолков и площадь помещения. Так считается, что на то, чтобы нагреть 1 м2 комнаты с потолком до 3 м высоты потребует тепловая мощность в 100 Вт.

Эти цифры приблизительны, так как расчет алюминиевых радиаторов отопления по площади в данном случае не предусматривает возможных теплопотерь в помещении или более высокие или низкие потолки. Это общепринятые строительные нормы, которые указывают в техпаспорте своей продукции производители.

Кроме них:

Сколько нужно секций алюминиевого радиатора?

Расчет количества секций алюминиевого радиатора производится по форме, подходящей для обогревателей любого типа:

Q = S х100 х k/P

В данном случае:

  • S – площадь помещения, где требуется установка батареи;
  • k – коэффициент корректировки показателя 100 Вт/м2 в зависимости от высоты потолка;
  • P – мощность одного элемента радиатора.

При расчете количества секций алюминиевых радиаторов отопления получается, что в помещении площадью 20 м2 при высоте потолка 2.7 м для алюминиевого радиатора с мощностью одной секции 0.138 кВт потребуется 14 секций.

Q = 20 х 100 / 0.138 = 14.49

В данном примере коэффициент не применяется, так как высота потолка менее 3 м. Но даже такой секций алюминиевых радиаторов отопления не будут верными, так как не взяты во внимание возможные теплопотери помещения. Следует учитывать, что в зависимости от того, сколько в комнате окон, является ли она угловой и есть ли в ней балкон: все это указывает на количество источников теплопотерь.

Делая расчет алюминиевых радиаторов по площади помещения, следует в формуле учитывать процент потери тепла в зависимости от того, где они будут установлены:

  • если они закреплены под подоконником, то потери составят до 4%;
  • установка в нише моментально увеличивает этот показатель до 7%;
  • если алюминиевый радиатор для красоты прикрыть с одной стороны экраном, то потери составят до 7-8%;
  • закрытый экраном полностью, он будет терять до 25%, что делает его в принципе малорентабельным.

Это далеко не все показатели, которые следует учесть при установке алюминиевых батарей.

Пример расчета

Если рассчитывать, сколько секций алюминиевого радиатора надо на комнату площадью 20 м2 при норме 100 Вт/м2, то так же следует вносить корректировочные коэффициенты потери тепла:

  • каждое окно добавляет к показателю 0.2 кВт;
  • дверь «обходится» в 0.1 кВт.

Если предполагается, что радиатор будет размещен под подоконником, то корректирующий коэффициент составит 1.04, а сама формула будет выглядеть следующим образом:

Q = (20 х 100 + 0,2 + 0,1) х 1,3 х 1,04 / 72 = 37,56

Где:

  • первый показатель – это площадь комнаты;
  • второй – стандартное количество Вт на м2;
  • третий и четвертый указывают на то, что в комнате по одному окну и двери;
  • следующий показатель – это уровень теплоотдачи алюминиевого радиатора в кВт;
  • шестой – корректирующий коэффициент касаемо расположения батареи.

Все следует разделить на теплоотдачу одного ребра обогревателя. Его можно определить из таблицы от производителя, где указаны коэффициенты нагрева носителя по отношению к мощности устройства. Средний показатель для одного ребра равен 180 Вт, а корректировка – 0.4. Таким образом, умножив эти цифры, получается, что 72 Вт дает одна секция при нагреве воды до +60 градусов.

Так как округление производится в большую сторону, то максимальное количество секций в алюминиевом радиаторе конкретно для этого помещения составит 38 ребер. Для улучшения работы конструкции, ее следует разделить на 2 части по 19 ребер каждая.

Вычисление по объему

Если производить подобные вычисления, то потребуются обратиться к нормативам, установленным в СНиП. В них учитываются не только показатели радиатора, но и то, из какого материала построено здание.

Например, для дома из кирпича нормой для 1 м2 будет 34 Вт, а для панельных строений – 41 Вт. Чтобы рассчитать количество секций батареи по объему помещения, следует: объем помещения умножить на нормы теплозатрат и разделить на теплоотдачу 1 секции.

Например:

  1. Чтобы высчитать объем комнаты площадью 16 м2, нужно умножить этот показатель на высоту потолков, например, 3 м (16х3 = 43 м3).
  2. Норма тепла для кирпичного здания = 34 Вт, чтобы узнать какое требуется количество для данной комнаты, 48 м3 х 34 Вт (для панельного дома на 41 Вт) = 1632 Вт.
  3. Определяем, сколько требуется секций при мощности радиатора, например, 140 Вт. Для этого 1632 Вт/ 140 Вт =11.66.

Округлив этот показатель, получаем результат, что для комнаты объемом 48 м3 требуется алюминиевый радиатор из 12 секций.

Тепловая мощность 1 секции

Как правило, производители указывают в технических характеристиках обогревателей средние показатели теплоотдачи. Так для обогревателей из алюминия он составляет 1.9-2.0 м2. Чтобы высчитать, какое количество секций потребуется, нужно площадь помещения разделить на этот коэффициент.

Например, для той же комнаты площадью 16 м2 потребуется 8 секций, так как 16/ 2 = 8.

Эти расчеты приблизительные и использовать их без учета теплопотерь и реальных условий размещения батареи нельзя, так как можно получить после монтажа конструкции холодную комнату.

Чтобы получить самые точные показатели, придется рассчитать количество тепла, которое необходимо для обогрева конкретной жилой площади. Для этого придется учитывать многие корректирующие коэффициенты. Особенно важен такой подход, когда требуется расчет алюминиевых радиаторов отопления для частного дома.

Формула, необходимая для этого выглядит следующим образом:

КТ = 100Вт/м2 х S х К1 х К2 х К3 х К4 х К5 х К6 х К7

Если применить эту формулу, то можно предусмотреть и учесть практически все нюансы, которые могут повлиять на обогрев жилой площади. Сделав расчет по ней, можно быть точно уверенным, что полученный результат указывает на оптимальное количество секций алюминиевого радиатора для конкретного помещения.

Какой бы принцип расчетов ни был предпринят, важно сделать его в целом, так как правильно подобранные батареи позволяют не только наслаждаться теплом, но и значительно экономят на энергозатратах. Последнее особенно важно в условиях постоянно растущих тарифов.

Одна из главных целей подготовительных мероприятий перед монтажом системы отопления – определить, сколько нагревательных приборов потребуется в каждое из помещений, и какую мощность они должны иметь. Перед тем, как рассчитать количество радиаторов, рекомендуется ознакомиться с основными методиками этой процедуры.

Расчет секций батарей отопления по площади

Это самый простой тип расчета количества секций радиаторов отопления, где необходимый на обогрев помещения объем тепла определяется с ориентиром на квадратные метры жилища.

  • Средний климатический пояс на обогрев 1 м2 жилья требует 60-100 Вт.
  • Для северных регионов это норма соответствует 150-200 Вт.

Имея на руках эти цифры, проводится подсчет необходимого тепла. К примеру, для квартир средней полосы обогрев комнаты площадью 15 м2 потребует 1500 Вт тепла (15х100). При этом следует понимать, что речь идет об усредненных нормах, поэтому лучше ориентироваться на максимальные показатели для конкретного региона. Для местностей с очень мягкими зимами допускается использование коэффициента 60 Вт.


Делая запас по мощности, желательно не переусердствовать, так как это потребует использования большого числа обогревающих приборов. Следовательно, объем необходимого теплоносителя также возрастет. Для обитателей многоквартирных домов с центральным отоплением этот вопрос не является принципиальным. Жильцам же частного сектора приходится увеличивать затраты на подогрев теплоносителя, на фоне возрастания инерционности всего контура. Это предполагает необходимость тщательного проведения расчета радиаторов отопления по площади.

После определения всего необходимого на обогрев тепла, появляется возможность выяснить число секций. Сопроводительная документация на любой нагревательный прибор содержит информацию о выделяемом им тепле. Для подсчета секций общий объем необходимого тепла нужно разделить на мощность батареи. Чтобы увидеть, как это происходит, можно обратится к уже приведенному выше примеру, где в результате проведенных подсчетов был определен необходимый объем для обогрева комнаты 15 м2 – 1500 Вт.

Возьмем за мощность одной секции 160 Вт: выходит, что число секций будет равняться 1500:160 = 9,375. В какую сторону округлять – это выбор самого пользователя. Обычно в учет берется наличие косвенных источников обогрева комнаты и степень ее утепления. К примеру, в кухне воздух обогревается также бытовыми приборами во время готовки, поэтому там округлять можно в сторону уменьшения.

Способ расчета секций батарей отопления по площади характеризуется значительной простотой, однако из поля зрения пропадет ряд серьезных факторов. К ним можно отнести высоту помещений, количество дверных и оконных проемов, уровень утепления стен и пр. Поэтому способ расчета количества секций радиатора по СНиП можно назвать приблизительным: чтобы получить результат без погрешностей, не обойтись без поправок.

Объем комнаты

Этот подход расчета предполагает учет также высоты потолков, т.к. обогреву подлежит весь объем воздуха в жилище.

Методика вычисления используется очень схожая - вначале определяют объем, после чего руководствуются следующими нормами:

  • Для панельных домов нагревание 1 м3 воздуха необходим 41 Вт.
  • Кирпичный дом требует 34 Вт/м3.

Для наглядности можно провести расчет батарей отопления того же помещения в 15м2 для сопоставления результатов. Высоту жилища возьмем 2,7 м: в итоге объем получится 15х2,7 = 40,5.


Подсчет для различных зданий:

  • Панельный дом. Для определения необходимого на обогрев тепла 40,5м3х41 Вт = 1660,5 Вт. Для расчета требуемого числа секций 1660,5:170 = 9,76 (10 шт.).
  • Кирпичный дом. Общий объем тепла – 40,5м3х34 Вт = 1377 Вт. Подсчет радиаторов – 1377:170 = 8,1 (8 шт.).

Получается, что для отопления кирпичного дома секций потребуется значительно меньше. Когда проводился расчет секций радиатора на площадь, результат получился усредненный – 9 шт.

Корректируем показатели

Для более успешного решения вопроса, как рассчитать количество радиаторов на комнату, в учет необходимо взять некоторые дополнительные факторы, способствующие увеличению или уменьшению теплопотерь. Значительное влияние имеет материал изготовления стен и уровень их теплоизоляции. Немалое значение играет также количество и размер окон, вид используемого для них остекления, наружные стены и т.д. Для упрощения процедуры, как рассчитать радиатор на комнату, вводятся специальные коэффициенты.

Окна

Через оконные проемы теряется примерно 15-35% тепла: на это влияют размеры окон и степень их утепления. Это объясняет наличие двух коэффициентов.

Соотношение площади окна и пола:

  • 10% - 0,8
  • 20% - 0,9
  • 30% - 1,0
  • 40% - 1,1
  • 50% - 1,2


По типу остекления:

  • 3-камерный стеклопакет или 2-камерный стеклопакеты с аргоном - 0,85;
  • стандартный 2-камерный стеклопакет - 1,0;
  • простые двойные рамы - 1,27.

Стены и крыша

Выполняя точный расчет батарей отопления на площадь, не обойтись без учета материала стен, степени их термоизоляции. Для этого также имеются коэффициенты.

Уровень утепления:

  • За норму берутся кирпичные стены в два кирпича - 1,0.
  • Небольшой (отсутствует) - 1,27.
  • Хороший - 0,8.

Внешние стены:

  • Не имеются - без потерь, коэффициент 1,0.
  • 1 стена - 1,1.
  • 2 стены - 1,2.
  • 3 стены- 1,3.

Уровень теплопотерь тесно связан с наличием или отсутствием жилой мансарды или второго этажа. Если такое помещение имеется, коэффициент будет уменьшающим 0,7 (для чердака с обогревом– 0,9). Как данность предполагается, что степень влияния на температуру помещения нежилого чердака – нейтральная (коэффициент 1,0).


В тех ситуациях, когда при расчете секций радиаторов отопления по площади приходится иметь дело с нестандартной высотой потолка (стандартом считается 2,7 м), применяются уменьшающие или увеличивающие коэффициенты. Для их получения имеющаяся высота делится на стандартную 2,7 м. Возьмем пример с высотой потолка 3 м: 3,0м/2,7м=1,1. Далее показатель, полученный при расчете секций радиаторов по площади помещения, возводят в степень 1,1.

При определении вышеперечисленных норм и коэффициентов за ориентир брались квартиры. Чтобы выяснить уровень теплопотерь в частном доме со стороны кровли и подвала, к результату добавляют еще 50%. Таким образом, этот коэффициент будет равняться 1,5.

Климат

Существует также корректировка по средним зимним температурам:

  • 10 и выше градусов - 0,7
  • -15 градусов - 0,9
  • -20 градусов - 1,1
  • -25 градусов - 1,3
  • -30 градусов- 1,5

После внесения всех возможных корректировок в расчет алюминиевых радиаторов по площади получается более объективный результат. Однако приведенный выше перечень факторов будет не полным без упоминания критериев, влияющих на мощность обогревания.

Тип радиатора

Если систему отопления будет комплектоваться секционными радиаторами, в которых осевое расстояние имеет высоту 50 см, то расчет секций радиаторов отопления особых затруднений не вызовет. Как правило, солидные производители имеют собственные сайты с указанием техническим данных (включая тепловую мощность) всех моделей. Иногда вместо мощности может указываться расход теплоносителя: перевести его в мощность очень просто, ведь потребление теплоносителя 1л/мин соответствует примерно 1 кВт. Чтобы определить осевую дистанцию, необходимо замерить расстояние между центрами трубы подачи до обратки.

Для облегчения задачи множество сайтов оснащены специальной программой по калькуляции. Все, что необходимо для расчета батарей на комнату – внести ее параметры в указанные строки. Нажав поле «Ввод», на выходе мгновенно высвечивается число секций выбранной модели. Определяясь с типом обогревательного прибора, берут во внимание разницу тепловой мощности радиатора отопления по площади, в зависимости от материала изготовления (при прочих равных условиях).


Облегчит понимание сути вопроса простейший пример расчета секций биметаллического радиатора, где в учет берется только площадь помещения. Определяясь с количеством биметаллических нагревательных элементов со стандартной межосевой дистанцией в 50 см, за отправную точку берут возможность обогревания одной секцией 1,8 м2 жилища. В таком случае для комнаты 15 м2 потребуется 15:1,8 = 8,3 шт. После округления получаем 8 шт. Схожим образом проводится расчет батарей из чугуна и стали.

Для этого потребуются следующие коэффициенты:

  • Для биметаллических радиаторов - 1,8 м2.
  • Для алюминиевых - 1,9-2,0 м2.
  • Для чугунных - 1,4-1,5 м2.

Эти параметры подходят для стандартной межосевой дистанции 50 см. В настоящее время выпускаются радиаторы, где это расстояние может колебаться от 20 до 60 см. Встречаются даже т.н. «бордюрные» модели высотой менее 20 см. Понятное дело, что мощность этих батарей будет другой, что потребует внесения определенных корректив. Иногда эта информация указывается в сопроводительной документации, в других же случаях потребуется самостоятельный подсчет.

Учитывая то, что площадь нагревательной поверхности напрямую влияет на тепловую мощность прибора, несложно догадаться, что по мере уменьшения высоты радиатора этот показатель будет падать. Поэтому корректирующий коэффициент определяется путем соотношения высоты выбранного изделия со стандартом 50 см.

Для примера рассчитаем алюминиевый радиатор. Для помещения в 15 м2 расчет секций радиаторов отопления по площади помещения выдает результат 15:2 = 7,5 шт. (округляем до 8 шт.) Намечена была эксплуатация маломерных приборов высотой 40 см. Вначале нужно найти соотношение 50:40 = 1,25. После корректировки количества секций получается результат 8х1,25 = 10 шт.

Учет режима системы отопления

Сопроводительная документация на радиатор обычно содержит информацию о его максимальной мощности. Если используется высокотемпературный режим эксплуатации, то в трубе подачи теплоноситель нагревается до +90 градусов, а в обратке - +70 градусов (маркируется 90/70). Температура жилища при этом должна быть +20 градусов. Подобный режим функционирования современными системами обогрева практически не используется. Чаще встречается средняя (75/65/20) или низкая (55/45/20) мощность. Этот факт требует корректировки расчета мощности батарей отопления по площади.

Чтобы определить режим работы контура, в учет берется показатель температурного напора системы: так называют разницу температуры воздуха и поверхности радиатора. За температуру отопительного прибора принимают среднее арифметическое между показателями подачи и обратки.


Для большего понимания рассчитаем чугунные батареи со стандартными секциями в 50 см в режиме высокой и низкой температуры. Площадь комнаты прежняя – 15 м2. Обогрев одной чугунной секции в высокотемпературном режиме обеспечивается для 1,5 м2, поэтому общее число секций будет равняться 15:1,5 = 10. В контуре запланировано применение низкотемпературного режима.

Определения температурного напора каждого из режимов:

  • Высокотемпературный - 90/70/20- (90+70):20 =60 градусов;
  • Низкотемпературный - 55/45/20 - (55+45):2-20 = 30 градусов.

Получается так, что для обеспечения нормального обогрева помещения в режиме низких температур число радиаторных секций нужно удвоить. В нашем случае для комнаты 15 м2 необходимо 20 секций: это предполагает наличие довольно широкой чугунной батареи. Именно поэтому приборы из чугуна не рекомендуется использовать в низкотемпературных системах.

Во внимание может быть взята и желаемая температура воздуха. Если за цель ставится поднять ее с 20 до 25 градусов, осуществляют расчет теплового напора с этой поправкой, высчитывая нужный коэффициент. Проведем расчет мощности батарей отопления по площади все того же чугунного радиатора, введя корректировку в параметры (90/70/25). Вычисление температурного напора в этой ситуации будет выглядеть так: (90+70):2-25=55 градусов. Теперь высчитываем соотношение 60:55=1,1. Чтобы обеспечить температурный режим 25 градусов, необходимо 11 шт х1,1=12,1 радиаторов.

Влияние типа и места установки

Наряду с уже упомянутыми факторами, степень теплоотдачи отопительного прибора зависит также от того, каким образом он был подключен. Самое эффективной считается коммутация по диагонали с подачей сверху, которая сводит уровень теплопотерь практически к нулю. Наибольшие потери тепловой энергии демонстрирует боковое подключение – почти 22%. Для остальных типов установки характерна средняя эффективность.


Способствуют уменьшению фактической мощности батареи и различные заграждающие элементы: к примеру, нависающих сверху подоконник снижает теплоотдачу почти на 8%. Если полного перекрывания радиатора не происходит, потери снижаются до 3-5%. Сетчатые декоративные экраны частичного покрытия провоцируют падения теплоотдачи на уровне нависающего подоконника (7-8%). Если батарею полностью закрыть таким экраном, ее эффективность снизится на 20-25%.

Как рассчитать количество радиаторов для однотрубного контура

Следует учесть тот факт, что все вышесказанное относится к двухтрубным отопительным схемам, предполагающим подачу на каждый из радиаторов теплоносителя одинаковой температуры. Рассчитать секции радиатора отопления в однотрубной системе на порядок сложнее, ведь каждая следующая батарея по ходу движения теплоносителя обогревается на порядок меньше. Поэтому расчет для однотрубного контура предполагает постоянный пересмотр температуры: такая процедура занимает много времени и усилий.

В качестве облегчения процедуры используется такой прием, когда расчет отопления на квадратный метр проводится, как для двухтрубной системы, а потом с учетом падения тепловой мощности наращивают секции для увеличения теплоотдачи контура в общем. Для примера возьмем схему однотрубного типа, которая имеет 6 радиаторов. После определения числа секций, как для двухтрубной сети, вносим определенные корректировки.

Первый из отопительных приборов по ходу движения теплоносителя обеспечивается полностью нагретым теплоносителем, поэтому его можно не пересчитывать. Температура подачи на второй по счету прибор уже меньшая, поэтому нужно определить степень снижения мощности, увеличив на полученное значение число секций: 15кВт-3кВт=12кВт (процентное соотношение уменьшения температуры составляет 20%). Итак, для восполнения потерь тепла понадобятся добавочные секции - если вначале их нужно было 8шт, то после добавления 20% получаем конечное число - 9 или 10 шт.

При выборе, в какую сторону округлить, учитывают функциональное назначение помещение. Если речь идет о спальне или детской, округление проводится в большую сторону. При расчете гостиной или кухни округлять лучше в меньшую сторону. Свою долю влияние имеет также то, на какой стороне расположена комната – южной или северной (северные помещения обычно округляются в большую сторону, а южные – в меньшую).

Данный метод подсчета не является совершенным, так как предполагает увеличение последнего радиатора на линии до поистине гигантских размеров. Следует также понимать, что удельная теплоемкость подаваемого теплоносителя почти никогда не равняется ее мощности. Из-за этого котлы для оснащения однотрубных контуров выбираются с некоторым запасом. Оптимизируют ситуацию наличие запорной арматуры и коммутация батарей через байпас: благодаря этому достигается возможность регулировки теплоотдачи, что несколько компенсирует снижение температуры теплоносителя. Однако от необходимости увеличивать размеры радиаторов и количество его секций по мере удаления от котла при использовании однотрубной схемы даже эти приемы не освобождают.

Чтобы решить задачу, как рассчитать радиаторы отопления по площади, много времени и сил не понадобится. Другое дело – провести корректировку полученного результата, взяв во внимание все характеристики жилища, его размеры, способ коммутации и дислокацию радиаторов: эта процедура достаточно трудоемкая и длительная. Однако именно таким образом можно получить максимально точные параметры для отопительной системы, что обеспечит тепло и уют помещений.


Расчетом радиаторов отопления принято называть определение оптимальной мощности обогревательного прибора, необходимой для создания теплового комфорта в пределах жилой комнаты или всей квартиры и выбора соответствующего секционного радиатора как основного функционального элемента нынешних систем отопления.

Расчет мощности радиаторов с помощью калькулятора

Для ориентировочных расчетов достаточно применение несложных алгоритмов, называемых калькулятором расчета радиаторов или батарей отопления. С их помощью даже не специалистам удается подобрать необходимое количество радиаторных секций для обеспечения в своем доме комфортного микроклимата.

Цель расчетов

Нормативная документация по отоплению (СНиП 2.04.05-91, СНиП 3.05-01-85), строительной климатологии (СП 131.13330.2012) и тепловой защите зданий (СНиП 23-02-2003) требует от отопительной аппаратуры жилого дома выполнения следующих условий:

  • Обеспечение полной компенсации тепловых потерь жилища в холодное время;
  • Поддержание в помещениях частного жилища или здания общественного назначения номинальных температур, регламентированных санитарными и строительными нормами. В частности, для ванной комнаты требуется обеспечение температуры в пределах 25 градусов Ц, а для жилой – значительно ниже, всего лишь 18 градусов Ц.

Понятие теплого комфорта следует трактовать не только в качестве плюсовой температуры произвольного значения, но и как максимально допустимую величину. Нет смысла монтировать батареи с двумя десятками секций для обогрева небольшой по площади детской спальни, если ради свежего воздуха (чересчур нагретые радиаторы «сжигают» кислород вокруг себя) приходится открывать форточку.

Батарея отопления, собранная с излишним количеством секций

С помощью калькулятора расчета отопительной системы определяется тепловая мощность радиатора для эффективного отопления жилой площади или подсобного помещения в установленном температурном диапазоне, после чего корректируется формат радиатора.

Методика расчета по площади

Алгоритм расчета радиаторов отопления по площади заключается в сопоставления тепловой мощности прибора (указывается производителем в паспорте изделия) и площади помещения, в котором планируется монтаж отопления. При постановке задачи, как рассчитать количество радиаторов отопления, сначала определяется количество тепла, которое нужно получить от отопительных приборов для обогрева жилья в соответствии с санитарными нормативами. Для этого теплотехниками введен так называемый показатель мощности отопления, приходящийся на квадратный или кубический метр в объеме помещения. Его усредненные значения определены для нескольких климатических регионов, в частности:

  • регионы с умеренным климатом (Москва и Моск. область) – от 50 до 100 Вт/кв. м;
  • районы Урала и Сибири – до 150 Вт/кв. м;
  • для районов Севера – необходимо уже от 150 до 200 Вт/кв. м.

Проведение расчета мощности радиаторов отопления с использованием показателя площади рекомендуется только для стандартных помещений с высотой потолка не более 2,7-3,0 метра. При превышении стандартных параметров высоты необходимо переходить на методику калькулятора расчетов батарей по объему, в которой для определения числа секций радиатора вводится понятие количества тепловой энергии на обогрев одного кубометра помещения жилого дома. Для панельного дома усредненный показатель принимается равным 40-41 Вт/куб. метр.

Последовательность теплотехнических расчетов отопления частного жилища через площадь обогреваемого помещения следующая:

  1. Определяется расчетная площадь комнаты S, выраженная в кв. метрах;
  2. Полученная величина площади S умножается на показатель мощности отопления, принятый для данного климатического региона. Для упрощения расчетов его часто принимают равным 100 Вт на квадратный метр. В результате перемножения S на 100 Вт/кв. метр получается количество тепла Q пом, потребное для обогрева помещения;
  3. Полученное значение Q пом необходимо разделить на показатель мощности радиатора (теплоотдачу) Q рад.

Для каждого типа батареи производителем декларируется паспортное значение Q рад, зависящее от материала изготовления и размера секций.

  1. Определяется потребное количество секций радиатора по формуле:

N= Q пом / Q рад. Полученный результат округляется в сторону увеличения.

Параметры теплоотдачи радиаторов

На рынке секционных батарей для отопления жилого дома широко представлены изделия из чугуна, стали, алюминия и биметаллические модели. В таблице представлены показатели теплоотдачи наиболее популярных секционных обогревателей.

Значения параметров теплоотдачи современных секционных радиаторов

Модель радиатора, материал изготовления Теплоотдача, Вт
Чугунный М-140 (проверенная десятилетиями «гармошка») 155
Viadrus KALOR 500/70? 110
Viadrus KALOR 500/130? 191
Стальные радиаторы Kermi до 13173
Стальные радиаторы Arbonia до 2805
Биметаллический РИФАР Base 204
РИФАР Alp 171
Алюминиевый Royal Termo Optimal 195
RoyalTermo Evolution 205
Биметаллический RoyalTermo BiLiner 171

Сравнивая табличные показатели чугунных и биметаллических батарей, которые наиболее адаптированы под параметры центрального отопления, нетрудно отметить их тождественность, которая облегчает расчеты при выборе способа обогрева жилого дома.

Тождественность чугунных и биметаллических батарей при расчете мощности

Паспортные значения отопительных приборов указываются для температуры 70-90 градусов Ц. В системах центрального отопления теплоноситель редко нагревается выше 60-80 градусов Ц, поэтому теплоотдача, например, чугунной «гармошки» в комнате высотой 2,7 метра не превышает 60 Вт.

Уточняющие коэффициенты

Для уточняющей корректировки калькулятора определения числа секций для обогрева комнаты в упрощенную формулу N= Q пом / Q рад вводятся поправочные коэффициенты, учитывающие различные факторы, влияющие на теплообмен внутри частного жилища. Тогда значение Q пом определяется по уточненной формуле:

Q пом = S*100*К 1 * К 2 *К 3 *К 4 * К 5 *К 6 .

В этой формуле поправочные коэффициенты учитывают следующие факторы:

  • К 1 – для учета способа остекления окон. Для обычного остекления К 1 =1,27, для двойного стеклопакета К 1 =1,0, для тройного К 1 =0,85;
  • К 2 учитывает отклонение высоты потолка от стандартного размера 2,7 метра. К 2 определяется делением размера высоты на 2,7 м. Например, для комнаты высотой 3 метра коэффициент К 2 =З,0/2,7=1,11;
  • К 3 корректирует теплоотдачу в зависимости от места установки радиаторных секций.

Значения поправочного коэффициента К3 в зависимости от схемы установки батареи

  • К 4 соотносит расположение наружных стен с интенсивностью теплоотдачи. Если наружная стена всего одна, то К=1,1. Для угловой комнаты уже две наружных стены, соответственно, К=1,2. Для обособленного помещения с четырьмя наружными стенами К=1,4.
  • К 5 необходим для корректировки в случае наличия помещения над расчетной комнатой: если имеется сверху холодный чердак, то К=1, для обогреваемого чердака К=0,9 и для отапливаемого помещения сверху К=0,8;
  • К 6 вносит коррективы по соотношению площадей окон и пола. Если площадь окон всего лишь 10% от площади пола, то К=0,8. Для окон витражного типа площадью до 40% от площади пола К=1,2.

Радиаторная система отопления. Видео

Как устроена радиаторная система отопления, рассказывает видео ниже.

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)

Расчет отопления по площади помещения онлайн калькулятор

Расчет для нестандартных комнат

Этот вариант расчета подходит для нестандартных комнат со слишком низкими либо же чересчур высокими потолками. В основу расчета положено утверждение, в соответствии с которым для прогрева 1 м3 жилого пространства нужно порядка 41 Вт мощности батареи. То есть вычисления выполняются по единственной формуле, имеющей такой вид:

A=Bx41,

где:

  • А – нужное число секций отопительной батареи;
  • B – объем комнаты. Рассчитывается как произведение длины помещения на его ширину и на высоту.

Для примера рассмотрим комнату длиной 4 м, шириной 3,5 м и высотой 3 м. Ее объем составит 42 м3.

Общую потребность этого помещения в тепловой энергии рассчитаем, умножив его объем на упоминавшиеся ранее 41 Вт. Результат – 1722 Вт. Для примера возьмем батарею, каждая секция которой выдает 160 Вт тепловой мощности. Нужное количество секций рассчитаем, разделив суммарную потребность в тепловой мощности на значение мощности каждой секции. Получится 10,8. Как обычно, округляем до ближайшего большего целого числа, т.е. до 11.

Расчетные данные рекомендуется округлять в сторону увеличения по той причине, что компании-производители нередко указывают в технической документации мощность, несколько превышающую реальное значение.

Расчет необходимого количества радиаторов для отопления

Укажите в калькуляторе параметры помещения

Средняя t °C
воздуха зимой
Высота
потолков
Отношение S м²
окон к S м² пола
Наружные
стены
Помещение сверху
над рассчитываемым
-10 градусов-15 градусов-20 градусов-25 градусов-35 градусов До 2.7 метра3 метра4 метраСв. 4.1 метраДо 0.10.1 – 0.2 0.2 – 0.30.3 – 0.40.4 – 0.5ОтсутствуютОдна ДвеТри ЧетыреНеотапливаемое помещениеУтепленный чердак Отапливаемое помещение
Утепление внешних
стен
Остекление
окон
Ориентация
помещения
Установка радиаторов
в помещении
Не утепленыНормальное утеп.Полноценное утеп.обычные двойные рамыдвухкамерный стеклопакеттрехкамерный стеклопакетЮг, Юго-ЗападЗападВосток,Северо-ВостокСеверУстановлен открытоПрикр. сверху подокон.или плитойПрикрыт сверху стеновой нишейПрикрыт с лицевой стороны экраномПрикрыт весь декоратив. кожухом

Отметьте если имеется в комнате дверь на балкон или на улицу

Площадь помещения Fp, м2=»right»> Желаемая температура Tg, град=»right»>
Температура подачи Tp, град=»right»> Температура обратки To, град=»right»>
Нормативная (паспорт) тепловая мощность секции радиатора Pn, ватт=»right»>
Нормативная (паспорт) температурный напор радиатора DTn, град=»right»>
Ориентировочное количество тепловой энергии на 1м2 помещения Qud, ватт=»right»>

Стандартный расчет радиаторов отопления

Расчет радиаторов отопления

Начнем обучение с рассмотрения наиболее часто использующегося метода расчета. Его вряд ли можно считать самым точным, зато по простоте выполнения он определенно вырывается вперед.

Стандартный расчет радиаторов отопления

В соответствии с этим «универсальным» методом для обогрева 1 м2 площади помещения нужно 100 Вт мощности батареи. В данном случае вычисления ограничиваются одной простой формулой:

K=S/U*100

В этой формуле:

Для примера рассмотрим порядок расчета необходимого числа секций батареи для комнаты габаритами 4х3,5 м. Площадь такого помещения составляет 14 м2. Производитель заявляет, что каждая секция выпущенной им батареи выдает 160 Вт мощности.

Подставляем значения в приведенную выше формулу и получаем, что для обогрева нашей комнаты нужно 8,75 секций радиатора. Округляем, конечно же, в большую сторону, т.е. к 9. Если комната угловая, добавляем 20%-й запас, снова округляем, и получаем 11 секций. Если в работе отопительной системы наблюдаются проблемы, добавляем еще 20% к первоначально рассчитанному значению. Получится около 2. То есть в сумме для обогрева 14-метровой угловой комнаты в условиях нестабильной работы отопительной системы понадобится 13 секций батареи.

Расчет алюминиевых радиаторов отопления

Принципы и элементы расчета

Как уже было сказано выше, результатом расчета является определение необходимой отопительной нагрузки помещения и числа секций нужного радиатора.

Формулы

Расчет секций радиаторов отопления калькулятор выполняет по следующей формуле:

Q = 100Вт/кв.м. * S * P1 * P2 * P3 * P4 * P5 * P6, где

Q – рассчитываемая тепловая нагрузка помещения, Вт;

S – площадь помещения, м2;

P1 – учет количества стен:

одна стена – 1,1;

две стены – 1,2;

три стены – 1,3;

четыре стены – 1,4.

P2 – учет типа помещения, располагающегося над рассчитываемым:

холодный чердак – 1,0;

теплый чердак – 0,9;

жилое помещение – 0,8.

P3 – учет высоты потолка:

до 2,7 м – 1,0;

2,8÷3,0 м – 1,05;

3,1÷3,5 м – 1,1;

3,6÷4,0 м – 1,15;

более 4,1 м – 1,2.

P4 – учет степени теплоизоляции наружных стен:

внешние стены не утеплены – 1,27;

средняя степень изоляции – 1,0;

внешние стены качественно утеплены – 0,85.

P5 – учет типа окон:

деревянные рамы с двумя стеклами – 1,27;

однокамерный (2 стекла) стеклопакет – 1,0;

двухкамерный (3 стекла) стеклопакет – 0,85.

P6 – коэффициент, учитывающий количество окон:

три окна – 1,2;

два окна – 1,1;

одно окно – 1,0.

Очевидно, что расчет является достаточно кропотливым и сложным для человека, никогда ранее не имевшего отношения к подобным инженерным изысканиям. Ошибившись или не учтив какой-либо параметр, можно допустить ошибку в расчете.

Утепление наружных стен

Откуда взять исходные данные?

Очевидно, что для того, чтобы получить хотя бы приблизительную оценку требуемой теплопроизводительности радиаторов, достаточно изучить собственное помещение. Для замеров расстояний вам понадобится обычная рулетка. Чтобы узнать степень утепления наружных стен, достаточно знать в каком типе дома у вас находится жилье и найти соответствующую информацию в интернете, либо заглянуть в паспорт БТИ (если это квартира). Со всеми остальными параметрами все предельно ясно.

Тепловые потери для разных домов

Исходные данные для вычислений

Расчет тепловой мощности батарей выполняется для каждого помещения отдельно, в зависимости от числа внешних стен, окон и наличия входной двери с улицы. Чтобы правильно рассчитать показатели теплоотдачи радиаторов отопления, ответьте на 3 вопроса:

  1. Сколько тепла необходимо на обогрев жилой комнаты.
  2. Какую температуру воздуха планируется поддерживать в конкретном помещении.
  3. Средняя температура воды в отопительной системе квартиры либо частного дома.

Ответ на первый вопрос — как рассчитать потребное количество тепловой энергии различными способами, дается в отдельном руководстве – расчет нагрузки на отопительную систему. Приведем 2 упрощенных методики вычислений: по площади и объему комнаты.

Распространенный способ — измерить обогреваемую площадь и выделить на квадратный метр 100 Вт теплоты, иначе — 1 кВт на 10 м². Мы предлагаем уточнить методику – учесть количество световых проемов и наружных стен:

  • для комнат с 1 окном или входной дверью и одной внешней стенкой оставить 100 Вт тепла на метр квадратный;
  • угловое помещение (2 наружных ограждения) с 1 оконным проемом – считать 120 Вт/м²;
  • то же, 2 световых проема – 130 Вт/м².

Распределение тепловых потерь по площади одноэтажного дома

При высоте  перекрытия более 3 метров (например, коридор с лестницей в двухэтажном доме) расход тепла правильнее считать по кубатуре:

  • комната с 1 окном (внешней дверью) и единственной наружной стеной – 35 Вт/м³;
  • помещение окружено другими комнатами, не имеет окон, либо находится на солнечной стороне – 35 Вт/м³;
  • угловая комната с 1 оконным проемом – 40 Вт/м³;
  • то же, с двумя окнами – 45 Вт/м³.

На второй вопрос ответить проще: комфортная для проживания температура лежит в диапазоне 20…23 °C. Нагревать воздух сильнее неэкономично, слабее – холодно. Среднее значение для расчетов – плюс 22 градуса.

Оптимальный режим работы котла подразумевает нагрев теплоносителя до 60—70 °C. Исключение – теплые либо слишком холодные сутки, когда температуру воды приходится снижать или, наоборот, увеличивать. Количество таких дней невелико, поэтому средняя расчетная температура системы принимается равной +65 °C.


В комнатах с высокими потолками считаем расход теплоты по объему

Учёт особенностей помещения

Технические характеристики различных видов радиаторов неодинаковы. Специалисты-теплотехники рекомендуют использовать радиаторы из чугуна в частных домах, для квартиры более подходят биметаллические или алюминиевые изделия.

Расчёт размера секций учитывает не только квадратуру, но и вероятные тепловые потери, происходящие через окна, двери, стены, перекрытия и полы, а также по вентиляционным каналам. Для каждого вида непроизводительных расходов тепла применяются свои коэффициенты, обозначаемые буквой Q.

В расчёт тепловых потерь необходимо включать такие параметры:

  1. Разница температур снаружи и внутри помещения, обозначаемая как DT.
  2. Площадь дверей и окон и других подобных конструкций – S.
  3. Толщина перегородок или стен – V.
  4. Величина теплопроводности стен, зависящая от характера материала и применяемых утепляющих материалов – Y.

Соотношение для расчёта выглядит таким образом:

Q = S x DT / R слоя,

где R = V : Y.

Все просчитанные коэффициенты нужно суммировать, а при наличии вентиляционных шахт, полученный показатель увеличивается на величину до 40%.

В зависимости от расположения комнат в пространстве, вводятся дополнительные коэффициенты, для вертикалей, обращённых к северу, северо-востоку и северо-западу. Он составляет 10%, а для обращённых на юго-восток и юго-запад – 5%.  Для южного направления поправка не применяется. Для углового помещения с двумя стенами, выходящими наружу, добавочный коэффициент принимаемся равным 5% .

Если высота стены составляет более 4-х метров, вводится добавочный коэффициент 2%. Снижение параметров тепловых потерь можно получить, утепляя потолок со стороны чердака и кровельный пирог.

Калькулятор точного расчета количества секций радиаторов отопления

Простой расчет не учитывают много факторов. В итоге получаются искривленные данные. Тогда одни комнаты остаются холодными, вторые – слишком жаркими. Температуру можно контролировать с помощью запорных вентелей, но лучше заранее все точно посчитать, чтобы использовать нужное количество материалов.

Радиаторы отопления чаще всего размещаются под окном

Для точного расчета используют понижающие и повышающие тепловые коэффициенты

Сначала следует обратить внимание на окна. Для одинарного остекления используется коэффициент 1,7

Для двойных окон не нужен коэффициент. Для тройных показатель составляет 0,85.

Дальше учитывают кирпичную кладку. Для стены в два кирпича или с уплотнителем используют коэффициент 1. При наличии теплоизоляции применяет показатель 0,85, при отсутствии – 1,27.

При расчетах учитывают соотношение площади полов и окон. Идеальное соотношение составляет 30%. Тогда применяют коэффициент 1. При повышении соотношения на 10% коэффициент повышается на 0,1.

Коэффициенты для разной высоты потолков:

  • Если потолок ниже 2,7 м, коэффициент не нужен;
  • При показателях от 2,7 до 3,5 м используют коэффициент 1,1;
  • Когда высота составляет 3,5-4,5 м, потребуется коэффициент 1,2.

При наличии чердаков или верхних этажей также применяет определенные коэффициенты. При теплом чердаке применяют показатель 0,9, жилой комнате – 0,8. Для неотапливаемых чердаков берут 1.

Расчет по объему помещения

Расчет необходимой мощности отопительных приборов исходя из объема помещения дает более точные результаты, поскольку здесь принимается во внимание и высота потолков комнаты. Этот способ расчета применяется для помещений с высокими потолками, нестандартных конфигураций и открытых жилых пространств, например залов со вторым светом

Этот способ расчета применяется для помещений с высокими потолками, нестандартных конфигураций и открытых жилых пространств, например залов со вторым светом.

Общий принцип вычислений схож с предыдущим.

По требованиям СНИП для нормального отопления 1 кубического метра жилого помещения требуется 41 Вт тепловой мощности прибора.

Таким образом, вычисляется объем комнаты (длина * ширина * высота), полученный результат умножаем на 41. Все величины берутся в метрах, результат в Вт. Для перевода в кВт делится на 1000.

Пример:  5 м (длина) * 4,5 м (ширина) * 2,75 м (высота потолка), получается объем помещения равен 61,9 кубических метров. Полученный объем умножается на норму: 61,9 * 41 = 2538 Вт или 2,5 кВт.

Количество секций рассчитывается, как и выше, путем деления на мощность одной секции радиатора, указанную в паспорте модели производителем. Т.е. если мощность одной секции равна 170 Вт, то 2538 / 170 получается 14,9, после округления, 15 секций.

Поправки

Чугунные батареи – классика на новый лад

Если расчет производится для квартир в современном многоэтажном доме с качественным утеплением и установленными стеклопакетами, то величина нормы мощности на 1 куб.метр равна 34 Вт.

В паспорте радиатора производитель может указывать максимальное и минимальное значение тепловой мощности на одну секцию, разница связана с температурой теплоносителя, циркулирующего в системе отопления. Для произведения корректных расчетов берется либо усредненное, либо минимальное значение.

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 средние значения тепловой мощности по каждому типу радиаторов

Их можно использовать при приблизительных расчетах (приведены данные для батарей с межосевым расстоянием 50 см):

Тем не менее, для предварительной оценки того, сколько секций батарей нужно для отопления помещений, вывели средние 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 м²:

  • биметаллическая секция обогреет 1,8 м²;
  • алюминиевая — 1,9-2,0 м²;
  • чугунная — 1,4-1,5 м²;

Как рассчитать количество секций радиатора по этим данным? Все еще проще. Если вы знаете площадь комнаты, делите ее на коэффициент. Например, комната 16 м2, для ее отопления примерно понадобится:

  • биметаллических 16 м² / 1,8 м² = 8,88 шт, округляем — 9 шт.
  • алюминиевых 16 м² / 2 м² = 8 шт.
  • чугунных 16 м² / 1,4 м² = 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.

Советы и рекомендации

Эффективность отопительной системы зависит от многих факторов

Но, как понятно из приведённой выше информации, затраты на отопление можно оптимизировать, обратив внимание на следующие факторы:

  1. Установлено, что основные потери тепловой энергии происходят в верхней части дома и составляю от 25-30% при неутеплённой кровле.
  2. Значительны также потери при недостаточно утеплённом перекрытии.
  3. Имеет значение материал, из которого изготовлены стены. Будучи установлены из бетонных блоков или литых стен, ограждающие конструкции быстро теряют тепло во внешнее пространство, что требует дополнительных затрат на их прогрев и поддержание в таком состоянии длительное время.
  4. Особое значение имеет утепление пола. Будучи постоянно холодным, он создаёт некомфортные условия для проживания и создаёт массу неудобств. Кроме того, тёплый пол в значительной мере снижает температуру основного контура отопления, что позволяет экономить топливные ресурсы. Но следует помнить, что температура поверхности тёплого пола не должна превышать 30 градусов. В противном случае возникают восходящие конвекционные потоки, поднимающие пыль с пола, которая вредна для человека.

Таким образом после прочтения данной статьи вы сможете самостоятельно рассчитать требуемое количество секций для радиаторов с помощью формул и проверить правильность полученной информации с помощью калькулятора.

Чтобы определить объем комнаты, придется использовать такие показатели, как высота потолка, ширина и длина. Умножив все параметры и получив объем, его следует умножить на показатель мощности, определенный СНиП в размере 41 Вт.

Например, площадь помещения (ширина х длину) 16 м2, а высота потолка 2.7 м, что дает объем (16х2.7), равный 43 м3.

Для определения мощности радиатора следует объем умножить на показатель мощности:

После этого полученный результат так же делится на мощность одой секции радиатора. Например, она равна 160 Вт, значит, для помещения объемом 43 м3 потребуется 11 секций (1771: 160).

И такой расчет биметаллических радиаторов отопления на квадратный метр так же не будет точным. Чтобы удостовериться, сколько на самом деле потребуется секций в батарее, нужно произвести расчеты по более сложной, но точной формуле, которая учитывает все нюансы, вплоть до температуры воздуха за окном.

Данная формула выглядит следующим образом:

S х 100 х k1 х k2 х k3 х k4 х k5 х k6 * k7 = мощность радиатора, где K, это параметры теплопотерь:

k1 – тип остекления;

k2 – качество утепления стен;

k3 – размер окна;

k4 – температура на улице;

k5 – наружные стены;

k6 – это помещение над комнатой;

k7 – высота потолка.

Если не полениться, и вычислить все эти параметры, то можно получить реальное количество секций биметаллического радиатора на 1 м2.

Сделать подобные расчеты несложно, и даже приблизительный показатель – это лучше, чем покупать батарею на «авось».

Биметаллические радиаторы – это дорогая и качественная продукция, поэтому перед покупкой и установкой следует с должным вниманием ознакомиться не только с такими параметрами, как тепловая мощность и устойчивость к высоким давлениям, но и с их устройством. У каждого производителя есть свои привлекательные «фишки» для клиентов

Нельзя покупать батареи только ради акций. Качественный расчет тепловой мощности биметаллического радиатора обеспечит комнату теплом на ближайшие 20 — 30 лет, что намного привлекательнее, чем одноразовая скидка

У каждого производителя есть свои привлекательные «фишки» для клиентов. Нельзя покупать батареи только ради акций. Качественный расчет тепловой мощности биметаллического радиатора обеспечит комнату теплом на ближайшие 20 — 30 лет, что намного привлекательнее, чем одноразовая скидка.

Пример расчета мощности батарей отопления

Возьмем помещение площадью 15 квадратных метров и с потолками высотой 3 метра.Объем воздуха, который предстоит нагреть в отопительной системе составит:

 V=15x3=45 метров кубических

Далее считаем мощность, которая потребуется для обогрева помещения заданного объема. В нашем случае — 45 кубических метров. Для этого необходимо умножить объем помещения на мощность, необходимую для обогрева одного кубического метра воздуха в заданном регионе. Для Азии, Кавказа это 45 вт, для средней полосы 50 вт, для севера около 60 вт. В качестве примера возьмем мощность 45 вт и тогда получим:

45×45=2025 вт — мощность, необходимая для обогрева помещения с кубатурой 45 метров

Что делать после расчета?

После расчета мощности радиаторов отопления всех комнат, необходимо будет выбрать трубопровод по диаметру, краны. Количество радиаторов, длину труб, количество кранов для радиаторов. Подсчитать объем всей системы и выбрать подходящий для нее котел.

Для человека дом часто ассоциируется с теплом и уютом

Чтобы дом был теплым, необходимо уделить должное внимание системе отопления. Современные производители используют новейшие технологии для производства элементов систем отопления

Однако, без грамотного планирования подобной системы, для определенных помещений эти технологии могут оказаться бесполезны.

В первую очередь необходимо понимать, для каких целей будет использоваться помещение. Какой температурный режим в нем желателен. В этом деле существует множество тонкостей, которые необходимо учитывать. Желательно сделать проект отопления с точным расчетом мощности радиаторов отопления и теплопотерь. Радиаторы отопления лучше устанавливать в той части комнаты, где холоднее всего. В вышеизложенном примере была рассмотрена установка батарей отопления возле окон. Это один из наиболее выгодных и эффективных вариантов размещения элементов отопительной системы.

Методика расчёта радиаторов отопления по площади

Комфортное проживание в любом жилом пространстве обеспечивается оптимально настроенной системой обогрева. Формирование её невозможно без знания современных способов формирования отопительных систем, что включает в себя владение методиками расчёта радиаторов отопления.

Нужно заметить, что теплотехнические расчёты в строительстве являются самыми сложными. Можно с уверенностью сказать, что подробный и достоверный просчёт под силу выполнить только специалистам высочайшей квалификации или специализированным организациям.

Основа расчёта радиаторов опирается на учёте потерь тепла в помещении, которые необходимо восполнять в процессе жизнедеятельности теплоотдачей отопительной системы. Тем не менее, допуская переделённые упрощения, можно получить близкий к достоверному результат самостоятельно.

Что еще влияет

На каждом обогревающем приборе, вне зависимости от производителя, имеется указание на максимальную мощность.

Речь идет о следующих параметрах:

  1. Высокотемпературный режим. Теплоноситель способен разогреваться до +90 градусов.
  2. Режим обработки. Максимальное значение +70 градусов(90\70).

Как показывает практика, отопительные системы редко работают на максимуме.

Реальный температурный режим и мощность выглядят следующим образом:

Адекватный расчёт панельных радиаторов предусматривает наличие информации о температурных напорах контура отопления. Имеется в виду разницу между обогревающей батареей и температурой воздуха. Температура прибора в этом случае принимается за среднее арифметическое подачи и обратки. Перед тем, как рассчитать стальные радиаторы отопления, необходимо уточнить тип подключения приборов.

Оно бывает:

  1. Односторонним. Достигает своего максимума при подаче сверху(97%).
  2. Двухсторонним. В этом случае также предпочтительнее верхняя коммутация (100%).

Задача по подбору стального радиатора, как правило, не вызывает особых сложностей. Куда труднее произвести необходимые расчетные мероприятия, требующие учета целого ряда факторов. Для удобства расчета мощности стальных радиаторов отопления были разработаны специальные калькуляторы, позволяющие получать точные результаты.

Расчет мощности радиатора отопления: калькулятор и материал батарей

Расчет радиаторов начинается с выбора самих отопительных устройств. Для батарей на батарейке этого не нужно, так как система электронная, но для стандартного отопления придется воспользоваться формулой или калькулятором. Отличают батареи за материалом изготовления. Каждый вариант обладает своей мощностью. Многое зависит от необходимого количества секций и габаритов отопительных приборов.

При выборе радиаторов отопления следует учитывать площадь и дизайн помещения

Виды радиаторов:

  • Биметаллические;
  • Алюминиевые;
  • Стальные;
  • Чугунные.

Для биметаллических радиаторов используют 2 вида металла: алюминий и сталь. Внутренняя основа создается из прочной стали. Наружная сторона выполнена из алюминия. Он обеспечивает хорошее увеличение теплообмена прибора. В итоге получается надежная система с хорошей мощностью. На теплоотдачу влияет межосевой интервал и определенная модель радиатора.

Для алюминиевого радиатора тепловая мощность схожая с биметаллическими устройствами. Обычно этот показатель при межосевом расстоянии 50 см составляет 180-190 Вт. Более дорогие устройства имеют мощность до 210 Вт.

Алюминий часто используют, организовывая индивидуальный обогрев в частном доме. Дизайн устройств достаточно простой, но зато приборы отличаются отменной теплоотдачей. К гидроударам такие радиаторы не устойчивы, поэтому их нельзя применять для центрального отопления.

При расчете мощности биметаллического и алюминиевого радиатора учитывается показатель одной секции, так как приборы имеют монолитную конструкцию. Для стальных композиций расчет выполняется для всей батареи при определенных размерах. Выбор таких устройств следует осуществлять с учетом их рядности.

Измерение теплоотдачи чугунных радиаторов колеблется от 120 до 150 Вт. В некоторых случаях мощность может достигать 180 Вт. Чугун устойчив к коррозии и может работать при давлении 10 бар. Их можно использовать в любых строениях.

Минусы чугунных изделий:

  • Тяжелые – 70 кг весят 10 секций с расстоянием в 50 см;
  • Усложненная установка из-за тяжести;
  • Долго прогревается и использует больше тепла.

При выборе, какую батарею покупать, учитывают мощность одной секции. Так определяют прибор с необходимым количеством отделений. При межосевом расстоянии 50 см мощность конструкции составляет 175 Вт. А при расстоянии 30 см показатель измеряется, как 120 Вт.

Параметры, влияющие на температуру в помещении

Недостаточно знать технические характеристики батареи и отапливаемую площадь.

Стоит учитывать факторы, которые значительно влияют на утечку тепла:

  • окна;
  • стены;
  • кровля;
  • климат.

Внимание! При вычислении необходимой мощности, следует выполнить расчёт подходящим методом. После, полученный результат умножить на коэффициенты параметров, влияющих на температуру

Окна

Через оконные проёмы теряется вплоть до 35% тепла. Необходимо учитывать как площадь окна, так и вид стеклопакета.

ЗначениеКоэффициент
Площадь окна к площади пола, %
10,00,8
30,01,0
50,01,2
Вид стеклопакета
Трехкамерный0,85
Двухкамерный1,0
Двойная рама1,27

Стены и кровля

Толщина и наличие стен, выходящих на улицу, играют ключевую роль в теплоизоляции.

ЗначениеКоэффициент
Уровень теплоизоляции
Нормальный1,0
Недостаточный1,27
Хороший0,8
Наружные стены
11,1
21,2
31,3

Справка! Нормальной степенью изоляции принято считать стену в пару кирпичей.

Теплопотери меняются, если имеется отапливаемое помещение сверху, а именно:

  • другое помещение — коэффициент 0,7;
  • чердак с отоплением — 0,9;
  • обычный чердак — 1,0.

Для частного дома потери через крышу выше на 50%.

Поэтому следует умножить полученный коэффициент дополнительно на 1,5.

Внимание! При высоте потолка отличной от принятой нормы (2,7 метра) используется дополнительный коэффициент для расчёта секций радиатора. Для его получения следует 2,7 м разделить на фактическую высоту

Климатические факторы

Низкая температура на улице уменьшает объем тепла в помещении.

ЗначениеКоэффициент
Температура, °С
-100,7
-150,9
-201,1
-251,3
-301,5

расчет секций батарей по площади на комнату

Содержание:

Одна из главных целей подготовительных мероприятий перед монтажом системы отопления – определить, сколько нагревательных приборов потребуется в каждое из помещений, и какую мощность они должны иметь. Перед тем, как рассчитать количество радиаторов, рекомендуется ознакомиться с основными методиками этой процедуры.


Расчет секций батарей отопления по площади

Это самый простой тип расчета количества секций радиаторов отопления, где необходимый на обогрев помещения объем тепла определяется с ориентиром на квадратные метры жилища.

Площадь комнат посчитать нетрудно, а для определения необходимого тепла на помощь приходят строительные нормы СНиПа:

  • Средний климатический пояс на обогрев 1 м2 жилья требует 60-100 Вт.
  • Для северных регионов это норма соответствует 150-200 Вт.

Имея на руках эти цифры, проводится подсчет необходимого тепла. К примеру, для квартир средней полосы обогрев комнаты площадью 15 м2 потребует 1500 Вт тепла (15х100). При этом следует понимать, что речь идет об усредненных нормах, поэтому лучше ориентироваться на максимальные показатели для конкретного региона. Для местностей с очень мягкими зимами допускается использование коэффициента 60 Вт.


Делая запас по мощности, желательно не переусердствовать, так как это потребует использования большого числа обогревающих приборов. Следовательно, объем необходимого теплоносителя также возрастет. Для обитателей многоквартирных домов с центральным отоплением этот вопрос не является принципиальным. Жильцам же частного сектора приходится увеличивать затраты на подогрев теплоносителя, на фоне возрастания инерционности всего контура. Это предполагает необходимость тщательного проведения расчета радиаторов отопления по площади.

После определения всего необходимого на обогрев тепла, появляется возможность выяснить число секций. Сопроводительная документация на любой нагревательный прибор содержит информацию о выделяемом им тепле. Для подсчета секций общий объем необходимого тепла нужно разделить на мощность батареи. Чтобы увидеть, как это происходит, можно обратится к уже приведенному выше примеру, где в результате проведенных подсчетов был определен необходимый объем для обогрева комнаты 15 м2 – 1500 Вт.

Возьмем за мощность одной секции 160 Вт: выходит, что число секций будет равняться 1500:160 = 9,375. В какую сторону округлять – это выбор самого пользователя. Обычно в учет берется наличие косвенных источников обогрева комнаты и степень ее утепления. К примеру, в кухне воздух обогревается также бытовыми приборами во время готовки, поэтому там округлять можно в сторону уменьшения.

Способ расчета секций батарей отопления по площади характеризуется значительной простотой, однако из поля зрения пропадет ряд серьезных факторов. К ним можно отнести высоту помещений, количество дверных и оконных проемов, уровень утепления стен и пр. Поэтому способ расчета количества секций радиатора по СНиП можно назвать приблизительным: чтобы получить результат без погрешностей, не обойтись без поправок.

Объем комнаты

Этот подход расчета предполагает учет также высоты потолков, т.к. обогреву подлежит весь объем воздуха в жилище.

Методика вычисления используется очень схожая - вначале определяют объем, после чего руководствуются следующими нормами:

  • Для панельных домов нагревание 1 м3 воздуха необходим 41 Вт.
  • Кирпичный дом требует 34 Вт/м3.

Для наглядности можно провести расчет батарей отопления того же помещения в 15м2 для сопоставления результатов. Высоту жилища возьмем 2,7 м: в итоге объем получится 15х2,7 = 40,5.


Подсчет для различных зданий:

  • Панельный дом. Для определения необходимого на обогрев тепла 40,5м3х41 Вт = 1660,5 Вт. Для расчета требуемого числа секций 1660,5:170 = 9,76 (10 шт.).
  • Кирпичный дом. Общий объем тепла – 40,5м3х34 Вт = 1377 Вт. Подсчет радиаторов – 1377:170 = 8,1 (8 шт.).

Получается, что для отопления кирпичного дома секций потребуется значительно меньше. Когда проводился расчет секций радиатора на площадь, результат получился усредненный – 9 шт.

Корректируем показатели

Для более успешного решения вопроса, как рассчитать количество радиаторов на комнату, в учет необходимо взять некоторые дополнительные факторы, способствующие увеличению или уменьшению теплопотерь. Значительное влияние имеет материал изготовления стен и уровень их теплоизоляции. Немалое значение играет также количество и размер окон, вид используемого для них остекления, наружные стены и т.д. Для упрощения процедуры, как рассчитать радиатор на комнату, вводятся специальные коэффициенты.

Окна

Через оконные проемы теряется примерно 15-35% тепла: на это влияют размеры окон и степень их утепления. Это объясняет наличие двух коэффициентов.

Соотношение площади окна и пола:

  • 10% — 0,8
  • 20% — 0,9
  • 30% — 1,0
  • 40% — 1,1
  • 50% — 1,2


По типу остекления:

  • 3-камерный стеклопакет или 2-камерный стеклопакеты с аргоном — 0,85;
  • стандартный 2-камерный стеклопакет — 1,0;
  • простые двойные рамы — 1,27.

Стены и крыша

Выполняя точный расчет батарей отопления на площадь, не обойтись без учета материала стен, степени их термоизоляции. Для этого также имеются коэффициенты.

Уровень утепления:

  • За норму берутся кирпичные стены в два кирпича — 1,0.
  • Небольшой (отсутствует) — 1,27.
  • Хороший — 0,8.

Внешние стены:

  • Не имеются — без потерь, коэффициент 1,0.
  • 1 стена — 1,1.
  • 2 стены — 1,2.
  • 3 стены— 1,3.

Уровень теплопотерь тесно связан с наличием или отсутствием жилой мансарды или второго этажа. Если такое помещение имеется, коэффициент будет уменьшающим 0,7 (для чердака с обогревом– 0,9). Как данность предполагается, что степень влияния на температуру помещения нежилого чердака – нейтральная (коэффициент 1,0).


В тех ситуациях, когда при расчете секций радиаторов отопления по площади приходится иметь дело с нестандартной высотой потолка (стандартом считается 2,7 м), применяются уменьшающие или увеличивающие коэффициенты. Для их получения имеющаяся высота делится на стандартную 2,7 м. Возьмем пример с высотой потолка 3 м: 3,0м/2,7м=1,1. Далее показатель, полученный при расчете секций радиаторов по площади помещения, возводят в степень 1,1.

При определении вышеперечисленных норм и коэффициентов за ориентир брались квартиры. Чтобы выяснить уровень теплопотерь в частном доме со стороны кровли и подвала, к результату добавляют еще 50%. Таким образом, этот коэффициент будет равняться 1,5.

Климат

Существует также корректировка по средним зимним температурам:

  • 10 и выше градусов — 0,7
  • -15 градусов — 0,9
  • -20 градусов — 1,1
  • -25 градусов — 1,3
  • -30 градусов— 1,5

После внесения всех возможных корректировок в расчет алюминиевых радиаторов по площади получается более объективный результат. Однако приведенный выше перечень факторов будет не полным без упоминания критериев, влияющих на мощность обогревания.

Тип радиатора

Если систему отопления будет комплектоваться секционными радиаторами, в которых осевое расстояние имеет высоту 50 см, то расчет секций радиаторов отопления особых затруднений не вызовет. Как правило, солидные производители имеют собственные сайты с указанием техническим данных (включая тепловую мощность) всех моделей. Иногда вместо мощности может указываться расход теплоносителя: перевести его в мощность очень просто, ведь потребление теплоносителя 1л/мин соответствует примерно 1 кВт. Чтобы определить осевую дистанцию, необходимо замерить расстояние между центрами трубы подачи до обратки.

Для облегчения задачи множество сайтов оснащены специальной программой по калькуляции. Все, что необходимо для расчета батарей на комнату – внести ее параметры в указанные строки. Нажав поле «Ввод», на выходе мгновенно высвечивается число секций выбранной модели. Определяясь с типом обогревательного прибора, берут во внимание разницу тепловой мощности радиатора отопления по площади, в зависимости от материала изготовления (при прочих равных условиях).


Облегчит понимание сути вопроса простейший пример расчета секций биметаллического радиатора, где в учет берется только площадь помещения. Определяясь с количеством биметаллических нагревательных элементов со стандартной межосевой дистанцией в 50 см, за отправную точку берут возможность обогревания одной секцией 1,8 м2 жилища. В таком случае для комнаты 15 м2 потребуется 15:1,8 = 8,3 шт. После округления получаем 8 шт. Схожим образом проводится расчет батарей из чугуна и стали.

Для этого потребуются следующие коэффициенты:

  • Для биметаллических радиаторов — 1,8 м2.
  • Для алюминиевых — 1,9-2,0 м2.
  • Для чугунных — 1,4-1,5 м2.

Эти параметры подходят для стандартной межосевой дистанции 50 см. В настоящее время выпускаются радиаторы, где это расстояние может колебаться от 20 до 60 см. Встречаются даже т.н. «бордюрные» модели высотой менее 20 см. Понятное дело, что мощность этих батарей будет другой, что потребует внесения определенных корректив. Иногда эта информация указывается в сопроводительной документации, в других же случаях потребуется самостоятельный подсчет.

Учитывая то, что площадь нагревательной поверхности напрямую влияет на тепловую мощность прибора, несложно догадаться, что по мере уменьшения высоты радиатора этот показатель будет падать. Поэтому корректирующий коэффициент определяется путем соотношения высоты выбранного изделия со стандартом 50 см.

Для примера рассчитаем алюминиевый радиатор. Для помещения в 15 м2 расчет секций радиаторов отопления по площади помещения выдает результат 15:2 = 7,5 шт. (округляем до 8 шт.) Намечена была эксплуатация маломерных приборов высотой 40 см. Вначале нужно найти соотношение 50:40 = 1,25. После корректировки количества секций получается результат 8х1,25 = 10 шт.

Учет режима системы отопления

Сопроводительная документация на радиатор обычно содержит информацию о его максимальной мощности. Если используется высокотемпературный режим эксплуатации, то в трубе подачи теплоноситель нагревается до +90 градусов, а в обратке - +70 градусов (маркируется 90/70). Температура жилища при этом должна быть +20 градусов. Подобный режим функционирования современными системами обогрева практически не используется. Чаще встречается средняя (75/65/20) или низкая (55/45/20) мощность. Этот факт требует корректировки расчета мощности батарей отопления по площади.

Чтобы определить режим работы контура, в учет берется показатель температурного напора системы: так называют разницу температуры воздуха и поверхности радиатора. За температуру отопительного прибора принимают среднее арифметическое между показателями подачи и обратки.


Для большего понимания рассчитаем чугунные батареи со стандартными секциями в 50 см в режиме высокой и низкой температуры. Площадь комнаты прежняя – 15 м2. Обогрев одной чугунной секции в высокотемпературном режиме обеспечивается для 1,5 м2, поэтому общее число секций будет равняться 15:1,5 = 10. В контуре запланировано применение низкотемпературного режима.

Определения температурного напора каждого из режимов:

  • Высокотемпературный - 90/70/20- (90+70):20 =60 градусов;
  • Низкотемпературный - 55/45/20 — (55+45):2-20 = 30 градусов.

Получается так, что для обеспечения нормального обогрева помещения в режиме низких температур число радиаторных секций нужно удвоить. В нашем случае для комнаты 15 м2 необходимо 20 секций: это предполагает наличие довольно широкой чугунной батареи. Именно поэтому приборы из чугуна не рекомендуется использовать в низкотемпературных системах.

Во внимание может быть взята и желаемая температура воздуха. Если за цель ставится поднять ее с 20 до 25 градусов, осуществляют расчет теплового напора с этой поправкой, высчитывая нужный коэффициент. Проведем расчет мощности батарей отопления по площади все того же чугунного радиатора, введя корректировку в параметры (90/70/25). Вычисление температурного напора в этой ситуации будет выглядеть так: (90+70):2-25=55 градусов. Теперь высчитываем соотношение 60:55=1,1. Чтобы обеспечить температурный режим 25 градусов, необходимо 11 шт х1,1=12,1 радиаторов.

Влияние типа и места установки

Наряду с уже упомянутыми факторами, степень теплоотдачи отопительного прибора зависит также от того, каким образом он был подключен. Самое эффективной считается коммутация по диагонали с подачей сверху, которая сводит уровень теплопотерь практически к нулю. Наибольшие потери тепловой энергии демонстрирует боковое подключение – почти 22%. Для остальных типов установки характерна средняя эффективность.


Способствуют уменьшению фактической мощности батареи и различные заграждающие элементы: к примеру, нависающих сверху подоконник снижает теплоотдачу почти на 8%. Если полного перекрывания радиатора не происходит, потери снижаются до 3-5%. Сетчатые декоративные экраны частичного покрытия провоцируют падения теплоотдачи на уровне нависающего подоконника (7-8%). Если батарею полностью закрыть таким экраном, ее эффективность снизится на 20-25%.

Как рассчитать количество радиаторов для однотрубного контура

Следует учесть тот факт, что все вышесказанное относится к двухтрубным отопительным схемам, предполагающим подачу на каждый из радиаторов теплоносителя одинаковой температуры. Рассчитать секции радиатора отопления в однотрубной системе на порядок сложнее, ведь каждая следующая батарея по ходу движения теплоносителя обогревается на порядок меньше. Поэтому расчет для однотрубного контура предполагает постоянный пересмотр температуры: такая процедура занимает много времени и усилий.

В качестве облегчения процедуры используется такой прием, когда расчет отопления на квадратный метр проводится, как для двухтрубной системы, а потом с учетом падения тепловой мощности наращивают секции для увеличения теплоотдачи контура в общем. Для примера возьмем схему однотрубного типа, которая имеет 6 радиаторов. После определения числа секций, как для двухтрубной сети, вносим определенные корректировки.

Первый из отопительных приборов по ходу движения теплоносителя обеспечивается полностью нагретым теплоносителем, поэтому его можно не пересчитывать. Температура подачи на второй по счету прибор уже меньшая, поэтому нужно определить степень снижения мощности, увеличив на полученное значение число секций: 15кВт-3кВт=12кВт (процентное соотношение уменьшения температуры составляет 20%). Итак, для восполнения потерь тепла понадобятся добавочные секции - если вначале их нужно было 8шт, то после добавления 20% получаем конечное число — 9 или 10 шт.

При выборе, в какую сторону округлить, учитывают функциональное назначение помещение. Если речь идет о спальне или детской, округление проводится в большую сторону. При расчете гостиной или кухни округлять лучше в меньшую сторону. Свою долю влияние имеет также то, на какой стороне расположена комната – южной или северной (северные помещения обычно округляются в большую сторону, а южные – в меньшую).

Данный метод подсчета не является совершенным, так как предполагает увеличение последнего радиатора на линии до поистине гигантских размеров. Следует также понимать, что удельная теплоемкость подаваемого теплоносителя почти никогда не равняется ее мощности. Из-за этого котлы для оснащения однотрубных контуров выбираются с некоторым запасом. Оптимизируют ситуацию наличие запорной арматуры и коммутация батарей через байпас: благодаря этому достигается возможность регулировки теплоотдачи, что несколько компенсирует снижение температуры теплоносителя. Однако от необходимости увеличивать размеры радиаторов и количество его секций по мере удаления от котла при использовании однотрубной схемы даже эти приемы не освобождают.

Чтобы решить задачу, как рассчитать радиаторы отопления по площади, много времени и сил не понадобится. Другое дело – провести корректировку полученного результата, взяв во внимание все характеристики жилища, его размеры, способ коммутации и дислокацию радиаторов: эта процедура достаточно трудоемкая и длительная. Однако именно таким образом можно получить максимально точные параметры для отопительной системы, что обеспечит тепло и уют помещений.


Расчет количества секций радиатора для отопления лоджии

Сегодня мы подготовили статью на тему: "расчет количества секций радиатора для отопления лоджии", а Анатолий Беляков подскажет вам нюансы и прокомментирует основные ошибки.

Калькулятор расчета количества секций радиаторов отопления

Калькулятор расчета количества секций радиаторов отопления

В этом вопросе поможет калькулятор расчета количества секций радиаторов отопления, который размещен ниже. Он также позволяет определить необходимую суммарную тепловую мощность радиатора, если тот является неразборной моделью.

Если в ходе расчетов будут возникать вопросы, то ниже калькулятора размещены основные пояснения по его структуре и правилам применения.

Калькулятор расчета количества секций радиаторов отопления
Некоторые разъяснения по работе с калькулятором

Часто можно встретить утверждение, что для расчета требуемой тепловой отдачи радиаторов достаточно принять соотношение 100 Вт на 1 м² площади комнаты. Однако, согласитесь, что такой подход совершенно не учитывает ни климатических условий региона проживания, ни специфики дома и конкретного помещения, ни особенностей установки самих радиаторов. А ведь все это имеет определенное значение.

В данном алгоритме за основу также взято соотношение 100 Вт/м², однако, введены поправочные коэффициенты, которые и внесут необходимые коррективы, учитывающие различные нюансы.

В расчетное значение уже заложен необходимый эксплуатационный резерв.

Что необходимо еще знать про радиаторы отопления?

При выборе этих приборов теплообмена следует учитывать ряд важных нюансов. Подробнее об этом можно узнать в публикациях нашего портала, посвящённых стальным , алюминиевым и биметаллическим радиаторам отопления.

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.

Нет тематического видео для этой статьи.

Видео (кликните для воспроизведения).

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).

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 радиаторов для отопления этой комнаты: 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.

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

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.

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.

Нет тематического видео для этой статьи.
Видео (кликните для воспроизведения).

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 средние 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

При пересчете действуем в следующем порядке. 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.

Правильный расчёт секций радиаторов отопления — довольно важная задача для каждого домовладельца. Если будет использовано недостаточное количество секций, помещение не прогреется во время зимних холодов, а приобретение и эксплуатация слишком больших радиаторов повлечёт неоправданно высокие расходы на отопление.

Для стандартных помещений можно воспользоваться самыми простыми расчётами, однако иногда возникает необходимость учесть различные нюансы, чтобы получить максимально точный результат.

Для выполнения расчётов нужно знать определённые параметры

  • Габариты помещения, которое необходимо отопить;
  • Вид батареи, материал ее изготовления;
  • Мощность каждой секции или цельной батареи в зависимости от ее вида;
  • Максимально допустимое количество секций выбранной модели радиатора;

По материалу изготовления радиаторы разделяются так:

Материалы радиаторов отличаются своими характеристиками, что влияет на расчёты

Как рассчитать количество секций радиаторов отопления для комнаты

Произвести расчёты можно несколькими способы, в каждом из которых используются определённые параметры.

Предварительный расчёт можно сделать, ориентируясь на площадь помещения, для которого покупаются радиаторы. Это очень простое вычисление, которое подходит для комнат с низкими потолками (2,40-2,60 м). Согласно строительным нормам для обогрева понадобится 100 Вт тепловой мощности на каждый квадратный метр помещения.

Вычисляем количество тепла, которое понадобится для всей комнаты. Для этого площадь умножаем на 100 Вт, т. е. для комнаты в 20 кв. м расчётная тепловая мощность составит 2 000 Вт (20 кв. м*100 Вт) или 2 кВт.

Правильный расчёт радиаторов отопления необходим, чтобы гарантировать достаточное количество тепла в доме

Этот результат нужно разделить на теплоотдачу одной секции, указанную производителем. Например, если она равна 170 Вт, то в нашем случае необходимое количество секций радиатора будет составлять: 2 000 Вт/170 Вт = 11,76, т. е. 12, поскольку результат следует округлить до целого числа. Округление обычно осуществляется в сторону увеличения, однако для помещений, в которых теплопотери ниже среднего, например, для кухни, можно округлять в меньшую сторону.

Обязательно следует учесть возможные теплопотери в зависимости от конкретной ситуации. Разумеется, комната с балконом или расположенная в углу здания теряет тепло быстрее. В этом случае следует увеличить значение расчётной тепловой мощности для комнаты на 20%. Примерно на 15-20% стоит повысить расчеты, если планируется скрыть радиаторы за экраном или монтировать их в нишу.

А чтобы вам было удобнее считать онлайн, мы сделали для вас этот калькулятор:

Более точные данные можно получить, если сделать расчёт секций радиаторов отопления с учётом высоты потолка, т. е. по объёму помещения. Принцип здесь примерно такой же, как и в предыдущем случае. Сначала вычисляется общая потребность в тепле, затем рассчитывают количество секций радиаторов.

Если радиатор будет скрыт экраном, нужно увеличить потребность помещения в тепловой энергии на 15-20%

Согласно рекомендациям СНИП на обогрев каждого кубического метра жилого помещения в панельном доме необходим 41 Вт тепловой мощности. Умножив площадь комнаты на высоту потолка, получаем общий объём, который умножаем на это нормативное значение. Для квартир с современными стеклопакетами и наружным утеплением понадобится меньше тепла, всего 34 Вт на кубический метр.

Например, рассчитаем необходимое количество тепла для комнаты площадью 20 кв. м с потолком высотой 3 метра. Объём помещения составит 60 куб. м (20 кв. м*3 м). Расчетная тепловая мощность в этом случае будет равна 2 460 Вт (60 куб. м*41 Вт).

А как рассчитать количество радиаторов отопления? Для этого нужно разделить полученные данные на указанную производителем теплоотдачу одной секции. Если взять, как и в предыдущем примере, 170 Вт, то для комнаты будет нужно: 2 460 Вт / 170 Вт = 14,47, т. е. 15 секций радиатора.

Производители стремятся указывать завышенные показатели теплоотдачи своей продукции, предполагая, что температура теплоносителя в системе будет максимальной. В реальных условиях это требование соблюдается редко, поэтому следует ориентироваться на минимальные показатели теплоотдачи одной секции, которые отражены в паспорте изделия. Это сделает расчёты более реалистичными и точными.

К сожалению, далеко не каждая квартира может считаться стандартной. Ещё в большей степени это относится к частным жилым домам. Как же произвести расчёты с учётом индивидуальных условий их эксплуатации? Для это понадобится учесть множество различных факторов.

При расчёте количества секций отопления нужно учесть высоту потолка, количество и размеры окон, наличие утепления стен и т. п.

Особенность этого метода состоит в том, что при вычислении необходимого количества тепла используется ряд коэффициентов, учитывающих особенности конкретного помещения, способные повлиять на его способность сохранять или отдавать тепловую энергию.

Формула для расчетов выглядит так:

КТ=100 Вт/кв. м* П*К1*К2*К3*К4*К5*К6*К7, где

КТ — количество тепла, необходимого для конкретного помещения;
П — площадь комнаты, кв. м;
К1 — коэффициент, учитывающий остекление оконных проемов:

  • для окон с обычным двойным остеклением — 1,27;
  • для окон с двойным стеклопакетом — 1,0;
  • для окон с тройным стеклопакетом — 0,85.

К2 — коэффициент теплоизоляции стен:

  • низкая степень теплоизоляции — 1,27;
  • хорошая теплоизоляция (кладка в два кирпича или слой утеплителя) — 1,0;
  • высокая степень теплоизоляции — 0,85.

К3 — соотношение площади окон и пола в помещении:

К4 — коэффициент, позволяющий учесть среднюю температуру воздуха в самую холодную неделю года:

  • для -35 градусов — 1,5;
  • для -25 градусов — 1,3;
  • для -20 градусов — 1,1;
  • для -15 градусов — 0,9;
  • для -10 градусов — 0,7.

К5 — корректирует потребность в тепле с учетом количества наружных стен:

  • одна стена— 1,1;
  • две стены— 1,2;
  • три стены— 1,3;
  • четыре стены— 1,4.

К6 — учет типа помещения, которое расположено выше:

  • холодный чердак — 1,0;
  • отапливаемый чердак — 0,9;
  • отапливаемое жилое помещение — 0,8

К7 — коэффициент, учитывающий высоту потолков:

  • при 2,5 м — 1,0;
  • при 3,0 м — 1,05;
  • при 3,5 м — 1,1;
  • при 4,0 м — 1,15;
  • при 4,5 м — 1,2.

Остается полученный результат разделить на значение теплоотдачи одной секции радиатора и полученный результат округлить до целого числа.

При расчёте количества секций необходимо учесть и потери тепла. В доме тепло может уходить в довольно значительном количестве через стены и примыкания, пол и подвал, окна, кровлю, систему естественной вентиляции.

Причём можно и сэкономить, если утеплить откосы окон и дверей или лоджию, убрав по 1-2 секции, полотенцесушители и плита в кухне также позволяют убрать одну секцию радиатора. Использование камина и системы теплых полов, правильное утепление стен и пола сведет теплопотери к минимуму и также позволит уменьшить размер батареи.

Теплопотери обязательно нужно учесть при расчётах

Количество секций может меняться в зависимости от режима работы отопительной системы, а также от места расположения батарей и подключения системы в отопительный контур.

В частных домах используется автономное отопление, эта система эффективнее централизованной, которая применяется в многоквартирных домах.

Способ подключения радиаторов также влияет на показатели теплоотдачи. Диагональный способ, когда подача воды происходит сверху, считается самым экономичным, а боковое подключение создает потери 22%.

Количество секций может зависеть от режима системы отопления и способа подключения радиаторов

Для однотрубных систем конечный результат также подлежит коррекции. Если двухтрубные радиаторы получают теплоноситель одной температуры, то однотрубная система работает по-другому, и каждая последующая секция получает остывшую воду. В таком случае сначала делают расчёт для двухтрубной системы, а топом увеличивают количество секций с учетом тепловых потерь.

Схема расчёта однотрубной системы отопления представлена ниже.

В случае с однотрубной системой следующие друг за другом секции получают остывшую воду

Если на входе мы имеем 15 кВт, то на выходе остается 12 кВт, значит потеряно 3 кВт.

Для комнаты с шестью батареями потери составят в среднем около 20%, что создаст необходимость добавления двух секций на батарею. Последняя батарея при таком расчёте должна быть огромных размеров, для решения проблемы применяют монтаж запорной арматуры и подключение через байпас для регулировки теплоотдачи.

Некоторые производители предлагают более простой способ получить ответ. На их сайтах можно найти удобный калькулятор, специально предназначенный для того чтобы сделать данные вычисления. Чтобы воспользоваться программой, нужно ввести необходимые значения в соответствующие поля, после чего будет выдан точный результат. Или же можно воспользоваться специальной программой.

Такой расчёт количества радиаторов отопления включает практически все нюансы и базируется на довольно точном определении потребности помещения в тепловой энергии.

Корректировки позволяют сэкономить на покупке лишних секций и оплате счетов за отопление, обеспечат на долгие годы экономичную и эффективную работу системы отопления, а также позволяют создать комфортную и уютную атмосферу тепла в доме или квартире.

Материал актуализирован 29.03.2018

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

Чаще всего используется значение, рекомендованное СНиП, для домов панельного типа на 1 куб.метр объема требуется 41 Вт тепловой мощности.

Если у Вас квартира в современном доме, со стеклопакетами, утепленными наружными стенами и откосами из гипсокартона, 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 электрический теплый пол. А это минимум 120 Вт тепловой помощи с одного квадратного метра.

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)

Тип помещения над расчетным (q6)

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

Высота потолков (q7)

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)

Мы рассмотрели 3 варианта расчета требуемой тепловой мощности и на основании этого получили возможность расчета необходимого количества секций радиаторов отопления. Но тут следует отметить, что для того чтобы радиатор выдал паспортную мощность его следует правильно установить. Как это сделать правильно или проконтролировать не всегда грамотных работников ЖЭКа, читайте в следующих статьях на официальном сайте Школы ремонта Remontofil

Калькулятор расчета количества секций радиаторов отопления и необходимые пояснения

В подавляющем числе случаев основными приборами конечного теплообмена в системах отопления остаются радиаторы. Значит, важно не только правильно заранее рассчитать требуемую тепловую мощность котла отопления, но и правильно расставить приборы теплообмена в помещениях дома или квартиры, чтобы обеспечить комфортный микроклимат в каждом из них.

Калькулятор расчета количества секций радиаторов отопления

В этом вопросе поможет калькулятор расчета количества секций радиаторов отопления, который размещен ниже. Он также позволяет определить необходимую суммарную тепловую мощность радиатора, если тот является неразборной моделью.

Если в ходе расчетов будут возникать вопросы, то ниже калькулятора размещены основные пояснения по его структуре и правилам применения.

Калькулятор расчета количества секций радиаторов отопления

Часто можно встретить утверждение, что для расчета требуемой тепловой отдачи радиаторов достаточно принять соотношение 100 Вт на 1 м² площади комнаты. Однако, согласитесь, что такой подход совершенно не учитывает ни климатических условий региона проживания, ни специфики дома и конкретного помещения, ни особенностей установки самих радиаторов. А ведь все это имеет определенное значение.

В данном алгоритме за основу также взято соотношение 100 Вт/м², однако, введены поправочные коэффициенты, которые и внесут необходимые коррективы, учитывающие различные нюансы.

В расчетное значение уже заложен необходимый эксплуатационный резерв.

Что необходимо еще знать про радиаторы отопления?

При выборе этих приборов теплообмена следует учитывать ряд важных нюансов. Подробнее об этом можно узнать в публикациях нашего портала, посвящённых стальным, алюминиевым и биметаллическим радиаторам отопления.

При установке и замене радиаторов отопления обычно встает вопрос: как правильно рассчитать количество секций радиаторов отопления, чтобы в квартире было уютно и тепло даже в самое холодное время года? Сделать расчет самостоятельно совсем несложно, нужно лишь знать параметры помещения и мощность батарей выбранного типа. Для угловых комнат и помещений, имеющих потолки выше 3 метров или панорамные окна, расчет несколько отличается. Рассмотрим все методики расчета.

Расчет количества секций радиаторов отопления

Расчет числа секций радиаторов отопления для типового дома ведется исходя из площади комнат. Площадь комнаты в доме типовой застройки вычисляют, умножив длину комнаты на ее ширину. Для обогрева 1 квадратного метра требуется 100 Вт мощности отопительного прибора, и чтобы вычислить общую мощность, необходимо умножить полученную площадь на 100 Вт. Полученное значение означает общую мощность отопительного прибора. В документации на радиатор обычно указана тепловая мощность одной секции. Чтобы определить количество секций, нужно разделить общую мощность на это значение и округлить результат в большую сторону.

Комната с шириной 3,5 метра и длиной 4 метра, с обычной высотой потолков. Мощность одной секции радиатора – 160 Вт. Необходимо найти количество секций.

  1. Определяем площадь комнаты, умножив ее длину на ширину: 3,5·4 = 14 м2.
  2. Находим общую мощность отопительных приборов 14·100 = 1400 Вт.
  3. Находим количество секций: 1400/160 = 8,75. Округляем в сторону большего значения и получаем 9 секций.

Также можно воспользоваться таблицей:

Таблица для расчета количества радиаторов на М2

Для комнат, расположенных с торца здания, расчетное количество радиаторов необходимо увеличить на 20%..

Расчет количества секций отопительных приборов для комнат с высотой потолков более трех метров ведется от объема помещения. Объем – это площадь, умноженная на высоту потолков. Для обогрева 1 кубического метра помещения требуется 40 Вт тепловой мощности отопительного прибора, и общую его мощность вычисляют, умножая объем комнаты на 40 Вт. Для определения количества секций это значение необходимо разделить на мощность одной секции по паспорту.

Комната с шириной 3,5 метра и длиной 4 метра, с высотой потолков 3,5 м. Мощность одной секции радиатора – 160 Вт. Необходимо найти количество секций радиаторов отопления.

  1. Находим площадь комнаты, умножив ее длину на ширину: 3,5·4 = 14 м2.
  2. Находим объем комнаты, умножив площадь на высоту потолков: 14·3,5 = 49 м3.
  3. Находим общую мощность радиатора отопления: 49·40 = 1960 Вт.
  4. Находим количество секций: 1960/160 = 12,25. Округляем в большую сторону и получаем 13 секций.

Также можно воспользоваться таблицей:

Как и в предыдущем случае, для угловой комнаты этот показатель нужно умножить на 1,2. Также необходимо увеличить количество секций в случае, если помещение имеет один из следующих факторов:

  • Находится в панельном или плохо утепленном доме;
  • Находится на первом или последнем этаже;
  • Имеет больше одного окна;
  • Расположена рядом с неотапливаемыми помещениями.

В этом случае полученное значение необходимо умножить на коэффициент 1,1 за каждый из факторов.

Угловая комната с шириной 3,5 метра и длиной 4 метра, с высотой потолков 3,5 м. Расположена в панельном доме, на первом этаже, имеет два окна. Мощность одной секции радиатора – 160 Вт. Необходимо найти количество секций радиаторов отопления.

  1. Находим площадь комнаты, умножив ее длину на ширину: 3,5·4 = 14 м2.
  2. Находим объем комнаты, умножив площадь на высоту потолков: 14·3,5 = 49 м3.
  3. Находим общую мощность радиатора отопления: 49·40 = 1960 Вт.
  4. Находим количество секций: 1960/160 = 12,25. Округляем в большую сторону и получаем 13 секций.
  5. Умножаем полученное количество на коэффициенты:

Угловая комната – коэффициент 1,2;

Панельный дом – коэффициент 1,1;

Два окна – коэффициент 1,1;

Первый этаж – коэффициент 1,1.

Таким образом, получаем: 13·1,2·1,1·1,1·1,1 = 20,76 секций. Округляем их до большего целого числа – 21 секция радиаторов отопления.

При расчетах следует иметь в виду, что различные типы радиаторов отопления имеют разную тепловую мощность. При выборе количества секций радиатора отопления необходимо использовать именно те значения, которые соответствуют выбранному типу батарей.

Для того чтобы теплоотдача от радиаторов была максимальной, необходимо устанавливать их в соответствии с рекомендациями производителя, соблюдая все оговоренные в паспорте расстояния. Это способствует лучшему распределению конвективных потоков и уменьшает потери тепла.

калькулятор расчета количества секций радиатора отопления по площади помещения

При расчете необходимого количества тепла учитываются площадь отапливаемого помещения из расчета из расчета требуемого потребления 100 ватт на квадратный метр. Кроме того учитывается ряд факторов, влияющих на суммарные теплопотери помещения, каждый из этих факторов вносит свой коэффициент в общий результат расчета.

Такая методика расчета включает практически все нюансы и базируется на формуле довольно точного определения потребности помещения в тепловой энергии. Остается полученный результат разделить на значение теплоотдачи одной секции алюминиевого, стального или биметаллического радиатора и полученный результат округлить в большую сторону.

Автор статьи: Анатолий Беляков

Добрый день. Меня зовут Анатолий. Я уже более 7 лет работаю прорабом в крупной строительной компании. Считая себя профессионалом, хочу научить всех посетителей сайта решать разнообразные вопросы. Все данные для сайта собраны и тщательно переработаны для того чтобы донести в удобном виде всю требуемую информацию. Однако чтобы применить все, описанное на сайте желательно проконсультироваться с профессионалами.

✔ Обо мне ✉ Обратная связь Оцените статью: Оценка 3.4 проголосовавших: 14

Расчет мощности и количества секций

Расчет радиаторов (батарей) для отопления

Радиаторы являются наиболее распространенным отопительным прибором, применяемым в жилых, промышленных и общественных зданиях. Это полые нагревательные элементы, которые постоянно заполняются водой. Важными техническими характеристиками, на которые следует обратить внимание при покупке радиатора, являются его рабочая мощность и давление. Перед установкой отопительного оборудования нужно тщательно продумать каждую деталь: планируемый материал радиатора, его дизайн и бюджет.Дальнейший расчет радиаторов отопления должен заключаться в определении количества радиаторов и их секций и необходимой мощности для обогрева помещения.

Содержание

  • Расчет - основа для грамотного выбора
  • Расчет мощности батареи
  • Коэффициенты коррекции мощности
  • Сколько секций необходимо для обогрева

Расчет - основа для грамотного выбора

Огромное количество На современном рынке представлены нагревательные батареи с различными техническими характеристиками.

После выбора оборудования, наиболее подходящего под дизайн помещения и собственные требования, можно приступать к расчету отопительных батарей. Для этого вам потребуется:

Кроме того, необходимо ознакомиться со свойствами выбранного источника тепла и узнать мощность одной секции радиатора.

Мощность одной секции биметаллического радиатора 122 Вт

Перед тем, как рассчитать количество секций радиаторов отопления, необходимо рассчитать необходимую мощность для обогрева помещения.

Расчет мощности аккумулятора

Сначала определите площадь помещения. Для этого просто умножьте ширину комнаты на ее длину. Для удобства расчета все измерения ведутся в метрах. После измерения высоты потолка необходимо рассчитать количество дверей и окон, определить материал, из которого они сделаны, узнать расположение квартиры и самую низкую температуру наружного воздуха зимой. Кроме того, расчет мощности радиаторов отопления требует знания температуры теплоносителя.

Согласно СНиП, для обогрева каждого квадратного метра жилой площади требуется 100 Вт мощности обогревателя. Следовательно, чтобы рассчитать необходимую мощность, необходимо умножить общую площадь помещения на 100 Вт и скорректировать полученное значение с помощью специальных коэффициентов увеличения и уменьшения мощности.

Коэффициенты коррекции мощности

Сначала рассмотрим коэффициенты снижения мощности

  1. Если в помещении установлены пластиковые стеклопакеты, полученное значение следует уменьшить на 20%.
  2. При высоте потолка менее трех метров мощность уменьшается на коэффициент, который рассчитывается как отношение фактической высоты к установленной по стандартным стандартам (в данном случае 3 метра). То есть, если высота потолка 4 метра, то коэффициент приведения будет 4/3 = 1,33
  3. При температуре отопительного котла выше нормы каждые 10 «лишних» градусов приводят к снижению мощности на 15%. .

Наличие стеклопакетов на окнах позволяет снизить мощность, необходимую для достаточного обогрева, на 20%.

Коэффициенты увеличения мощности

  1. Для потолков выше трех метров мощность должна быть увеличена в раз, расчет которых проводится аналогично расчету для потолков высотой менее трех метров.
  2. При угловом расположении квартиры мощность увеличивается в 1,8 раза.
  3. Если в комнате более двух окон, мощность также увеличивается в 1,8 раза.
  4. При нижнем подключении радиаторов вводится коэффициент увеличения 8%.
  5. На каждые 10 градусов охлаждающей жидкости ниже нормы мощность увеличивается на 17%.
  6. При очень низких зимних температурах мощность следует увеличивать в 2 раза.

Совет: при расчетах учитывайте возможность различных случайных факторов, для этого значение необходимой мощности следует увеличить еще на 20%.

Мощность одной секции чугунного радиатора 160 Вт

Сколько секций нужно для отопления

Рассчитать радиатор на комнату можно несколькими способами:

  1. Расчет секций радиаторов отопления, обычный способ. После расчета необходимой мощности для обогрева полученное значение делится на мощность одной секции (эта величина указывается в технических характеристиках). Например, мощность радиатора составляет 200 Вт, а необходимая мощность для обогрева помещения - 2400 Вт.Затем нужно установить 2400 Вт / 200 Вт = 12 секций.
  2. Расчет количества радиаторов отопления по объему. Если вы знаете, сколько кубических метров может обогреть одна секция вашего обогревателя, то количество радиаторов можно рассчитать следующим образом: объем помещения (напомним, что для определения этого значения нужно умножить длину, ширину и высоту комнату) нужно разделить на количество кубиков, нагретых секцией аккумуляторов.
  3. Примерная методика расчета.Как правило, все секционные батареи имеют типоразмеры, небольшая разница практически не играет роли. Опытные люди давно заметили, что при высоте потолка 2,7 метра одной секции хватит на отопление 1,8 кв. номера. То есть, если площадь помещения 25 кв.м, то понадобится (25 / 1,8 = 13,9) 14 аккумуляторных отсеков.

Конечно, используя наши методики расчета, вы можете добиться необходимого уровня тепла в своем доме, но не забывайте, что только настоящие профессионалы могут учесть все нюансы.Даже небольшая ошибка в расчетах или пренебрежение хотя бы одним влиятельным фактором может стать причиной того, что жильцы дома зимой будут страдать от мучительного холода.

Рекомендации по подготовке данных для расчета, формулы и калькулятор

Расчетом радиаторов отопления принято называть определение оптимальной мощности отопительного прибора, необходимой для создания теплового комфорта в пределах жилого помещения или всей квартиры и выбора соответствующего секционного радиатора в качестве основного функционального элемента существующих систем отопления.

Расчет радиаторов с помощью калькулятора

Для ориентировочных расчетов достаточно использовать простые алгоритмы, называемые калькулятором расчета радиаторов отопления или батарей отопления. С их помощью даже специалистам не удается подобрать необходимое количество секций радиатора для обеспечения комфортного микроклимата в своем доме.

Назначение населенных пунктов

Нормативная документация по отоплению (СНиП 2.04.05-91, СНиП 3.05-01-85), строительной климатологии (СП 131.13330.2012) и теплозащита зданий (СНиП 23-02-2003) требует от теплового оборудования предпосылки для следующих условий:

  • Обеспечение полной компенсации тепловых потерь жилья в холодное время;
  • Поддержание в помещениях частного дома или здания общественного назначения номинальных температур, регулируемых санитарными и строительными нормами. В частности, для ванной требуется температурная оснастка в пределах 25 градусов С, а для жилой - существенно ниже, всего 18 градусов С.

Понятие теплого комфорта следует трактовать не только как положительную температуру произвольного значения, но и как предельно допустимое значение. Нет смысла монтировать батареи с двумя десятками секций для обогрева небольших на площади детской спальни, если для свежего воздуха (слишком нагретые радиаторы «сжигают» кислород вокруг себя) приходится открывать окно.

Батарея отопления, собранная с лишними секциями

С помощью калькулятора для расчета системы отопления определяется тепловая мощность радиатора для эффективного обогрева жилого помещения или подсобного помещения в заданном температурном диапазоне, после чего формат радиатора отрегулирован.

Методика расчета площади

Алгоритм расчета радиаторов отопления по площади заключается в сопоставлении тепловой мощности прибора (указывается производителем в паспорте изделия) и площади помещения, в котором осуществляется отопление. планируется. При постановке задачи, как рассчитать количество радиаторов отопления, в первую очередь определяется количество тепла, которое необходимо получить от отопительных приборов для отопления жилья в соответствии с санитарными нормами.Для этого теплотехники ввели так называемый показатель тепловой мощности на квадратный или кубический метр площади помещения. Его усредненные значения определены для нескольких климатических регионов, в частности:

  • регионов с умеренным климатом (Москва и Моск. Область) - от 50 до 100 Вт / кв. м;
  • районов Урала и Сибири - до 150 Вт / кв. м;
  • для районов Севера - уже надо от 150 до 200 Вт / кв.м.

Расчет мощности радиаторов отопления по показателю площади рекомендуется только для стандартных помещений с высотой потолков не более 2,7-3,0 метра. При превышении нормативных параметров высоты необходимо перейти к процедуре вычислителя аккумуляторного вычислителя по объему, в котором для определения количества секций радиатора было введено понятие количества тепловой энергии на обогрев одного кубометра воды. жилой дом. Для панельного дома средний показатель принят равным 40-41 Вт / куб.метр.

Последовательность теплотехнических расчетов отопления частного жилища по отапливаемой площади следующая:

  1. Расчетная площадь помещения S, выраженная в квадратных метрах;
  2. Полученное значение S S Square умножается на показатель тепловой мощности, принятый для данного климатического региона. Для упрощения расчетов ее часто принимают равной 100 Вт на квадратный метр. В результате умножения s на 100 Вт / кв. Счетчик получается количество тепла Q POM, необходимое для обогрева помещения;
  3. Полученное значение P PPC необходимо разделить на показатель мощности радиатора (теплоотдачи) Q доволен.

Для каждого типа АКБ производитель заявляет, что паспортное значение Q кардинально зависит от материала изготовления и размеров секций.

  1. Определяется необходимое количество секций радиатора по формуле:

N = Q Pom / Q доволен. Полученный результат округляется в большую сторону.

Параметры радиаторов теплообмена

На рынке секционных батарей для отопления жилого дома широко представлены изделия из чугуна, стали, алюминия и биметаллические модели.В таблице представлены показатели теплоотдачи наиболее популярных секционных обогревателей.

Значения параметров теплопередачи современных секционных радиаторов

Модель радиатора, материал изготовления Теплопередача, Вт
Чугун М-140 (проверено десятилетиями «Гармошка») 155
Viadrus kalor 500/70? 110
Viadrus Kalor 500/130? 191
Стальные радиаторы kermi. до 13173.
Радиаторы стальные арбония до 2805.
Биметаллическое основание рифара. 204
Риффар Альп. 171
Алюминий Royal Termo Optimal 195
Royaltermo Evolution 205
Биметаллический Royaltermo Biliner. 171

Сравнивая таблицы чугунных и биметаллических батарей, наиболее адаптированных к параметрам центрального отопления, нетрудно отметить их идентичность, что облегчает расчеты при выборе способа отопления жилого дома.

Идентичность чугунных и биметаллических батарей при расчете мощности

Паспортные значения отопительных приборов указаны для температуры 70-90 градусов С. В системах центрального отопления теплоноситель редко нагревается выше 60-80 градусов С, поэтому теплоотдача, например, чугунной «гармошки» в помещении высотой 2,7 метра, не превышает 60 Вт.

Уточняющие коэффициенты

Для уточняющей настройки калькулятора для определения числа секций для обогрева помещения по упрощенной формуле N = Q Pom / Q вводятся поправочные коэффициенты, учитывающие различные факторы, влияющие на теплообмен внутри частного жилища. Тогда значение Q. POM определяется по уточненной формуле:

Q Pom = S * 100 * K 1 * до 2 * до 3 * до 4 * до 5 * до 6.

В данной формуле поправочные коэффициенты учитывают следующие факторы:

  • К 1 - для учета способа остекления окон. Для обычного остекления до 1 = 1,27, для стеклопакета до 1 = 1,0, для тройного до 1 = 0,85;
  • К 2 учитывает отклонение высоты потолка от стандартного размера 2.7 метров. К 2 определяется деление размера по высоте 2,7 м. Например, для комнаты высотой 3 метра коэффициент при 2 = s, 0 / 2,7 = 1,11;
  • К 3 регулирует теплоотдачу в зависимости от места установки секций радиатора.

Значения поправочного коэффициента К3 в зависимости от схемы установки АКБ

  • К 4 коррелирует расположение наружных стенок с интенсивностью теплоотдачи.Если внешняя стена всего одна, то К = 1,1. Для углового помещения уже есть две наружные стены, соответственно К = 1,2. Для отдельного помещения с четырьмя внешними стенами К = 1,4.
  • К 5 необходимо скорректировать в случае помещения над расчетным помещением: если сверху холодный чердак, то К = 1, для отапливаемого чердака до = 0,9 и для отапливаемого помещения сверху К \ u003d 0,8;
  • К 6 вносит коррективы в соотношение окон и пола. Если площадь окон составляет всего 10% от площади пола, то К = 0.8. Для окон витражного типа площадь до 40% площади пола К = 1,2.

Радиатор системы отопления. Видео

Как устроена радиаторная система отопления, рассказывает видео ниже.

1.
2.
3.

При проектировании системы теплоснабжения частного дома или квартиры, расположенной в новостройке, необходимо знать, как рассчитать мощность радиаторов отопления, чтобы определить необходимое количество секций для каждое помещение и подсобные помещения.В статье представлено несколько несложных расчетов.

Особенности населенных пунктов

Расчет мощности радиатора отопления связан с рядом проблем. Дело в том, что на протяжении всего отопительного сезона температура за окном постоянно меняется, и соответственно различаются теплопотери. Так что при 30 градусах мороза и сильном северном ветре они будут намного больше, чем при - 5 градусах, да еще при безветренной погоде.
Многие собственники недвижимости обеспокоены тем, что неверно рассчитанная тепловая мощность радиаторов отопления может привести к тому, что в доме будет холодно в морозы, а в теплую погоду придется целые сутки держать оттоки и таким образом получать улица (подробнее: "").

Однако есть понятие, которое называется температурным графиком. Благодаря чему температура теплоносителя в системе отопления меняется в зависимости от погоды на улице. При повышении температуры воздуха на улице теплоотдача увеличивается каждой из секций батареи. А если так, то относительно любого отопительного оборудования можно говорить о средней величине теплоотдачи.

Что касается жильцов частных домовладений, то после установки современного электрического или газового теплоснабжения или отопления с помощью тепловых насосов им не стоит беспокоиться, какой температуры имеет теплоноситель, циркулирующий в контуре отопительного сооружения.

Тепловое оборудование, созданное с использованием новейших технологий, позволяет управлять им с помощью термостатов и регулировать емкость аккумулятора в соответствии с потребностями. Наличие современного котла не требует контроля за температурой теплоносителя, но для установки радиаторов отопления все же потребуется расчет мощности.

Порядок расчета мощности радиаторов отопления

Все расчеты, связанные с обустройством отопительной конструкции, неразрывно связаны с таким понятием, как тепловая мощность.Вариантов, как рассчитать мощность радиатора отопления, существует несколько. Следует отметить, что у приборов известных и хорошо зарекомендовавших себя производителей этот параметр всегда указывается в прилагаемых к ним документах (читайте также: «»).

Для расчета биметаллических радиаторов отопления или чугунных батарей, исходя из тепловой мощности, необходимо необходимое количество тепла разделить на величину 0,2 кВт. В результате количество секций, которые будут закуплены, чтобы обеспечить обогрев помещения (подробнее: «).

Если чугунные радиаторы (см. Фото) не имеют кранов для промывки, специалисты рекомендуют учитывать 130-150 Вт на секцию, приведенную. Даже когда они изначально отдают тепла больше, чем требовалось, появившиеся в них загрязнения снизят теплоотдачу.

Как показала практика, аккумулятор желательно монтировать с запасом около 20%. Дело в том, что при наступлении сильных холодов в доме не будет излишнего тепла.Это также поможет бороться с удушением от сильного теплового удара на подводке для глаз. Покупка ненужных нескольких секций и регулятора не сильно повлияет на семейный бюджет, а тепло в доме в мороз будет обеспечено.

Требуемая тепловая мощность радиатора

При расчете батареи отопления обязательно нужно знать необходимую тепловую мощность, чтобы в доме было комфортно жить. Как рассчитать мощность радиатора отопления или других отопительных приборов для теплоснабжения квартиры или дома, интересует многих потребителей.
  1. Метод по СНиП предполагает, что на одну «квадратную» площадь требуется 100 Вт.

    Но в этом случае следует учесть ряд нюансов:

    - теплопотери зависят от качества теплоизоляции. Например, для отопления энергоэффективного дома с системой рекуперации тепла со стенами из сип-панелей тепловая мощность потребуется более чем в 2 раза;
    - Создатели санитарных норм и правил при их разработке ориентировались на стандартную высоту потолка 2.5-2,7 метра, а ведь этот параметр может быть 3 или 3,5 метра;
    - Данная опция, позволяющая рассчитать мощность радиатора отопления и теплоотдачу, актуальна только при условии примерной температуры в квартире 20 ° С и на улице - 20 ° С. Аналогичная картина типичен для населенных пунктов, расположенных в европейской части России. Если дом в Якутии, тепла потребуется гораздо больше.
  2. Методика расчета по объему не считается сложной.На каждый кубический метр помещения требуется 40 Вт тепловой мощности. Если размер комнаты 3х5 метров, а высота потолка 3 метра, то на тепло уйдет 3х5х3х40 = 1800 Вт. И хотя погрешности, связанные с высотой помещения в этом варианте устранены, он все равно не точен.
  3. Усовершенствованный метод вычисления объема с учетом большего количества переменных дает более реалистичный результат. Базовое значение все равно остается прежним - 40 ватт на кубический метр объема.Смотрите также: "".

    При уточнении расчета тепловой мощности радиатора и необходимой величины теплоотдачи следует учитывать, что:

    - одна дверь наружу потребляет 200 Вт, а каждое окно 100 Вт;
    - если квартира угловая или торцевая, используется поправочный коэффициент 1,1 1,3, в зависимости от типа материала стен и их толщины;
    - Для частных домохозяйств коэффициент 1,5;
    - Для южных регионов коэффициент 0.7 - принято 0,9, а для Якутии и Чукотки - поправка от 1,5 до 2.
В качестве примера взята угловая комната с одним окном и дверью в частном кирпичном доме с трехметровым потолком на севере России. Средняя температура за зимним окном в январе - 30,4 ° С. См. Также: «».

Порядок расчетов следующий:
  • определяют размеры помещения и необходимую мощность - 3х5х3х40 = 1800 Вт;
  • окно и дверь увеличивают результат на 300 Вт, итого получается 2100 Вт;
  • с учетом углового расположения и того, что частный дом будет 2100х1.3х1,5 = 4095 Вт;
  • умножаем прежнюю сумму на региональный коэффициент 4095х1,7 и получаем 6962 Вт.
Видео о выборе радиаторов отопления с расчетом мощности:

Рассчитать количество радиаторов отопления в районе можно с помощью калькулятора, размещенного на любом участке. Но данные не будут точными. Калькуляторов (программ) расчета секций радиаторов отопления много, но точную информацию можно получить только в том случае, если вы будете рассчитывать вручную индивидуально для каждого помещения.

Упрощенные варианты расчета радиаторов отопления в доме

Первый метод: расчет по объему

Прописано в положениях СНиП и распространяется на панельные дома, правила предложены в качестве нормы принимать тепловую мощность 41 Вт на 1 кубометр отапливаемого помещения. Для расчета количества необходимых секций объем помещения достаточно разделить на мощность одной секции установленных радиаторов (этот параметр указывается производителем в сопроводительной технической документации).

Второй способ: расчет по площади помещения

Данный метод расчета ориентирован на помещения с потолками до 2500 мм, а в норме принимается мощность 100 Вт на квадратную площадь. Для расчета количества секций необходимо площадь помещения поделить на мощность одной секции (указывается в технической документации радиаторов).

Примерный расчет количества секций радиатора для модельного помещения

N = S / P * 100 Где:

  • Н. - количество разделов (дробная часть округляется по правилам математического округления))
  • С. - Комнатная площадь в М2
  • P. - теплообмен 1 секции, ватт

Для этих вариантов расчета применим ряд поправок. Например, если в комнате есть балкон, или больше двух окон, или она находится на углу здания, то к полученным участкам рекомендуется добавить еще 20%.Если расчет получен по дробному числу конечного результата (количества секций), то его следует округлить до целой стороны.

Примечание: полученное значение рассчитано для идеальных условий. То есть в доме нет дополнительной теплоотдачи, эффективно работает сама система отопления, окна и двери плотно закрываются, а также отапливаются соседние помещения. В реальных условиях разделов может потребоваться больше .

Точный расчет необходимого количества секций радиаторов

Выше представлены упрощенные методы расчета радиаторов отопления, актуальные для типовых квартир со стандартными параметрами.С их помощью получить адекватный результат для частных домов и квартир в современных новостройках нереально. Для этого воспользуйтесь специальной формулой:
CT = 100Вт / м2 * S * K1 * K2 * K3 * K4 * K5 * K6 * K7,

Там, где также берется базис 100 Вт на квадратный метр, общая площадь помещения дополняется коэффициентами, значения которых указаны ниже:

К1 - коэффициент, учитывающий остекление оконных проемов:

  • для окон с обычным стеклопакетом: 1.27;
  • для окон с двойным стеклопакетом: 1,0;
  • для окон с тройным стеклопакетом: 0,85;

K2 - Коэффициент изоляции стены:

  • низкая теплоизоляция: 1,27;
  • хорошая теплоизоляция (кладка в две группы или слой утеплителя): 1,0;
  • высокая степень теплоизоляции: 0,85;

К3 - соотношение площади окон и пола в помещении:

  • 50%: 1.2;
  • 40%: 1,1;
  • 30%: 1,0;
  • 20%: 0,9;
  • 10%: 0,8;

К4 - коэффициент, учитывающий среднюю температуру воздуха в самую холодную неделю года:

  • для -35 ° C: 1,5;
  • для -25 ° C: 1,3;
  • для -20 ° C: 1,1;
  • для -15 ° C: 0,9;
  • для -10 ° C: 0,7;

К5 - Корректирует потребность в тепле с учетом количества наружных стен:

  • одностенная: 1.1;
  • две стены: 1,2;
  • три стены: 1,3;
  • четыре стены: 1,4;

K6 - Учетный тип помещения, расположенного выше:

  • холодный чердак: 1,0;
  • отапливаемый чердак: 1,0;
  • отапливаемых жилых помещений: 1,0;

К7 - коэффициент, учитывающий высоту потолков:

  • на расстоянии 2,5 м: 1,0;
  • на высоте 3,0 м: 1,05;
  • на высоте 3,5 м: 1.1;
  • на высоте 4,0 м: 1,15;
  • на высоте 4,5 м: 1,2;

Комфортные условия проживания зимой полностью зависят от обеспеченности жилого помещения. Если это новостройка, например, на даче или заповедном участке, нужно знать, как рассчитать радиаторы отопления для частного дома.

Все операции сводятся к подсчету количества секций радиаторов и подчиняются четкому алгоритму, поэтому нет необходимости быть квалифицированным специалистом - каждый человек сможет произвести достаточно точный теплотехнический расчет своего жилища.

Зачем нужен точный расчет

Тепловыделение устройств теплоснабжения зависит от материала изготовления и площади отдельных секций. От правильного расчета зависит не только тепло в доме, но и сбалансированность и эффективность системы в целом: недостаточное количество установленных секций радиаторов не обеспечит должного тепла в помещении, а ненужное количество секций ударит. карман.

Для расчета необходимо определить тип аккумуляторов и систему теплоснабжения.Например, расчет радиаторов теплоснабжения из алюминия для частного дома отличается от других элементов системы. Радиаторы бывают чугунные, стальные, алюминиевые, анодированные и биметаллические:

  • Самая известная чугунная батарея, так называемая «губная гармошка». Они прочные, коррозионностойкие, имеют мощность секций 160 Вт при высоте 50 см и температуре воды 70 градусов. Существенным недостатком этих устройств является неприглядный внешний вид, но современные производители выпускают гладкие и довольно эстетичные чугунные батареи, сохраняя при этом все преимущества материала и делая их конкурентоспособными.

  • Алюминиевые радиаторы по тепловой мощности превосходят чугунные изделия, они долговечны, имеют небольшой собственный вес, что дает преимущество при установке. Единственное отсутствие подверженности кислородной коррозии. Для его устранения применяется производство радиаторов из анодированного алюминия.

  • Стальные устройства не обладают достаточной тепловой мощностью, не подлежат разборке и увеличению сечения при необходимости, коррозия подвержена коррозии, поэтому не пользуются популярностью.

  • Биметаллические радиаторы отопления представляют собой сочетание стальных и алюминиевых деталей. Охлаждающие жидкости и крепеж в них представляют собой стальные трубы и резьбовые соединения, покрытые алюминиевым кожухом. Недостаток - довольно высокая стоимость.

По типу системы теплоснабжения различают однотрубное и двухтрубное соединение нагревательных элементов. В многоэтажных жилых домах в основном применяется однотрубная схема системы теплоснабжения.Недостатком здесь является довольно существенная разница температуры поступающей и исходящей воды на разных участках системы, что свидетельствует о неравномерном распределении тепловой энергии на батареях прибора.

Для равномерного распределения тепловой энергии в частных домах может применяться двухтрубная система теплоснабжения, когда горячая вода подается по одной трубе, а охлажденная выводится по другой.

Кроме того, точный расчет количества отопительных батарей в частном доме зависит от схемы установки приборов, высоты потолка, площади оконных проемов, количества наружных стен, типа помещение, закрытость инструментов декоративными панелями и другие факторы.

Помните! Необходимо правильно рассчитать необходимое количество радиаторов отопления в частном доме, чтобы гарантировать достаточное количество тепла в помещении и обеспечить экономию средств.

Виды расчетов отопления для частного дома

Вид расчета радиаторов отопления для частного дома зависит от поставленной цели, то есть от того, как именно вы хотите рассчитать батареи отопления для частного дома.Существуют упрощенные и точные методы, как по площадям, так и по объему рассчитываемого помещения.

По упрощенной или предварительной методике расчеты сводятся к умножению площади помещения на 100 Вт: нормативное значение достаточной тепловой энергии на метр в квадрате, при этом формула расчета примет следующее форма:

Q = s * 100, где

Q - требуемая мощность нагрева;

S - расчетная площадь помещения;

Расчет необходимого количества секций сборно-разборных радиаторов ведется по формуле:

Н = q / qx, где

N - необходимое количество секций;

QX - Удельная мощность раздела паспорта изделия.

Поскольку эти формулы для высоты помещения составляют 2,7 м, для остальных значений требуется ввести коэффициенты поправки. Расчеты сводятся к определению количества тепла на 1 м3 размера помещения. Упрощенная формула выглядит так:

Q = s * h * qy, где

H - высота этажа от пола до потолка;

QY - средний показатель тепловой мощности в зависимости от типа ограждения, для кирпичных стен - 34 Вт / м3, для панельных - 41 Вт / м3.

Эти формулы не могут гарантировать комфортные условия. Поэтому требуются точные расчеты, учитывающие все сопутствующие особенности постройки.

Точный расчет отопительных приборов

Наиболее точная формула необходимой тепловой мощности следующая:

Q = s * 100 * (К1 * К2 * ... * КН-1 * КН), где

K1, k2 ... kn - коэффициенты, зависящие от различных условий.

Какие условия влияют на микроклимат в помещении? Для точных расчетов учитывается до 10 показателей.

К1 - показатель, зависящий от количества внешних стен, чем больше поверхность контактирует с внешней средой, тем больше потери тепловой энергии:

  • с одной внешней стенкой, показатель равен единице;
  • , если две внешние стены равны 1,2;
  • , если три внешние стены - 1,3;
  • , если все четыре стены внешние (то есть здание однокомнатное) - 1,4.

К2 - учитывает ориентацию здания: считается, что помещения хорошо утеплены, если они расположены в южном и западном направлении, здесь К2 = 1.0, и наоборот мало - когда окна выходят на север или восток - К2 = 1,1. С этим можно поспорить: в восточном направлении комната еще с утра прогревается, поэтому целесообразнее применить коэффициент 1,05.

К3 - показатель утепления наружных стен, зависит от материала и степени теплоизоляции:

  • для наружных стен в два кирпича, а также при использовании утеплителя для неизолированных стен показатель равен единице;
  • для шпунтовых стен - К3 = 1.27;
  • при утеплении корпуса на основании теплотехнических расчетов по СНИП - К3 = 0,85.

К4 - коэффициент, учитывающий самые низкие температуры холодного периода года для конкретного региона:

  • до 35 ° С К4 = 1,5;
  • от 25 ° С до 35 ° С К4 = 1,3;
  • до 20 ° С К4 = 1,1;
  • до 15 ° С К4 = 0,9;
  • до 10 ° С К4 = 0,7.

К5 - зависит от высоты перекрытия от пола до потолка.За стандартную высоту принята H = 2,7 м с показателем, равным единице. Если высота помещения отличается от стандартной, вводится поправочный коэффициент:

  • 2,8-3,0 м - К5 = 1,05;
  • 3,1-3,5 м - К5 = 1,1;
  • 3,6-4,0 м - К5 = 1,15;
  • более 4 м - К5 = 1,2.

К6 - показатель, учитывающий характер помещения, расположенного сверху. Полы жилых домов всегда утеплены, комнаты сверху могут быть отапливаемыми или холодными, а это неизбежно скажется на микроклимате расчетного помещения:

  • для холодного чердака, а также если помещение не отапливается, показатель будет равен единице;
  • с утепленной мансардой или крышей - К6 = 0.9;
  • , если отапливаемое помещение расположено сверху - К6 = 0,8.

К7 - индикатор, учитывающий тип оконных блоков. Конструкция окна существенно влияет на теплопотери. В этом случае значение коэффициента К7 определяется следующим образом:

  • так как окна из дерева с двойным остеклением недостаточно защищают комнату, то самый высокий показатель - К7 = 1,27;
  • Стеклопакеты
  • обладают отличными защитными свойствами от теплопотерь, при однокамерном лобовом стекле из двух стекол К7 приравнивается к одному;
  • улучшенных однокамерных стеклянных окон с аргоновым заполнением или двойного остекления, состоящего из трех стекол К7 = 0.85.

К8 - коэффициент, зависящий от площади остекления оконных проемов. Теплопотери зависят от количества и площади установленных окон. Отношение площади окон к площади помещения необходимо устанавливать таким образом, чтобы коэффициент имел меньшие значения. В зависимости от отношения площади окон к площади помещения определяется желаемый показатель:

  • меньше 0,1 - k8 = 0,8;
  • с 0,11 до 0.2 - к8 = 0,9;
  • от 0,21 до 0,3 - k8 = 1,0;
  • от 0,31 до 0,4 - К8 = 1,1;
  • от 0,41 до 0,5 - К8 = 1,2.

К9 - с учетом схемы подключения устройства. В зависимости от способа подключения горячей и отвода холодной воды зависит отдача тепла. Этот фактор необходимо учитывать при установке и определении необходимой площади приборов теплоснабжения. С учетом схемы подключения:

  • при диагональном расположении патрубков, подача горячей воды осуществляется сверху, обратка - снизу с другой стороны батареи, а показатель равен единице;
  • при подключении подачи и возврата с одной стороны и сверху, и снизу одна секция К9 = 1.03;
  • примыкание труб с двух сторон подразумевает подачу, а обратное - обратное, при этом коэффициент К9 = 1,13;
  • вариант диагонального подключения, когда подача производится снизу, обратка сверху К9 = 1,25;
  • вариант одностороннего подключения с нижним, обратным обратным и односторонним нижним подключением К9 = 1,28.

К10 - коэффициент, зависящий от степени замкнутости инструментов с декоративными панелями.Открытость устройств для свободного обмена с пространством комнаты имеет важное значение, поскольку создание искусственных преград снижает теплопередачу батарей.

Доступные или искусственно созданные барьеры могут заранее снизить возврат батареи из-за ухудшения теплообмена с помещением. В зависимости от этих условий коэффициент составляет:

  • при открытом положении радиатора на стене со всех сторон 0,9;
  • , если устройство накрыто поверх одного;
  • , когда радиаторы накрываются поверх стенных ниш1.07;
  • , если устройство прикрыто подоконником и декоративным элементом 1.12;
  • , когда радиаторы полностью закрыты декоративным кожухом 1,2.

Кроме того, существуют особые стандарты размещения нагревательных приборов, которые необходимо соблюдать. То есть аккум не меньше чем на:

  • 10 см от низа подоконника;
  • 12 см от пола;
  • 2 см от поверхности наружной стены.

Подставив все необходимые показатели, можно получить достаточно точное значение требуемого теплового помещения помещения. Разделяя результаты, полученные на пути передачи тепла одной секции выбранного устройства, и округляя до целого числа, мы получаем необходимое количество секций. Теперь вы можете, не опасаясь последствий, подобрать и установить необходимое оборудование с необходимым тепловым воздействием.

Методы упрощения расчетов

Несмотря на кажущуюся простоту формулы, на самом деле практический расчет не так прост, особенно если количество рассчитываемых комнат большое.Упростить расчеты поможет использование специальных калькуляторов, размещенных на сайтах некоторых производителей. Достаточно ввести все необходимые данные в соответствующие поля, после чего можно получить точный результат. Можно использовать табличный метод, так как алгоритм расчета достаточно простой и однообразный.

Все о стальных радиаторах отопления: расчет мощности (таблица), определение с учетом теплопотерь, процентное увеличение и расчет по площади помещения, а также как выбрать панельные батареи.

Судя по тому, насколько правильно и грамотно произведена мощность стального радиатора, от него можно ожидать тепла.

В этом случае необходимо учитывать, чтобы технические параметры системы отопления и ТЭНа совпадали.

Поселок

Чтобы теплоотдача стальных радиаторов отопления была максимальной, можно воспользоваться расчетом их мощностей, исходя из размеров помещения.

Если взять в качестве примера комнату площадью 15 м2 и потолками высотой 3 м, то, рассчитав ее объем (15x3 = 45) и умножив количество ВП (СНиП - 41 Вт / м3 для панельных домов и 34 Вт / м3 для кирпича), получится, что потребляемая мощность 1845 Вт (панельный дом) или 1530 Вт (кирпич).

После этого достаточно проследить, чтобы расчет мощности стальных радиаторов отопления (можно обратиться к таблице, которую предоставляет производитель) соответствовал полученным параметрам. Например, при покупке обогревателя типа 22 нужно отдать предпочтение конструкции, имеющей высоту 500 мм, а длину 900 мм, которая характеризуется мощностью 1851 Вт.

В случае замены старых батарей на новые или перестройки всей системы отопления необходимо досконально ознакомиться с требованиями СНиП.Избавит от возможных недостатков и нарушений при монтажных работах.

Стальные радиаторы отопления: Расчет мощности (таблица)

Определение мощности с учетом теплопотерь

Кроме материалов, относящихся к материалу, из которого построен многоквартирный дом и указанных в СНиП, в расчетах могут использоваться температурные параметры на улице. Этот метод основан на потерях тепла в помещении.

Для каждой климатической зоны определяется коэффициент в соответствии с холодными температурами:

  • при -10 ° C - 0.7;
  • -15 ° С - 0,9;
  • при - 20 ° С - 1,1;
  • -25 ° С - 1,3;
  • до - 30 ° С - 1,5.

Теплопередача стальных радиаторов отопления (таблица предоставляется производителем) должна определяться с учетом количества наружных стен. Так если в комнате он один, то результат, полученный при расчете стальных радиаторов отопления по площади, нужно умножить на коэффициент 1,1, если их два или три, то он равен 1.2 или 1.3.

Например, если температура за окном составляет 25 ° C, то при расчете стального радиатора типа 22 и требуемых 1845 Вт (панельный дом) в помещении, где 2 внешние стены, будет следующий результат:

  • 1845x1,2x1,3 = 2878,2 Вт. Этот показатель соответствует панельным конструкциям 22-го типа высотой 500 мм и длиной 1400 мм, имеющим мощность 2880 Вт.

Так подбираются радиаторы панельного отопления (расчет по площади с учетом коэффициента теплопотерь).Такой подход к выбору мощности батареи панели обеспечит максимально эффективную работу.

Чтобы сделать калькулятор стальных радиаторов отопления на участке было проще, онлайн калькулятор сделает это за считанные секунды, достаточно внести в него необходимые параметры.

Увеличение мощности в процентах

Учитывать теплопотери можно не только по стенам, но и по окнам.

Например, перед выбором стального радиатора отопления следует увеличить расчет площади на определенное число процентов, в зависимости от количества окон в комнате:


Учет подобных нюансов перед установкой панельных аккумуляторов из стали позволяет правильно выбрать нужную модель.Это сэкономит средства на его эксплуатации при максимальной теплоотдаче.

Поэтому следует не только думать о том, как выбрать стальные радиаторы отопления по площади помещения, но и учитывать его теплопотери и даже расположение окон. Такой комплексный подход позволяет учесть все факторы, влияющие на температуру в квартире или доме.

Как рассчитать батареи отопления

Комфортная температура в помещении во многом достигается за счет правильного выбора общей мощности секций нагревательной батареи.Независимо от выбранного типа радиаторов, их основная характеристика - мощность. По этому показателю выбирается размер батареи. Есть несколько вариантов, как правильно определить количество секций: можно обратиться к специалистам по отоплению, а можно произвести расчет самостоятельно. Для этого вам необходимо провести несколько простых измерений и применить коэффициенты, которые рассчитываются в зависимости от конкретных условий.

Вам понадобится

  • 1. Рулетка;
  • 2.калькулятор.

Инструкция по эксплуатации

1

Определите площадь комнаты в квадратных метрах. Для этого длину комнаты умножьте на ширину. Все измерения производите в метрах. Для точности измерьте высоту потолка. Получив необходимые цифры, отметьте все, что влияет на теплопотери - количество окон и дверей, расположение квартиры, зимнюю температуру окружающей среды. Также потребуется узнать температуру охлаждающей жидкости.

2

Выберите тип радиаторов отопления и узнайте мощность одной секции. Для определения количества секций возьмем среднее нормативное значение для среднего климатического диапазона 1000 Вт на 1 кв. М. Этот показатель рассчитан для помещений с высотой потолка 3 м, одним деревянным окном и одной дверью при температуре теплоносителя. 70 градусов. Адаптируйте полученный рисунок к конкретным условиям.

3

Коэффициенты увеличения мощности используются в случаях:

1.Если квартира угловая или в комнате 2 и более окон, то прибавляется коэффициент 1,8.

2. Для потолков выше 3 м мощность увеличивается в раз, равном отношению фактической высоты к стандартной. Например, при высоте потолка 3,5 м коэффициент будет 1,16 (3,5: 3 = 1,16).

3. Для охлаждающих жидкостей с температурой ниже градусов добавьте примерно 17% на каждые 10 градусов.

4. Если подключение радиатора ниже (горячая вода идет снизу), введите дополнительный коэффициент увеличения - в среднем 8%.

5. При более низких значениях зимних температур количество секций увеличивается от 1,5 до 2 раз.

4

Применяются коэффициенты снижения мощности:

1. При наличии пластиковых стеклопакетов - до 20%.

2. При высоте потолка менее 3 м. Коэффициент уменьшения рассчитывается так же, как и коэффициент увеличения.

3. При более высокой температуре охлаждающей жидкости каждые 10 градусов экономят 15-17% мощности.

5

Разделите получившуюся цифру на мощность одного радиатора и получите желаемое количество секций.Если подключение радиатора ниже (горячая вода идет снизу), то введите дополнительный коэффициент увеличения - в среднем 8%. В любом случае, если подача теплоносителя (ввод-вывод) будет с одной стороны, установка более 10 секций радиатора не принесет дополнительного тепла из-за плохого нагрева дальних секций.

Полезный совет

1. Если в доме или квартире установлено индивидуальное отопление, то для расчетов берут максимальные значения температуры теплоносителя.

2. Для старых домов с высокими значениями теплопотерь добавьте дополнительные секции. Для современных зданий, построенных с использованием энергосберегающих технологий, наоборот, уменьшают.

3. При замене радиаторов проанализировать потери тепла в помещении. Если вы планируете замену окон или ремонт фасада, то делайте расчет количества радиаторов отопления с учетом этих параметров.

как рассчитать отопление

Моделирование температуры и силы расширения литий-ионной батареи на ранних стадиях теплового разгона, вызванного внутренним коротким замыканием

Термический разгон литий-ионных аккумуляторов - серьезная проблема безопасности.Это сложный процесс, включающий большое тепловыделение, быстрое повышение температуры и значительное количество выделяемого газа. Моделирование теплового разгона позволит лучше понять и раньше обнаружить явление. Так как большинство инцидентов теплового разгона вызывается внутренним коротким замыканием, в данной статье представлена ​​модель, описывающая тепловой разгон литий-ионной батареи, вызванный внутренним коротким замыканием. В этом исследовании были проведены два эксперимента по внутреннему короткому замыканию на двух мешочных ячейках из никель-марганца-кобальта, один из которых был полностью заряжен, а другой - наполовину.Полностью заряженный элемент претерпел быстрое тепловое разрушение, в то время как наполовину заряженный элемент превратился только в медленный процесс саморазряда. Оба этих эксперимента демонстрируют, что сигнал огромной силы набухания батареи может быть обнаружен до повышения температуры поверхности во время внутреннего короткого замыкания. Эта модель теплового разгона - первая попытка связать генерацию газа с сигналом силы и успешно зафиксировать ранние стадии теплового разгона, включая раннее нарастание сигнала силы, после настройки параметров.Использование в этой модели измерения силы обеспечивает большую уверенность в раннем обнаружении теплового разгона, вызванного внутренним коротким замыканием.

Литий-ионные аккумуляторы

широко используются для накопления энергии и позволяют значительно улучшить электромобили. Однако рост плотности энергии батареи увеличивает риск и серьезность отказов батареи. С увеличением количества электромобилей и бытовой электроники, использующих литий-ионные аккумуляторы большой емкости, во всем мире растет число случаев возгорания аккумуляторов и взрывов.Многие из этих несчастных случаев начинаются с перезаряда, чрезмерной разрядки или проникновения в сепаратор батареи из-за механического повреждения 1 , которое приводит к повышению температуры батареи, самонагреву и, наконец, тепловому разгону (TR). Во многих случаях этот процесс начинается с внутреннего короткого замыкания (ISC), которое вызывает самонагревание и может повысить температуру батареи выше 130 ° C. Это, в свою очередь, может привести к побочным реакциям, включая разрушение слоя интерфейса твердого электролита (SEI). 2 Эти побочные реакции быстро выделяют дополнительное тепло и могут привести к тепловому разгоне аккумулятора.Общие опасности теплового разгона батареи включают выделение токсичных газов, дым, пожар и даже взрыв. 3

Для разработки метода раннего обнаружения важно смоделировать процесс теплового разгона. Предлагаемая модель разделяет батарею на три части: сердцевину, средний слой и поверхностный слой, 4 , и определяет количество тепла, выделяемое на электрохимическую энергию, накопленную в каждой секции. Модель содержит четыре подмодели: электрическую модель для процесса внутреннего короткого замыкания, модель побочных реакций для экзотермических реакций активных материалов, тепловую модель для температуры батареи и модель выделения газа для прогнозирования раннего образования газа.

Многие исследователи пытались создать тепловую модель батареи, которая объясняет изменение температуры батареи. Hatchard 5 использовал пространственно дискретизированную тепловую модель с N концентрическими кольцами для учета радиального распределения температуры батареи во время теплового разгона. Это показало, что существует очень небольшая разница в начальной температуре теплового разгона (3 ° C) во время испытаний в печи по сравнению с подходом с сосредоточенной тепловой массой. Кроме того, поскольку вся ячейка находится при повышенной температуре, когда начинается экзотермический процесс, реакция протекает более равномерно по радиусу ячейки.Coman 6 использовал сосредоточенные тепловые модели для описания температуры батареи во время теплового разгона. Сосредоточенная тепловая модель предполагает равномерное распределение температуры и одно температурное состояние для представления всей ячейки. Это предположение справедливо для ячейки 18650, которая имеет небольшое число Био ( B i = 0,051), 6 , и они показали, что температура поверхности батареи из модели очень близка к экспериментальным измерениям. Однако в случае локального внутреннего короткого замыкания омическое тепловыделение будет сосредоточено в небольшой локализованной области, вызывая большой пространственный градиент температуры в сфокусированном пространстве.Чтобы устранить эту неоднородность, другие использовали подход конечных элементов с высокой стоимостью вычислений и сложностью настройки. 7,8 Используя предложенную трехсекционную тепловую модель, можно достичь разумного компромисса между вычислительной сложностью и точностью.

При моделировании внутреннего короткого замыкания сопротивление ISC является критическим параметром для определения серьезности и времени до начала события TR. 9 Тем не менее, в некоторых публикациях расчет короткого сопротивления зависит от области выхода из строя сепаратора.Guo 10 объяснил ISC, вызванный чрезмерным разрядом, и использовал экспериментальные данные, чтобы построить кривую сопротивления ISC с емкостью при избыточном разряде. Компания Coman 6 разработала модель энергии, выделяемой за счет ISC, с коэффициентом эффективности, который соответствовал данным их экспериментов. Подходящий подход хорошо работал с конкретными ячейками в эксперименте, но его трудно применить к разному химическому составу литий-ионных аккумуляторов. В этом исследовании представлена ​​электрическая модель, которая описывает ISC и предлагает метод конечных элементов для решения ISC сопротивления батареи для небольших геометрических областей.

Модели побочных реакций хорошо зарекомендовали себя для основных экзотермических реакций во время события TR. Предыдущие исследования уже предоставили надежные кинетические параметры реакции, измеренные в экспериментах по ускоренной калориметрии (ARC) во время теплового разгона. 5,11 Hatchard 5 разработал эти модели побочных реакций для основных экзотермических побочных реакций, включая разложение SEI, разложение анода и разложение катода. Kim 12 расширил модель, включив в нее разложение электролита, и эти модели использовались многими исследователями на протяжении многих лет.Ren 13 разработал набор химической кинетики термической побочной реакции на основе тестирования DSC, который включает в себя шесть экзотермических реакций в модели, разложение SEI, реакцию анод-связующее, реакцию анод-электролит, реакцию катод-электролит, реакцию катод-связующее, и т. Д. и катодное разложение.

На ранней стадии теплового разгона значительное количество газа и электролита выходит во внешние области батареи. 14 Coman 15 изучил и смоделировал этот электролит и выброс выброса во время теплового разгона.Они показали, как количество выброшенного материала влияет на пиковую температуру теплового разгона из-за эффекта Джоуля-Томсона во время вентиляции и удаления горячих материалов из ячейки на более поздних стадиях теплового разгона. Предыдущие экспериментальные исследования коммерческих литий-ионных аккумуляторов 18650, проведенные Ламмером и др. 16 о составе сбрасываемого газа показали, что большая часть газа составляет CO 2 во время первого выпуска газа. Другие исследования показали, что разложение SEI является основным источником образования CO 2 на ранних стадиях теплового разгона. 1 Pannala 17 охарактеризовал набухание батареи и немедленное повышение сигнала силы во время теплового разгона пакетного элемента, а горячие газы были обнаружены после падения силы. Основываясь на этих результатах, наше исследование предполагает, что газ от разложения SEI является наиболее значительным фактором, способствующим разбуханию батареи и повышению сигнала силы в течение первых нескольких секунд после события ISC. Это исследование является первой попыткой установить связь между побочными реакциями и силой набухания батареи для целей моделирования.

Для настройки модели было проведено два эксперимента с мешочными ячейками емкостью 4,5 Ач, для которых ISC запускался при 57 ° C с различным начальным состоянием заряда (SOC). В предыдущем исследовании внутреннее короткое замыкание батареи имитировалось путем запуска сплава с памятью формы, проникающего через сепаратор. 18 Здесь мы использовали устройство для плавления на основе воска в сепараторе, чтобы вызвать внутреннее короткое замыкание 19 для проверки модели. В наших экспериментах мы продемонстрировали два режима для события ISC.Ячейка с 50% SOC не вызвала теплового разгона, тогда как ячейка со 100% SOC перешла в быстрый тепловой разгон. Модель хорошо подходит для сигнала температуры и силы в обоих экспериментах, фиксируя повышение температуры поверхности и изменение объема газа внутри ячейки по сравнению с измерением силы. Модель и эксперименты с ранним сигналом нарастания силы показывают возможность использования механического поведения в качестве раннего индикатора теплового разгона, вызванного ISC. Модель, разработанная здесь, не является прогнозирующей и может отражать наблюдаемые экспериментальные результаты только после настройки параметров.Дальнейшая работа необходима для проверки и включения прогностической способности этой модели.

Основными работами данной статьи являются:

  • Предлагается трехсекционная дискретизация, параметризованная для определения высокой скорости изменения внутренней температуры и максимальной температуры; в то же время согласовывая температуру поверхности с измерениями. Предыдущая работа по моделированию TR либо использовала мелкую сетку с использованием метода конечных элементов 8 , либо использовала единственное объемное температурное состояние. 6 Представленная здесь модель представляет собой компромисс между вычислительной сложностью и точностью и полезна для онлайн-обнаружения неисправностей на основе модели.
  • Разработано детальное моделирование сопротивления ISC в зависимости от его пространственной площади. Модель также связывает SOC ячейки с процессом разложения анода. Поскольку множественные реакции конкурируют за доступный литий на отрицательном электроде, в том числе влияние саморазряда, вызванного ISC, на SOC, имеет решающее значение для прогнозирования TR.Благодаря этим улучшениям предлагаемая модель может лучше оценивать пиковую температуру и изменение SOC во время события ISC, которое запускает TR.
  • Два эксперимента показаны для двух разных уровней SOC с запускающей ISC. Ячейка с высоким SOC привела к быстрому тепловому выходу из строя, а другая ячейка с низким SOC привела к медленному саморазряду после срабатывания ISC. Модель может уловить оба явления после правильной настройки параметров, включая тип режима ISC в событии.
  • Сопоставление модели и экспериментов с сигналом силы показывает возможность использования механического поведения в качестве раннего признака теплового разгона, вызванного ISC.

Состояния внутренней температуры батареи разделены на три секции, и масса каждой секции масштабируется пропорционально ее объемной доле. Эта неравномерная грубая дискретизация лучше захватывает относительно небольшую область, прилегающую к внутреннему короткому замыканию, которая нагревается быстрее, чем окружающий объем. Остальная часть клеточной массы, которая отстает при нагревании, содержит основную массу клеточного материала. Как показано на рис. 1, общая модель теплового разгона включает тепловую модель с тремя состояниями, модель побочных реакций, которая отслеживает потребление активных материалов, и модель электрической эквивалентной схемы.Модель имеет три температурных состояния, четыре состояния побочных реакций в каждой секции и одно состояние для состояния заряда элемента в соответствии с моделью электрической эквивалентной схемы. Всего трехсекционная модель состоит из 16 состояний. Номенклатуру можно найти в приложении.

Увеличить Уменьшить Сбросить размер изображения

Рис. 1. Трехсекционная модель с батареей, разделенной на сердцевину, средний слой и поверхностный слой.

Трехступенчатая тепловая модель

Для теплового разгона, вызванного ISC, область ISC имеет значительную объемную скорость нагрева и будет иметь относительно быстрый рост температуры по сравнению с поверхностью ячейки. Чтобы устранить эту неоднородность температуры внутри батареи, нам нужно разделить батарею на несколько секций. Мы обнаружили, что три секции температурной дискретизации достигли хорошей точности и в то же время сохранили разумную вычислительную сложность.

Трехступенчатая тепловая модель описывает температуру ядра батареи ( T c ), температуру среднего слоя ( T м ) и температуру поверхностного слоя ( T с ). Ядро батареи представляет собой область, в которой впервые возникает ISC. На рисунке 1 это место схематично показано в центре ячейки. Однако не обязательно, чтобы он располагался в геометрическом центре. Предлагаемая модель также применима к случаям, когда ISC расположен вблизи поверхности, как показано ниже в экспериментальных результатах.Именно относительные объемы, а не конкретное местоположение ISC, имеют решающее значение для регистрации повышения температуры во время теплового разгона. В частности, динамическая эволюция температурного состояния ядра есть

, где T core и T mid представляют температуру сердцевины и среднего слоя соответственно, а r c 2 m - тепловое сопротивление между сердцевиной и средним слоем. Аналогичным образом температура среднего и поверхностного слоев определяется выражением

r c 2 m , r m 2 s , r s 2 a термины эквивалентны термическому сопротивлению.

Секция сердечника батареи относится к области батареи, на которую влияет начальный ISC, и параметр m core может быть получен, если зона ISC известна. Теоретически массовое отношение каждого слоя равно объемному отношению каждого слоя при условии однородной плотности (,), где м элемент - масса элемента батареи, а V сердечник и V средний - это объемы ядра и среднего слоя). В этом исследовании для ячейки с сепаратором на основе парафина масса сердечника в идеале может быть рассчитана по площади сепаратора парафиновой части и толщине электродного листа.Объем цилиндрической области ISC можно выразить как

, где r short - радиус области короткого замыкания, а H - высота цилиндрической короткой области, которая является суммой толщины двух электродных листов и толщины разделителя. Однако первоначальный ISC также нагревает области за пределами области ISC во время процесса внутреннего короткого замыкания, поэтому в этом исследовании настраивается относительный размер объемов для трех секций. Корреляция между тремя размерами секций и объемом устройства ISC будет исследована в последующей работе с более доступными данными.

Общее тепловыделение побочными реакциями определяется выражением

где * соответствует сердцевине, среднему и поверхностному слоям. Общая скорость нагрева от всех побочных реакций зависит от трех экзотермических реакций разложения в каждом слое. Эти реакции вызывают повышение температуры, а повышение температуры ускоряет эти реакции, что приводит к неуправляемому нагреву.

Электрическая модель

Во время теплового разгона, помимо экзотермических побочных реакций, генерирующих тепло, короткое замыкание батареи также будет генерировать омическое тепло.Развитие термического эффекта и разложения зависит от скорости этого омического тепловыделения и скорости его рассеивания в окружающий материал. В этой статье основное внимание уделяется внутреннему короткому замыканию, которое происходит в небольшой области батареи, и представлена ​​модель ее локального нагрева. Напряжение на клеммах аккумуляторной батареи можно представить с помощью модели эквивалентной схемы.

, где I - ток разряда, который равен току короткого замыкания I short при отсутствии нагрузки, как показано на рис.2а. Номинальное внутреннее сопротивление элемента составляет R элемент и U ( SOC ) - напряжение холостого хода батареи (OCV). OCV является функцией SOC, как показано на рис. 2b.

Увеличить Уменьшить Сбросить размер изображения

Рис. 2. Электрическая модель (a) Модель эквивалентной схемы для электрической модели ISC (b) Напряжение холостого хода аккумуляторной батареи U ( SOC ).

Rheinfeld 20 использовал импеданс 1 кГц в качестве сопротивления ячейки для оценки теоретического максимального короткого замыкания в первые несколько секунд внутреннего короткого замыкания. Здесь импеданс ячейки 1 кГц из тестирования EIS ( R 1 кГц = 4,76 м Ом) будет использоваться для представления сопротивления ячейки для моделирования внутреннего короткого замыкания.

Модель эквивалентной схемы для ISC

На основе сопротивления ISC может быть разработана модель эквивалентной схемы для описания процесса внутреннего короткого замыкания.Предыдущие исследования механизмов ISC также использовали модель эквивалентной схемы с сопротивлением, зависящим от площади. 10 В этом исследовании для случая самоиндуцированного теплового разгона мы предполагаем отсутствие внешних проводов, соединяющих положительный и отрицательный электроды ячейки. Соответствующая модель эквивалентной схемы показана на рис. 2а. Поэтому ток короткого замыкания можно найти, используя законы Кирхгофа непосредственно для простой схемы.

Общее тепловыделение из-за саморазряда определяется как,

Следует отметить, что омическое тепло I 2 R короткое распределяется только в зоне короткого замыкания, а общая тепловая мощность I 2 R ячейка распределяется между вся ячейка.В частности, когда ISC запускается в сердечнике батареи, омическое тепло будет распределяться следующим образом:

, где нижний индекс core, mid, surf соответствует сердцевине, среднему и поверхностному слоям батареи соответственно. Регулировка значений сопротивления может увеличить скорость нагрева в зоне короткого замыкания, которая будет намного выше, чем в остальной части ячейки, так что короткая зона будет испытывать значительное повышение температуры раньше остальной части ячейки.

ISC сопротивление

Четыре основных типа внутренних коротких замыканий обсуждались в предыдущих исследованиях, 18 с ISC между катодами (или ISC типа A), которые являются наиболее распространенным типом ISC.Обычно площадь ISC мала по сравнению с общей площадью соты. В ISC между катодом и анодом, если область ISC возникает из-за проникновения в сепаратор, а катод и анод соединены с помощью материалов с высокой проводимостью, таких как железо, то удельное сопротивление активного материала электрода преобладает над сопротивлением короткого замыкания. Приближение нулевого порядка истинного электрического сопротивления может быть получено с использованием геометрического сопротивления:

где ρ - удельное электрическое сопротивление, L - длина, а S - площадь поперечного сечения материала с однородными резистивными свойствами.

Однако для небольших участков нельзя игнорировать распределение потенциального поля вблизи края. Таким образом, моделирование Comsol было разработано для единичного тока, протекающего через область ISC. Моделирование решает закон Ома в 3D при фиксированном приложенном токе для вычисления электрического поля:

, где Дж - плотность тока. Тогда R 3 D вычисляется численно по формуле:

, где d x - это элемент пути вдоль электрического поля, а I - полный приложенный ток, который равен интегрированию плотности тока по площади поперечного сечения ( I = ∫ J dxdy ).

На рисунке 3a показан двумерный срез распределения электрического потенциала пути тока ISC в области короткого замыкания с единичным приложенным током. Сопротивление ISC получается численно из этого моделирования для ряда областей. Сопротивление ISC почти обратно пропорционально области ISC, где меньшая область ISC будет иметь большее короткое сопротивление. Как показано на рис. 3b, геометрическое сопротивление хорошо оценивает сопротивление ISC для больших площадей ISC. Однако для небольших участков геометрическое сопротивление переоценивает сопротивление ISC, где краевые эффекты значительны.Подробные результаты сравнения эквивалентного сопротивления ISC ( R 3 D ) и геометрического сопротивления ( R geo ) показаны на рис. 3a. Исходя из этого результата, R geo является хорошей оценкой R 3 D , когда сопротивление ISC ниже 5 Ом. Для сопротивления ISC более 5 Ом зависимость площади является нелинейной, и полное трехмерное потенциальное поле следует оценивать, как показано на рисунке 3a, если известна короткая площадь.В следующем исследовании R 3 D будет принято для сопротивления ISC R короткого больше 5 Ом на основе ошибки, показанной на рисунке 3a.

Увеличить Уменьшить Сбросить размер изображения

Рис. 3. Вычисление сопротивления ISC . (a) Электрический потенциал в зоне короткого замыкания (b) Сравнение между R 3 D и R geo .

Температурная зависимость сопротивления элемента

Поскольку температура элемента значительно увеличивается во время процесса теплового разгона, необходимо учитывать температурную зависимость электрического сопротивления. Коэффициент диффузии ионного транспорта экспоненциально увеличивается с температурой. 21 Предполагается, что сопротивление элемента экспоненциально уменьшается с повышением температуры ядра батареи, в то время как сопротивление короткого замыкания считается постоянным при изменении температуры.При этом предположении, отношение экспоненциальной зависимости от температуры выбирается из Lin 22 для представления сопротивления ячейки:

, где R e , ref - эталонное значение сопротивления при эталонной температуре T ref . Экспоненциальная зависимость напрямую заимствована из Lin, 22 , в то время как эталонное значение сопротивления выбрано так, чтобы отражать измеренный импеданс 1 кГц при 20 ° C. В этом исследовании R e , ref принимается равным 0.0246 м Ом, а T ref принимается как 1543 K . 22

Однако, поскольку температура элемента дискретизирована в этой модели, сопротивление элемента должно быть выражено как функция температуры трех секций. Сопротивление ячейки может быть представлено тремя секциями, где температурная зависимость зависит от температуры каждой секции:

где R cell , core , R cell , mid , R cell , surf - электрическое сопротивление ячейки на основе сердечника, средний слой и поверхностный слой.Температурную зависимость каждого электрического сопротивления можно выразить как:

где * соответствует сердцевине, среднему слою и поверхностному слою. R *, ref - эталонное значение сопротивления для слоя * и является функцией отношения масс слоя *.

, где м * - масса слоя *, а R e , ref - эталонное значение сопротивления для всей ячейки (0.0246 м Ом).

Дополнительные предположения для короткого замыкания

Мы предполагаем, что структура части сердечника разрушается при температуре плавления токосъемника и прерывает короткое замыкание. Затем мы предполагаем, что внутреннее короткое замыкание в этой высокотемпературной области прекратится. Кроме того, из-за распространения тепла соседняя область вызовет внутреннее короткое замыкание, как только разделитель в соседних областях расплавится. Для простоты мы предполагаем, что короткое замыкание происходит только в одном месте за раз и что в соседней области возникает внутреннее короткое замыкание после обрушения предыдущей секции.

Модель побочных реакций

Для упрощения исследования модель побочных реакций включает только три основные побочные реакции: разложение SEI, разложение анода и разложение катода. 5 Модель побочных реакций, используемая в этой работе, основана на работе Coman, 6 , в которую включены уравнения Аррениуса для температурно-зависимых скоростей реакций тепловых неуправляемых побочных реакций. Чтобы соответствовать материалу катода NMC, используемому в нашем эксперименте, все параметры побочных реакций взяты из Dong. 23 Большинство параметров реакции такие же, как у Coman, 6 , хотя некоторые параметры отличаются, включая тепловыделение, энергию активации, предэкспоненциальный член разложения катода NMC и предэкспоненциальный член SEI. Подробные значения и источники параметров побочных реакций перечислены в таблице II.

Таблица II. Параметры модели.

Параметр Значение Блок Источник Физический смысл
A и 2.5 × 10 13 с - 1 [6, 22] Частотный коэффициент для анодного разложения
A ca 2,55 × 10 14 с - 1 [22] Частотный коэффициент катодного разложения
A SEI 2,25 × 10 15 с - 1 [22] Частотный коэффициент для разложения SEI
A c 2 м 628 мм 2 Приблизительно Контактная область между сердечником и средним слоем
A м 2 с 1711 мм 2 Приблизительно Площадь контакта среднего слоя с поверхностью
С 4.5 Ач Измерялся Емкость аккумулятора
С п 1100 J кг - 1 K - 1 [9] Удельная теплоемкость сердечника батареи
C p , Al 897 J кг - 1 K - 1 Приблизительно Удельная теплоемкость алюминиевого светильника
Δ d c 2 м 1 мм Приблизительно Расстояние от центра масс до среднего слоя по вертикали
Δ d м 2 s 1.38 мм Приблизительно Расстояние от среднего слоя до центра масс по вертикали
E и 2,24 × 10 -19 Дж [6, 22] Энергия активации разложения анода
E ca 2,64 × 10 -19 Дж [22] Энергия активации катодного разложения
E SEI 2.24 × 10 -19 Дж [6, 22] Энергия активации разложения SEI
h и 1714 Дж г - 1 [6, 22] Энтальпия анодного разложения
h ca 790 Дж г - 1 [22] Энтальпия катодного разложения
h SEI 257 Дж г - 1 [6, 22] Энтальпия разложения SEI
м и 19.107 г Измерялся Масса анода
м ca 36,56 г Измерялся Масса катода
м ячейка 103,75 г Измерялся Общая масса ячейки
м жила 1.038 г Установлен Масса сердечника батареи
м крепление 1100 г Измерялся Масса алюминиевого крепления
м средний 4.67 г Установлен Масса среднего яруса аккумулятора
м прибой 98,04 г Приблизительно * Масса поверхностного слоя аккумулятора
r c 2 м 3,18 К · Вт - 1 Приблизительно * Термическое сопротивление между сердечником и средним слоем
r m 2 s 1.61 К · Вт - 1 Приблизительно * Термическое сопротивление между средним слоем и поверхностью
r s 2 a 1,00 К · Вт - 1 Предположительно Термическое сопротивление между поверхностным слоем и приспособлением
r исправить 1,73 К · Вт - 1 Предположительно Тепловое сопротивление между приспособлением и окружающим воздухом
R 1 кГц 4.76 м Ом Измерялся Импеданс ячейки 1 кГц при 20 ° C
R e , исх. 0,0246 м Ом Приблизительно Эталонное электрическое сопротивление
R короткий 3,68 м Ом Приблизительно * Сопротивление короткому замыканию
SOC 0 1 Приблизительно Начальное состояние заряда
T окр. 63 ° С Измерялся Температура окружающей среды
T исх. 1543 К [21] Эталонная температура
x и , 0 0.75 [6, 22] Начальная доля Li в аноде для полностью заряженных элементов
x SEI , 0 0,15 [6, 22] Исходная доля Li в SEI
z 0 0,033 [6, 22] Начальная безразмерная толщина SEI
α 0 0.04 [6, 22] Начальная степень конверсии катодного разложения

* Тепловое сопротивление r c 2 m , r m 2 s оценивается по формуле. 31. * R короткий оценивается по формуле. 12. * м.

Разложение на границе раздела твердых электролитов (SEI)

SEI начинает разлагаться первым при температурах выше 130 ° C. 2

, где x SEI , * - доля Li в SEI в слое * (* = core , mid , surf ), A SEI - частотный коэффициент для разложения SEI, E SEI - энергия активации для разложения SEI, k b - постоянная Больцмана и T * - температура в слое * .Теплота, выделяемая при разложении SEI в каждом слое * , определяется по формуле:

, где h SEI - энтальпия реакции разложения SEI. Массовая доля анодного материала в каждом слое равна общей массе анода, умноженной на массовую долю слоя в общей массе электролизера м an , * = м an · м * / м ячейка .

Разложение анода

Литий, внедренный в графит, начинает реагировать с электролитом при высокой температуре.Эта побочная реакция начинается при температуре около 180 ° C. 24

, где x an , * - доля Li в аноде в слое * , A и - коэффициент частоты для разложения анода, а E an - энергия активации разложения анода. Кроме того, относительная толщина SEI (z) также учитывается при разложении анода (туннельный эффект 11 ).

, где z * - безразмерное число, представляющее относительную толщину SEI в слое * .Тепло, выделяемое при разложении анода в каждом слое * , определяется по формуле:

, где h и - энтальпия реакции разложения анода.

Разложение катода

Наконец, при самой высокой температуре материал катода начинает разлагаться с выделением кислорода и тепла. Для химического состава аккумуляторных батарей NMC эта побочная реакция обычно начинается при 240 ° C. 25 Скорость преобразования активного катодного материала определяется как:

где α * - степень конверсии катодного разложения в слое *.Реакция прекращается, когда α * = 1 и весь катодный материал в этом слое израсходован. A ca - частотный коэффициент катодного разложения, а E ca - энергия активации катодного разложения. Тепловыделение в каждом слое пропорционально скорости преобразования, определяемой по формуле:

, где h ca - энтальпия реакции катодного разложения. Как и в случае анода, массовая доля катодного материала в каждом слое равна общей массе анода, умноженной на массовую долю слоя в общей ячейке м ca , * = m ca · м * / м ячейка .

Уравнения 19–25 описывают побочные реакции теплового убегания. Температура в уравнениях. 19–25 должна быть местной температурой (ядро, средний, поверхностный слой). В разных частях батареи мы увидим разную скорость побочных реакций.

Соединение ISC и разложения анода

В этой работе разложение анода и саморазряд из-за ISC связаны, поскольку оба они потребляют Li в аноде. Как показано на рисунке 4, оба процесса вызывают снижение SOC.SOC - важный параметр в модели побочных реакций и электрической модели, который влияет на общее тепловыделение. Более высокое начальное SOC увеличивает вероятность теплового разгона, поскольку выделяемое во время ISC тепло больше. После соединения SOC можно выразить как средневзвешенную долю Li анода во всех слоях ( x , , и , * ).

, где x и , 0 - начальная фракция Li в аноде для полностью заряженных элементов.Тогда разложение анода и изменение SOC ячейки с емкостью C можно переписать как:

, где * здесь представляет ядро, средний слой или поверхностный слой, а x и , * представляют локальные x и в ядре, среднем слое или поверхностном слое. Предполагая, что I short истощает литий во всех секциях пропорционально, тогда доля лития в каждой секции рассчитывается по формуле:

вместо решения уравнения.21, где T * - локальная температура для ядра, среднего и поверхностного слоя.

Увеличить Уменьшить Сбросить размер изображения

Рис. 4. Соединение ISC и разложение анода.

Модель выделения газа

Предыдущие исследования предполагали, что основным компонентом SEI является ( CH 2 OCO 2 Li ) 2 . 1 Они показали механизм реакции разложения SEI, при котором выделяется CO 2 . 1,26

( CH 2 OCO 2 Li ) 2 Li 2 CO 3 + C 2 H 4 + CO 2 + 0,5 O 2

Эксперименты с коммерческими литий-ионными батареями 18650 от Lammer et al. 16 показали, что во время первого сброса большая часть газа составляет CO 2 . Основываясь на этих результатах, мы предполагаем, что CO 2 является основным компонентом сбрасываемого газа и вызывает процесс повышения давления газа внутри ячейки перед выпуском. Наше исследование моделирует только начальное образование газа CO 2 в результате разложения SEI, что важно для раннего определения потенциального теплового разгона. Количество потребленного SEI в молях можно выразить как:

где - масса на моль ( г / моль ) для C 6 , основного компонента анода после завершения делитирования, и - количество литийсодержащих метастабильных частиц в SEI, израсходованных в реакции. в мол.Поскольку механизм реакции разложения SEI показывает константу пропорциональности для генерируемого CO 2 и израсходованное количество SEI равно 1, то количество образовавшегося газа в молях можно выразить как:

Следовательно, тепловая модель может использоваться для прогнозирования давления газа с использованием закона идеального газа. Поскольку это небольшое число, для удобства, в следующих обсуждениях будет показано в ммоль.

Модель выделения газа может использоваться для прогнозирования изменений мощности батареи на ранней стадии теплового разгона, если объем известен.На ранних стадиях TR механическое поведение ячейки в основном связано с повышенным внутренним давлением газа внутри ячейки. Сила и давление газа имеют разные единицы, но давление газа можно использовать для прогнозирования общей тенденции механического поведения ячейки.

Батареи, использованные в этом эксперименте, были произведены в аккумуляторной лаборатории Мичиганского университета. Размер ячейки пакета составляет 133 мм × 89 мм × 4 мм .Как показано на рис. 5а, для проверки модели был проведен эксперимент с тепловым разгоном с использованием мешочной ячейки из никель-марганца-кобальта (NMC) емкостью 4,5 А · ч. Пакетная ячейка была собрана с отверстием в сепараторе, покрытым воском в одном из внешних слоев ячейки, размер отверстия составляет около 10 мм, радиус мм. Импеданс ячейки 1 кГц по результатам испытаний EIS составил 4,76 м Ом при 20 ° C. Эксперимент проводился для двух карманных ячеек, одна с 50% SOC, а другая ячейка была полностью заряжена (100% SOC).Технические характеристики аккумулятора приведены в таблице I.

Увеличить Уменьшить Сбросить размер изображения

Рис. 5. Экспериментальная установка (a) Ячейка перед внутренним коротким тестом (b) Расположение сенсора в разрезе (c) Ячейка после теплового разгона.

Таблица I. Спецификация ячейки пакета .

Спецификация ячейки Значение
Толщина анода (двусторонний с токосъемником) 125 мкм м
Толщина катода (двусторонний с токосъемником) 135 мкм м
Токосъемник Толщина Анод 13 мкм м
Токосъемник Толщина Катод 13 мкм м
Материал сепаратора ПЭ
Пористость сепаратора 40%
Толщина сепаратора 12 мкм м
Массовая доля активного материала анода (графит: PVDF) 95: 5
Массовая доля активного материала катода (NMC111: CB: PVDF) 94: 3: 3
Загрузка активного материала электрода (односторонний анод) 8.55 г / см 2
Загрузка активного материала электрода (односторонний катод) 18,5 г / см 2
Количество двусторонних электродных листов Анод 15
Количество двусторонних электродных листов Катод 14
Электролит 1M LiPF 6
Органический растворитель в электролите 2% ЕС: ЭМС (3: 7)

Приборная арматура ячейки медленно нагревалась в калориметре с ускоряющейся скоростью (ARC) до тех пор, пока воск не расплавился примерно до 57 ° C, что вызвало внутреннее короткое замыкание.Температура окружающей среды измерялась термопарой Т-типа. Термопара была помещена между токосъемными язычками, и показание было 63 ° C перед событием теплового разгона. Вся камера ARC постоянно нагревалась со скоростью около 0,7 ° C / мин и достигала 63 ° C перед началом события внутреннего короткого замыкания. Когда сердцевина в ячейке мешочка достигла точки плавления (около 57 ° C), это привело к срабатыванию ISC. Набросок поперечного сечения испытанной ячейки мешочка показан на рис. 5b, чтобы лучше проиллюстрировать расположение и размер начальной области ISC.

В ходе эксперимента измеряется температура поверхности батареи с использованием массива из шести тонкопленочных платиновых датчиков RTD, 27 , как показано на рис. 5a и 5b. В то же время сила измеряется на приспособлении с помощью четырех нагрузочных шайб, прикрепленных к четырем углам приспособления. Сигнал силы используется для измерения расширения батареи относительно приспособления. Измеренная пиковая сила превышает 400 фунтов и является результатом давления газа, которое создается внутри пакета во время теплового разгона до вентиляции ячейки.Расположение ISC и расположение датчиков показаны на рисунках 5a и 5b. Более подробная информация об эксперименте и испытанном элементе батареи содержится в работе Pannala 17 и в таблице I.

Модель сравнивается с двумя результатами испытаний на внутреннее короткое замыкание - Первый тест для ячейки 100% SOC, Тест 2 для ячейки 50% SOC. Ячейка с 50% SOC не перешла в режим теплового разгона, а вместо этого испытала медленный саморазряд. Полностью заряженная ячейка испытала быстрый тепловой разгон, как показано на рис.5c.

Прежде чем продолжить обсуждение эксперимента и сравнить нашу модель и экспериментальные результаты, для модели было сделано несколько предположений. Во-первых, относительные объемы ядра и среднего слоя настраиваются в соответствии с экспериментальными данными. Масса сердечника, используемая для нашего моделирования, выбрана равной 1% от общей массы, чтобы соответствовать продолжительности внутреннего короткого замыкания для 50% -ного элемента SOC. Средний слой составляет 4,5% от общей массы батареи на основе минимальной квадратичной ошибки модели и экспериментальной температуры поверхности, измеренной датчиком № 5 на рис.5а.

Отверстие в сепараторе имеет радиус около 10 мм , и из предыдущего обсуждения сопротивления ISC, уравнение. 12 можно использовать для оценки сопротивления короткого замыкания. Расчетное значение R short для этой карманной ячейки составляет 3,68 м Ом. Температура плавления алюминия составляет 660 ° C, а для меди - около 1000 ° C, поэтому токоприемник расплавится, и в этот момент структура батареи разрушится. Тогда мы можем предположить, что внутреннее короткое замыкание прекратится на участках с температурами выше 660 ° C.По мере того, как тепло распространяется в соседние области, после этого обрушения в соседних областях начинается короткое замыкание.

Эквивалентное тепловое сопротивление можно рассчитать, используя теплопроводность ячейки (λ x = 21 Вт / ( м · K ), λ y = 21 Вт / ( m · K ), λ z = 0,5 W / ( m · K ) 9 ) и геометрию трех областей.Поскольку форма ячейки пакета длинная и плоская, тепловое сопротивление в направлениях x и y велико. Таким образом, мы можем аппроксимировать тепловое сопротивление, используя тепловое сопротивление в направлении z:

, где r i - тепловое сопротивление для сердцевины до середины или от середины до поверхности, Δ d i - это расстояние по вертикали между центром масс сердцевины и средним слоем или средним слоем до поверхностный слой, а A i - это площадь контакта в плоскости x и y между сердцевиной и средним или между средним и поверхностным слоями.При расчете термического сопротивления мы предполагаем, что сердцевина и средний слой являются цилиндрами, а цилиндры центрального слоя находятся в центре среднего слоя. Для сердечника, поскольку радиус ISC составляет 10 мм, а объемный коэффициент сердечника составляет 1% от результата настройки, мы можем затем принять его как цилиндр с радиусом 10 мм и высотой 1,51 мм, что будет соответствовать 1% объема сердечника. соотношение. Для среднего слоя мы предполагаем, что его радиус и высота пропорциональны размерам ядра и масштабируются с учетом объемного отношения 4,5%, так что это цилиндр с 16.Радиус 5 мм и высота 2,5 мм. Следует отметить, что для цилиндров сердцевины и среднего слоя радиус намного больше высоты, что удовлетворяет условию использования уравнения. 31. Если исследуется случай малого радиуса ISC, а радиус и высота цилиндра аналогичны, то необходимо учитывать тепловое сопротивление в направлениях x и y. Хотя при расчете теплового сопротивления делаются некоторые допущения, результаты параметрического исследования показывают, что умножение или деление тепловых сопротивлений r c 2 m и r m 2 s на 10 вон ' t существенно изменить результаты модели, что показывает, что сделанные здесь допущения имеют ограниченное влияние на результаты модели.На их основе будут вычислены Δ d i и A i и представлены в таблице II, которые используются для расчета r c 2 m и r m 2 с .

Кроме того, экспериментальная установка содержит эластичную прокладку из вспененной резины и алюминиевое приспособление, которое следует учитывать в модели для точного представления теплопередачи в окружающую среду. Эквивалентное тепловое сопротивление r s 2 a теперь представляет тепловое сопротивление между поверхностью батареи и алюминиевым креплением, так что член T amb в формуле.3 теперь будет T fix . Алюминиевая арматура не является идеальным радиатором, в этом случае повышение температуры арматуры можно выразить как:

, где термины термического сопротивления r s 2 a и r fix коррелируют со свойствами вспененной резины и процессом теплопередачи от воздуха к арматуре. Для удобства эти два члена термического сопротивления будут приведены непосредственно в Таблице II. Другие параметры модели для полностью заряженного элемента также представлены в таблице II.Параметры взяты из существующей литературы, прямого измерения, подгонки или оценки, основанной на уравнениях в этой статье. Ниже будет показано сравнение результатов эксперимента и результатов модели для обоих тестов.

Первый тест: полностью заряженный элемент

Первый эксперимент был проведен с ячейкой при 100% SOC, и он привел к тепловому разгоне. Поведение быстрого падения напряжения без восстановления упоминается как режим B в предыдущих исследованиях, 28 , за исключением того, что в этом случае было инициировано событие быстрого теплового разгона.Как описано Feng, 1 , усадка и разрушение сепаратора после отключения вызвали массивный ISC, вызвав быстрый тепловой разгон в тестируемом элементе батареи. Модель предполагает, что для полностью заряженного элемента распространение омического тепла приводит к дополнительным областям короткого замыкания после того, как начальная область короткого замыкания выгорела. 28

Здесь реализована функция для управления состоянием ISC Test One. не представляет собой массового ISC, а представляет текущий ISC в ячейке.является функцией максимальной внутренней температуры, зарегистрированной в модели до времени t 0 , определяемой как, и может быть выражено как:

Результат Test One показан на рис. 6a. Сплошной линией показан экспериментальный результат, а пунктирной линией - модельный результат. Параметры побочных реакций и SOC, предсказанные моделью, показаны на рис. 6b.

Увеличить Уменьшить Сбросить размер изображения

Рисунок 6. Результат первого теста (катастрофический тепловой разгон). (a) Сроки падения напряжения и повышения температуры при повышении внутреннего давления батареи хорошо фиксируются моделью. (b) Параметры побочных реакций показывают последовательность побочных реакций во время теплового разгона.

Анализ напряжения

Падение напряжения при t = 2,1 с на рис. 6a представляет собой начало события внутреннего короткого замыкания. Когда напряжение падает до нуля, омическое тепловыделение прекращается. Колебания измеряемого напряжения являются результатом прерывистого подключения ISC из-за структурных изменений при высокой температуре.Модель предсказывает ступенчатое падение напряжения, потому что мы предполагаем, что область ISC будет расширяться до соседней области, и, как обсуждалось выше, большая область ISC уменьшит короткое замыкание R и уменьшит напряжение на клеммах. Напряжение модели увеличивается на 3-5 секунд, и это связано с тем, что элемент R уменьшается с повышением температуры, в то время как короткое замыкание R остается постоянным при изменении температуры.

Следует отметить, что напряжение также является функцией SOC.Однако кривая SOC-напряжения относительно плоская, как видно на 2b. Влияние изменения напряжения SOC относительно невелико в случае теплового разгона. В общем масштабе времени модель совпадает с данными эксперимента и фиксирует общее время отказа батареи во время эксперимента.

Температурный анализ

Датчики RTD расположены в разных частях ячейки пакета, как показано на Рисунке 5a. Спусковое устройство ISC расположено у поверхности, как описано Паннала. 17 Как видно из расположения датчиков на рис. 5b, датчик RTD №2 соответствует поверхностному слою в модели, но физически расположен непосредственно над областью ISC. Датчики RTD № 1, № 3 и № 4 измеряют температуру на поверхности, каждый датчик RTD расположен на расстоянии 1,75 мм друг от друга, 27 Датчик RTD № 5 измеряет температуру основной поверхности.

Второй участок на рисунке 6a показывает сравнение модельной и экспериментальной температур. Экспериментальные данные выше 450 ° C были проигнорированы, поскольку температура плавления каптона, используемого в датчике RTD, составляет 400 ° C.Показания датчиков RTD №1 и №2 очень похожи из-за их непосредственной близости, как и для датчиков RTD №3 и №4. Датчик RTD №6 был поврежден перед установкой и не мог использоваться. Для удобства чтения будут представлены и проанализированы только данные с датчиков №2, №4 и №5.

Датчик RTD №2 находится на поверхностном слое модели батареи, но он расположен над средним слоем и основной частью, поэтому его отклик должен быть близок к нашим смоделированным температурам среднего слоя. Экспериментальные данные датчика RTD №2 (сплошная фиолетовая линия на графике) находятся между смоделированной температурой среднего слоя (пунктирная красная линия) и смоделированной температурой поверхности (пунктирная желтая линия), и это связано с небольшим средним слоем. выбрано в этом исследовании, поэтому реакция датчика RTD №2 будет медленнее, чем смоделированная температура среднего слоя.Датчик RTD № 4 (зеленая сплошная линия) и № 5 (синяя сплошная линия) измеряет температуру поверхности и хорошо согласуется с смоделированной температурой поверхностного слоя.

Модель хорошо согласуется с температурой, измеренной экспериментально, что указывает на то, что эта ячейка мешка может быть смоделирована с использованием предложенной трехсекционной модели. Однако рекомендуется использовать высокодискретизированную распределенную модель или метод трехмерных конечных элементов, если основное внимание уделяется температуре в различных точках поверхности ячейки.

Примерно на 5.Через 8 секунд модель показывает резкое повышение температуры поверхности. Этот внезапный подъем вызван разложением катода в поверхностном слое, который высвободил огромное количество энергии за короткое время, около 5,8 секунды, как показано на рис. 6b. Внезапное повышение температуры поверхности также усилило другие экзотермические реакции, включая разложение анода, которое привело к истощению SOC в ячейке. Через 5,8 секунды ячейка достигла максимальной температуры поверхности, и она завершила экзотермические реакции и процесс внутреннего короткого замыкания в этом событии теплового разгона.

Анализ силы и газа

Поскольку нет хорошего способа измерения температуры ядра батареи непосредственно в эксперименте, измерение силы является выбранной альтернативой для раннего обнаружения теплового разгона внутри батареи.

Из экспериментальных данных мы видим резкий рост и падение измерения силы. По сравнению с сигналом силы батареи в начале эксперимента сила увеличилась на 2,5 фунта из-за теплового расширения батареи, вызванного повышением температуры на 30 ° C.После короткого замыкания, до сброса давления, пиковая сила возросла до 400 фунтов. Резкое увеличение силы является результатом давления, создаваемого образующимся газом. Pannala 17 с помощью термопары, помещенной между язычками, также обнаруживал выпускаемые горячие газы после быстрого падения силы. Таким образом, быстрое падение силы является результатом вентиляции мешочка.

В модели предполагается, что первичный источник CO 2 на ранней стадии теплового разгона происходит из-за пробоя SEI.Модельная сила возникает из-за нарастания давления газа из-за пробоя SEI в секции активной зоны.

Согласно наблюдаемым реакциям разложения каждого слоя в трехсекционной модели, прогнозируемое газообразование будет включать аддитивные вклады от каждой из трех секций: ядра, среднего слоя и поверхностного слоя. Когда средний и поверхностный слои достигают критической температуры, образуется значительное количество газа. Однако, поскольку пакет разрывается вскоре после повышения давления газа первой ступени, на третьем подграфике рис.6а. Кроме того, поскольку измерение силы и давление газа имеют разные единицы шкалы, данные о силе и давление газа нормализуются до 1 с использованием максимального значения за время эксперимента.

На третьем участке рисунка 6а два пика силы и прогнозируемое давление газа хорошо совпадают. Модель успешно фиксирует повышение температуры ядра батареи до повышения температуры поверхности, а время повышения температуры ядра хорошо согласуется с нашим экспериментальным измерением силы.Модель способна уловить особенности нарастания давления газа во время быстрого внутреннего короткого замыкания.

Второй тест с ячейкой 50% SOC

Для ячейки с 50% SOC, которая также была нагрета до 57 ° C, сработал ISC, но не превратился в катастрофический тепловой разгон. Во втором тесте в ячейке происходило быстрое снижение и последующее восстановление напряжения после срабатывания ISC. Затем он перешел к медленному процессу саморазряда, который полностью израсходовал доступные ионы лития через 8000 секунд.Рис. 7 показывает это поведение в нашем эксперименте на протяжении 10 000 секунд. Такое поведение аналогично результатам предыдущего исследования внутреннего короткого замыкания, описанного как режим A 28 или явление плавления. 29 В феномене плавления отключение внутреннего короткого замыкания и быстрое восстановление напряжения происходят из-за выгорания области вокруг начального ISC. Затем происходит следующее мелкомасштабное событие ISC, приводящее к медленному процессу саморазряда. 29

Увеличить Уменьшить Сбросить размер изображения

Рисунок 7. Результат второго теста (медленный саморазряд), показал профиль напряжения на клеммах и температуры ячейки 50% SOC за 10000 секунд. Не наблюдалось теплового разгона, но наблюдался медленный процесс саморазряда после срабатывания ISC.

Ким 28 использовал инфракрасную камеру и показал пиковую температуру в области проникновения гвоздя в режиме короткого замыкания примерно от 200 ° C до 210 ° C. В текущей модели 200 ° C будет использоваться в качестве критической температуры для режима A. ISC останавливается после того, как температура в центральной части достигает 200 ° C.Этот температурный диапазон хорошо согласуется как с экспериментальными, так и с модельными данными настоящего исследования.

Для второго теста предполагалось, что внутреннее короткое замыкание отключится, когда внутренняя температура достигнет 200 ° C. Подобно Test One, здесь реализована функция для управления состоянием ISC Test Two. не представляет собой массового ISC, а представляет текущий ISC в ячейке. Определяется так же, как тестовый,. является функцией T max и может быть выражено как:

Результат теста 2 показан на рис.8а. Сплошная линия представляет результаты эксперимента, а пунктирная линия - прогноз модели. Параметры побочных реакций, предсказанные моделью, представлены на рис. 8б.

Увеличить Уменьшить Сбросить размер изображения

Рис. 8. Результат второго теста (медленный саморазряд). (a) Модель соответствует измеренному напряжению, температуре и накоплению в скважине внутреннего давления. (b) Параметры побочной реакции показывают, что разложение SEI является единственной активной побочной реакцией.

Анализ напряжения

Первый участок рис. 8a представляет собой сравнение напряжения из эксперимента и модели. Падение напряжения при t = 2,65 с представляет собой начало события внутреннего короткого замыкания. Модель соответствует экспериментальным данным по шкале времени и общей тенденции. Он также успешно показывает прерывание ISC и восстановление напряжения до номинального рабочего диапазона.

Анализ температуры

Расположение датчиков температуры для Теста 2 такое же, как и для Теста 1.В этом тесте элемент не вызвал быстрого теплового разгона.

Когда внутренняя температура достигла 200 ° C, ISC остановился из-за выгорания области короткого замыкания, поэтому процесс ISC длился только в течение небольшого периода времени и вызвал только повышение температуры внутреннего слоя. Датчики RTD, расположенные на поверхности батареи, показали незначительные изменения в своих показаниях во время процесса ISC. Прогноз модели хорошо согласуется с температурой среднего и поверхностного слоев и в то же время предсказывает повышение температуры ядра (синяя пунктирная линия), которое невозможно измерить датчиками RTD в эксперименте.

Анализ силы и газа

Как и в первом испытании, измерения силы могут использоваться для обнаружения потенциальных ISC в ячейке. На третьем подграфике рис. 8а для второго испытания время пика силы и время нарастания давления газа хорошо совпадают. Модель фиксирует повышение температуры ядра батареи и в то же время показывает, что батарея не достигла быстрого теплового разгона.

Анализ для разных режимов ISC

И тест 1, и тест 2 были проведены в одинаковых условиях, за исключением SOC ячейки, но каждое из них перешло к другому событию ISC.Полностью заряженная ячейка перешла в режим теплового разгона, в то время как ячейка с 50% SOC испытала феномен плавления и не взорвалась. Однако SOC - не единственный фактор, определяющий режим ISC. Предыдущие эксперименты по проникновению гвоздя и вычислительный анализ показали, что SOC, разделительный материал 28 и радиус ISC 29 будут влиять на типы режима ISC.

Возможно, что скорость повышения температуры ядра и соседних слоев является доминирующим фактором для режима ISC.В отличие от полностью заряженного элемента, ячейка с 50% SOC имела более медленный рост температуры и меньший пространственный температурный градиент, что, в конечном итоге, не вызвало массивного дополнительного короткого замыкания, которое может привести к катастрофическому тепловому разгоне.

В этом исследовании для описания результатов приведены различные настройки моделей режимов ISC для Теста 1 и Теста 2. Тем не менее, в будущем потребуется работа с дополнительными тестами на внутреннее короткое замыкание для изучения критериев, позволяющих предсказать, вызывает ли ячейка тепловой пробой или нет во время события ISC.

Большинство параметров в предлагаемой модели основаны на физических свойствах аккумулятора. В этом исследовании, зная область ISC, можно оценить такие параметры, как сопротивление ISC. Однако при применении этой модели к реальному случаю сопротивление ISC и отношение массы ядра к общей массе клеток обычно неизвестны и должны быть настроены в соответствии с экспериментальными данными. Параметрическое исследование модели теплового разгона поможет изучить чувствительность параметров модели. В этом параметрическом исследовании будут изучены сопротивление ISC, отношение масс сердечника и радиус ISC.

Для параметрического исследования радиуса ISC, ISC от анода к катоду будет в центре внимания, поскольку ISC от анода к катоду является наиболее распространенным типом ISC. 18 В таком случае изменения, внесенные в радиус ISC, будут применяться как к сопротивлению ISC, так и к соотношению масс сердечника. Как обсуждалось в предыдущих разделах, сопротивление ISC является функцией радиуса ISC, а увеличение радиуса ISC приведет к уменьшению сопротивления ISC в результате большей площади ISC. Отношение масс ядра также является функцией радиуса ISC.Основная часть - это площадь батареи, на которую влияет начальный ISC, и как выражено уравнением. 4: V сердечник = π r 2 короткий H , где r короткий - радиус короткого, а H - высота короткого цилиндрического участка . Увеличение радиуса ISC увеличит массу ядра. Параметры, используемые в экспериментальных сессиях, будут служить эталоном для параметрического исследования нашей модели с сопротивлением ISC 3.68 м Ом, отношение масс сердцевины 1% и радиус ISC 10 мм.

Сопротивление ISC

В этом разделе будет изменено сопротивление ISC, чтобы изучить влияние параметров модели на прогноз электрического, термического и механического поведения. Feng 9 использовал R short = 20 Ом для изучения онлайн-обнаружения ISC. Для сравнения в этом параметрическом исследовании будет выбрано сопротивление ISC 5 Ом, в то время как эталонное сопротивление ISC составляет 3,68 м Ом.

Второй участок на рис. 9a и красная пунктирная линия на рис. 9b показывают температуру и напряжение, предсказанные моделью при различных сопротивлениях ISC. Из графика мы видим, что повышение температуры элемента с низким сопротивлением ISC происходит намного быстрее и расходует его активный материал менее чем за 10 секунд. Ячейка с высоким сопротивлением ISC медленно выделяет тепло и не вызывает теплового разгона. Повышение сопротивления замедлит процесс ISC и, возможно, предотвратит возможное тепловое отклонение.

Увеличить Уменьшить Сбросить размер изображения

Рис. 9. Параметрическое исследование модели сопротивления ISC, отношения масс сердечника и радиуса ISC. (a) Температура, (b) Напряжение, (c) CO 2 Генерация путем разложения SEI в активной зоне.

Большое сопротивление ISC будет иметь медленный рост температуры и обычно представляет собой микрокоротки в батарее или сепараторе, сквозь которые проникает материал с низкой электропроводностью.Параметрическое исследование этой модели может быть использовано для прогнозирования серьезности события ISC, и на основе его радиуса короткого замыкания оно может предсказать, вызовет ли элемент теплового разгона или нет.

На рис. 9c показано количество CO 2 , сгенерированное разложением ядра SEI. При таком большом сопротивлении ISC площадь сердечника не достигает критической температуры разложения SEI даже через несколько минут. В этом случае количество выделяемого газа ограничено и его трудно обнаружить с помощью датчиков силы или газа.

Соотношение масс сердцевины

В этом разделе мы демонстрируем эффект изменения соотношения масс сердцевинного слоя. Массовое соотношение сердцевинного слоя выбирается равным 20% от общей массы ячеек, в то время как эталонное массовое соотношение сердцевинного слоя составляет 1%.

Третий участок на рис. 9a и желтая пунктирная линия на рис. 9b показывают температуру и напряжение, предсказанные моделью при различных соотношениях масс сердечника. На графике мы видим, что при высоком соотношении масс ядра время достижения теплового разгона было отложено.Это происходит из-за увеличенной эффективной тепловой массы области ядра, которая снижает скорость повышения температуры и задерживает время, при котором достигается критическая температура для экзотермических реакций.

ISC между катодами и анодом с различным радиусом ISC

Предыдущие параметрические исследования показали влияние критических параметров ISC на характеристики модели. Для наиболее распространенных ISC между катодами и анодами с материалом с высокой проводимостью, пересекающим сепаратор, отношение масс сердечника и сопротивление ISC являются функцией площади ISC, как показано уравнением.4 и уравнение. 12. Изменения в области ISC повлияют на сопротивление ISC и соотношение масс сердечника.

В этом исследовании радиус ISC выбран равным 40 мм, а эталонный радиус - 10 мм. Из предыдущего обсуждения раздела модели теплового разгона, для радиуса ISC 10 мм и 40 мм геометрического сопротивления ( R geo ) достаточно для расчета. Результирующие электрические сопротивления составляют 3,68 м Ом и 0,23 м Ом соответственно. Соотношение масс сердечника для нашего теста составляет 1%, а с увеличением радиуса ISC до 40 мм отношение масс сердечника теперь увеличится с 1% до 16%.Повышенное соотношение масс отражает увеличенную площадь ISC. Член термического сопротивления r c 2 m также изменяется соответственно с изменением площади контакта между сердцевиной и средним слоем по формуле. 31. Результаты моделирования с различным радиусом ISC представлены на четвертом подграфике фиг. 9a и фиг. 9b.

Из графика мы видим, что для ISC от катода к аноду при большом радиусе ISC распределение температуры в батарее более равномерное.Разница между тремя температурными состояниями мала на протяжении всего процесса теплового разгона. Большой радиус ISC сделает процесс ISC похожим на процесс внешнего короткого замыкания. В этом конкретном состоянии тепловая модель с тремя состояниями предсказывает динамику температуры, аналогичную тепловой модели с сосредоточенными параметрами, и модель с сосредоточенными параметрами будет достаточно точной.

Модель теплового разгона литий-ионной батареи была сформулирована с использованием трехсекционной дискретизации. Три секции соответствуют трем температурным состояниям батареи: внутренней температуре, температуре среднего слоя и температуре поверхностного слоя.Модель побочных реакций, электрическая модель, модель газовыделения также разработаны и интегрированы в единую структуру. Модель хорошо согласуется с результатами эксперимента после настройки параметров. В частности, прогнозируемое давление газа по модели выделения газа хорошо согласуется с мощностью батареи на ранней стадии теплового разгона. Такое поведение силы указывает на потенциальный метод раннего обнаружения теплового разгона.

В эксперименте происходит внутреннее короткое замыкание в основной части двух ячеек пакета.Тест Одна ячейка со 100% SOC вызвала быстрый тепловой разгон, в то время как другая тестовая ячейка с 50% SOC не пошла на тепловой разгон. Модель хорошо фиксирует напряжение, температуру и силу для обоих случаев, если задан тип режима ISC. Трехсекционная модель может описывать как событие теплового разгона, вызванное ISC, так и событие, когда жесткое замыкание было прервано, что привело к постепенному саморазряду без достаточного повышения температуры, чтобы вызвать TR.

Существенная разница между нашими двумя тестами заключается в том, отключается ли ISC или приводит к дополнительному ISC после сгорания начального ISC.Это различие приводит к двум различным результатам: катастрофическому тепловому разгоне или безопасному медленному процессу саморазряда. Дальнейшая работа, включая дополнительные эксперименты с внутренним коротким замыканием, необходима для изучения критериев, которые различают такие случаи. Модель теперь имеет три настраиваемых параметра ( м, , основной , м, средний , ISC ). При дальнейшей работе над критериями режима ISC мы можем сократить настраиваемые параметры до двух ( м, , основной , , м, , средний , ).Проведя больше экспериментов для проверки модели, мы обеспечим полную прогностическую способность этой трехсекционной модели низкого порядка.

Мы экспериментально продемонстрировали, что измерение силы может быть полезно для описания начальных стадий события ISC, независимо от того, следует ли за ним тепловой разгон или нет. В сочетании с трехсекционной тепловой моделью, описывающей химические реакции разрушения материала, это измерение можно использовать для диагностики ISC или теплового разгона быстрее и с более высоким уровнем достоверности, чем только измерения напряжения и температуры.

A и Частотный коэффициент для разложения анода, с - 1
A ca Частотный коэффициент катодного разложения, с - 1
A SEI Частотный коэффициент для разложения SEI, с - 1
С Емкость аккумулятора, Ач
С п Удельная теплоемкость сердечника батареи, Дж, кг - 1 K - 1
C p , Al Удельная теплоемкость алюминия, Дж · кг - 1 · K - 1
E и Энергия активации разложения анода, Дж
E ca Энергия активации катодного разложения, Дж
E SEI Энергия активации разложения SEI, Дж
h a Энтальпия разложения анода, Дж · г - 1
h c Энтальпия катодного разложения, Дж · г - 1
ч с Энтальпия разложения SEI, Дж · г - 1
I короткий Ток короткого замыкания, А
k b Постоянная Больцмана, Дж · K - 1
к r Температурный коэффициент сопротивления ISC, K
м и Масса анода, г
м ca Масса катода, г
м ячейка Общая масса ячейки, г
м * Масса аккумуляторного яруса * , г
м фикс Масса алюминиевого приспособления, г
Тепловая скорость разложения анода, Вт
Тепловая скорость разложения катода, Вт
Тепловая скорость разложения SEI, Вт
Скорость экзотермических побочных реакций в слое * , Вт
Мощность омического нагрева короткого замыкания в слое * , Вт
r c 2 м Эквивалентное тепловое сопротивление между сердечником батареи и средним слоем, K · W - 1
r m 2 s Эквивалентное термическое сопротивление между средним слоем батареи и поверхностным слоем, K · W - 1
r s 2 a Эквивалентное тепловое сопротивление между поверхностным слоем батареи и окружающей средой, K · W - 1
r исправить Эквивалентное тепловое сопротивление между приспособлением и окружающим воздухом, K · W - 1
R ячейка Электрическое сопротивление ячейки, Ом
R 3 D Электрическое сопротивление, рассчитанное методом 3D моделирования, Ом
R geo Геометрическое электрическое сопротивление, Ом
R короткий Сопротивление короткому замыканию, Ом
SOC Состояние заряда, -
SEI Интерфейс твердого электролита, -
Т * Температура аккумуляторного слоя * , ° C
T окр. Температура окружающей среды, ° С
T фикс. Температура алюминиевой арматуры, ° С
U ( SOC ) Напряжение холостого хода батареи и SOC, В
x и , * Доля Li в аноде в слое * , -
x и , 0 Исходная доля Li в аноде, -
x SEI , * Доля Li в SEI в слое * , -
x SEI , 0 Исходная доля Li в SEI, -
z * Безразмерная толщина SEI в слое * , -
z 0 Начальная безразмерная толщина SEI, -

Греческий

α * Степень конверсии катодного разложения в слое * , -
α 0 Начальная степень конверсии катодного разложения, -
Состояние внутреннего короткого замыкания тестового, -
Состояние внутреннего короткого замыкания второй проверки, -
ρ Удельное электрическое сопротивление, Ом · м

Нижние индексы

* ядро ​​ слой сердцевины, -
* средний средний слой, -
* прибой поверхностный слой, -
анод, -
катод, -
SEI, -

Этот материал основан на работе, поддержанной Национальным научным фондом в рамках гранта No.1762247, и при частичной поддержке Battery Solutions Inc и штата Мичиган в рамках Программы инноваций для малых компаний (SCIP). Авторы выражают благодарность Центру автомобильных исследований (ARC) за техническую и финансовую поддержку в соответствии с Соглашением о сотрудничестве W56HZV-14-2-0001 Центр исследований, разработок и инженерии танковой техники армии США (TARDEC) Уоррен, штат Мичиган. Авторы хотели бы поблагодарить Грега Лесса и Лабораторию батарей Мичиганского университета за предоставление аккумуляторных элементов, помощь во внедрении сепаратора на основе воска и руководство с помощью калориметра с ускоренной скоростью.Авторы выражают благодарность Аарону Кноблоху из General Electric за предоставление датчиков температуры в рамках программы ARPA-E AMPED. Авторы хотели бы поблагодарить Mingxuan Zhang за внедрение устройства ISC на основе воска, Sravan Pannala за сбор и анализ экспериментальных данных и Suhak Lee за помощь в тестировании EIS.

Ting Cai 0000-0001-8343-9032

Jason Siegel 0000-0003-2824-013X

Сколько тепла выделяет свинцово-кислотная батарея?

Сколько тепла выделяет свинцово-кислотная батарея?

Иногда нам задают очень интересные вопросы.Недавно нас спросили, сколько тепла выделяет промышленная резервная батарея. Честно говоря, это зависит от того, кого вы спрашиваете. У разных производителей аккумуляторов разные ответы на этот вопрос, и разные методы расчета дают существенно разные ответы.

Выделяемое или генерируемое тепло иногда называют «потерей тепла».

Автор статьи не дает рекомендаций по методам, приведенным ниже. Статья подготовлена, чтобы показать, что между различными используемыми методами существует противоречие.

В общих чертах вопрос задается для расчета требований к вентиляции, и в этой статье исследуются различные методы и демонстрируется изменчивость результатов.

Тепло выделяется при подзарядке, подзарядке и разрядке. Тепло, выделяемое при зарядке, является конечным, т.е. когда аккумулятор полностью заряжен, тепло больше не выделяется, но в этот момент аккумулятор переходит в фазу плавающего заряда, и пока аккумулятор находится на зарядке, тепло выделяется. Тепло, выделяемое при разряде, также ограничено, потому что, когда аккумулятор полностью разряжен, тепло больше не выделяется.Следовательно, у нас есть три условия, которые следует учитывать:

1) нагрев при подзарядке.

2) нагрев на плавающем заряде.

3) нагрев при разряде.

Все мы знаем, что свинцово-кислотные батареи тяжелые и имеют большую тепловую массу. Из-за этого во время перезарядки, плавающего заряда и разряда тепло, генерируемое внутри элементов, не будет немедленно рассеиваться в окружающую атмосферу, и существуют разные мнения о том, насколько быстро это будет происходить.Частично разногласия являются результатом разных размеров и форм элементов или моноблоков, составляющих батарею, а также того, являются ли они типами VRLA AGM, VRLA GEL или вентилируемыми.

В общих чертах, тепло - это ватты, а ватты можно рассчитать из V x I (вольт x ампер) или мы можем использовать I2R (амперы x амперы x сопротивление). Этот принцип эти формулы могут использоваться для расчета выделяемого тепла.

В этой статье в примерах используется следующая система батарей.В примерах рассматривается следующее: -

a) Аккумуляторная батарея мощностью 300 кВт в течение 15 м при температуре от 20 ° C до не менее 408 В (в среднем 1,70 В на канал).

б) Батарея состоит из 3 параллельных цепочек, каждая из которых состоит из 40 моноблоков на 12 В; то есть 240 ячеек.

c) Напряжение холостого хода 2.27Vpc = 545V.

г) Номинальная емкость каждой гирлянды составляет 110 Ач, т. Е. Общая емкость батареи 330 Ач.

e) Внутреннее сопротивление каждого моноблока равно 3.8мОм. Это значение взято из информации производителя аккумулятора. Следовательно, сопротивление батареи составляет 3,8 мОм x 40 блоков / 3 струны = общее сопротивление 50,7 мОм.

f) Полностью заряженный ток холостого хода 1 мА на Ач = 330 мА. Значение 1 мА на Ач соответствует I-поплавку. (примечание ниже) значение из BS EN 50272.

g) Параметры перезарядки: ток 10% (33 А) и постоянное напряжение 2,27 В на канал (544,8 В).

(Примечание) - Полностью заряженный ток холостого хода можно получить у производителя батареи.Однако в BS EN 50272 (Требования безопасности для вторичных батарей и их установки) типичное значение можно найти в таблице 1. В таблице приведены значения тока при зарядке с помощью зарядных устройств IU или U. Хотя эти значения используются для расчета выбросов газа при зарядке, их также можно использовать для оценки силы тока при полной зарядке. На практике это значения для наихудшего сценария со встроенным запасом прочности.

Для вентилируемых свинцово-кислотных аккумуляторов, свинцово-кислотных аккумуляторов VRLA и для никель-кадмиевых аккумуляторов значение дается как 1 мА на Ач для условий плавающего напряжения.Мы должны рассматривать Ah как номинальное значение при скорости 10 часов для свинцово-кислотного продукта и 5 часов для продукта NiCd.

Во-первых, нам нужно определить «перезарядку», и в этом контексте мы имеем в виду ток / время, необходимое для возврата емкости, удаленной для предыдущей разрядки. Мы рассматриваем только время полной зарядки.

Количество выделяемого тепла существенно не меняется, даже если параметры подзарядки могут отличаться. Например, ток зарядного устройства, то есть 5%, 10% или 15% C10 ампер, или при использовании истинного плавающего напряжения (например.грамм. 2.27Vpc) или повышенное напряжение (например, 2,40Vpc), существенно не изменяют выделяемое тепло или тепловые потери от батареи. Однако выделяемое тепло будет существенно отличаться в зависимости от глубины предыдущего разряда. Для промышленных резервных аккумуляторов и в этой статье мы рассматриваем характеристики перезарядки при постоянном напряжении / ограниченном токе; иначе известный как метод IU или модифицированного постоянного потенциала, такой как 2,27 В на канал или 2,40 В на канал или аналогичный, с ограничением тока.

На этом этапе стоит отметить, что некоторые производители аккумуляторов считают, что количество тепла, выделяемого при перезарядке, можно рассчитать с использованием того же метода, как если бы аккумулятор находился на плавающем заряде.Этот метод используется в 1.1) ниже. Эта точка зрения принята потому, что любое тепло, выделяемое при перезарядке, не будет немедленно выделено из-за тепловой массы батареи.

Вычисления тепла усложняются, если мы принимаем во внимание удельные тепловые характеристики аккумулятора и, по крайней мере, один производитель аккумуляторов предоставил результаты, основанные на фактическом типе и конфигурации аккумулятора. Это не помогает определить количество тепла, выделяемого для каждой конфигурации батареи, и нам нужно что-то гораздо более простое для использования в повседневной ситуации.В конце концов, мы смотрим на типичное значение, которое может использоваться для целей охлаждения помещения, а не на конечную «лабораторную оценку». На практике хорошее приближение является достаточно точным.

Отсюда следует, что если количество тепла, выделяемого при перезарядке, меняется с предыдущим разрядом, все остальные параметры в целом не имеют значения. Затем мы можем оценить количество тепла, выделяемого при перезарядке, в зависимости от предыдущего разряда. Чтобы сделать расчет немного более точным, мы должны оценить время до полной зарядки на основе характеристик IU и предыдущей глубины разряда.У большинства производителей есть таблицы или даже программный метод определения времени до различных состояний заряда, включая время полной зарядки. Однако в целом можно сказать, что время полной зарядки будет составлять много часов, но время до 80% будет зависеть от характеристики IU. Во время перезарядки большая часть тепла будет выделяться в виде потерь, вплоть до того, что батарея будет заряжена на 80%, что будет составлять «постоянный ток» части перезарядки. Во время фазы постоянного тока i.е. до 80% заряда, тепло можно оценить с помощью принципа I2R. От 80% до 100% ток поплавка может использоваться для расчета тепла. Некоторые производители аккумуляторов считают, что ток заряда от 80% до 100% вдвое превышает теоретический ток холостого хода. В контексте реальной жары это можно рассматривать как разумный метод. Этот метод используется в п. 1.2) ниже.

1.1) Учитывая, что нагрев такой же, как если бы аккумулятор находился на плавающем заряде, мы имеем: -

V x I = W или альтернативный метод I2R = W.

1.1.1) В x I = Вт.

Единственная проблема - решить, какое напряжение и какой ток использовать.

Для напряжения разумно рассматривать напряжение как фактическое напряжение холостого хода на клеммах батареи.

Для тока разумно использовать значение I float, как определено в BS EN 50272.

Рассчитать на 1 блок: -

2,27 В на канал x 6 ячеек x 110 мА = 1,498,2 мВт

Следовательно, для блоков 40 x 3 = 1498.2 x 40 x 3 = 179 784 мВт = 179,784 Вт.

Это тепло будет на время перезарядки 76 часов. Следовательно, тепло можно выразить как 180 Вт x 76h = 13 680 Втч , но более 76h = 180 Вт.

1.1.2) I2R = Вт

Мы можем использовать тот же ток, что и выше, то есть я плаваю, а для напряжения R мы можем использовать сопротивление блока, то есть 3,8 мОм. Из расчета на 1 блок: -

110 мА x 110 мА x 3.8 мОм. = 0,04598 мВт

Следовательно, для блоков 40 x 3 = 5,5176 мВт.

Это тепло будет на время перезарядки 76 часов. Следовательно, тепло можно выразить как 5,5176 мВт x 76 ч = 0,42 Вт-ч , но за время перезарядки 76 часов = 5,5 мВт.

1.2) Нагрев до 80% заряда плюс нагрев от 80 до 100% заряда

1.2.1) Нагреть до 80% заряда

Учитывая описанную выше систему аккумуляторов, мы знаем, что ток перезарядки будет составлять 33 А до 80% заряда, а с 80% мы будем использовать 2-кратный плавающий ток, то есть, если мы используем метод 2-кратного плавающего тока, ток 330 х 2 = 660 мА.Нам нужно установить состояние заряда после разряда. Предположим наихудший случай максимального тока на 15 м: -

Максимальный ток = 300 кВт x 1000/408 В = 735A

Удаленная емкость = (735 А x 15 м) / 60 = 184 Ач или 146 Ач заряженных (330 Ач - 184 Ач).

Эти 184 Ач соответствуют 56% разряженным или 44% заряженным.

Мы знаем, что ток перезарядки 33 А (11 А на цепочку) будет течь до тех пор, пока аккумулятор не будет заряжен на 80%.Состояние заряда 80%: = 330 Ач x 0,8 = 264 Ач.

Время от 146Ач в аккумуляторе в конце предыдущего разряда до 264Ач в аккумуляторе = 118Ач / 33А = 3,6ч.

Теперь мы можем оценить тепло от начала подзарядки до 80% заряда, как показано ниже.

Использование I2R на блок: -

11A x 11A x 3,8 мОм = 495,8 мВт.

Следовательно, для блоков 40 x 3 = 59,496 мВт

Этот ток будет течь 3.6h, что может быть выражено как 214Wh.

ПРИМЕЧАНИЕ. Внутреннее сопротивление промышленных аккумуляторов существенно не меняется со 100% заряженных до 10% заряженных. Следовательно, принцип I2R действителен.

1.2.2) Нагрев с 80% до 100% заряда

Нам необходимо установить время от 80% заряда до полного заряда, и производитель батареи должен предоставить эту информацию. Однако разумным предположением для оценки тепла было бы 72 часа.Принято считать, что полностью разряженный аккумулятор можно перезарядить, используя постоянный ток и ток перезарядки от 5% до 15% в течение 72 часов. Если мы предполагаем полные 72 часа, мы рассматриваем наихудший сценарий.

Теплоотдача блока теперь может быть оценена как: -

110 мА x 110 мА x 3,8 мОм. = 0,04598 мВт

Следовательно, для блоков 40 x 3 = 5,5176 мВт.

Это тепло будет на время перезарядки 72 часа.Следовательно, тепло можно выразить как 5,5176 мВт x 72 ч = 0,40 Вт-ч , и если мы удвоим это значение, мы получим 0,79 Вт-ч.

Складывая 1.2.1) с 1.2.2) получаем 214 Втч + 0,79 Втч = 215 Втч. Это соответствует времени полной зарядки, что составляет 215 Втч / 76ч = 2,83 Вт

Большинство производителей аккумуляторов рассматривают тепловыделение при подзарядке как простое выражение вольт x ток. V x I = W, то есть вольт x ток = ватт. В качестве альтернативы может использоваться принципал I2R.

Для получения информации о токе мы можем связаться с производителем батарей или обратиться к международным стандартам, таким как BS EN 50272.

Теперь мы можем произвести расчет. Ниже приведен расчет для той же батареи, о которой говорилось выше, то есть для батареи, состоящей из 40 моноблоков на 12 В по 330 Ач. Можно сделать два альтернативных расчета. В 2.1) мы используем метод V X I, а в 2.2) мы используем метод I2R.

2.1) С учетом метода V x I: -

Считаем за 1 блок: 2.27 В на канал x 6 ячеек x 1 мА на А · ч x 110 А · ч = 1,496 Вт.

Следовательно, для полной батареи из 40 блоков и 3-х гирлянд: -

1,496 Вт x 40 x 3 = 180 Вт.

Это тепло будет генерироваться, пока батарея находится в режиме постоянного заряда.

2.2) С учетом метода I2R: -

Рассмотрим для одного блока: 110 мА x 110 мА x 3,8 мОм = 0,04598 мВт

Следовательно, для блоков 40 x 3 = 5.5176 мВт или 0,005 Вт.

Это тепло будет генерироваться, пока батарея находится в режиме постоянного заряда.

Интересно, что многие производители аккумуляторов не указывают значение тепла, выделяемого при разряде, потому что свинцово-кислотные аккумуляторы считаются эндотермическими. Однако производители обычно соглашаются с тем, что все внутренние компоненты и внешние соединения имеют сопротивление и будут выделять тепло при протекании тока.

Опять же, можно использовать простой математический расчет, и большинство производителей батарей принимают I2R как разумное приближение к потерям тепла при разряде.Нам нужно знать ток разряда и внутреннее сопротивление аккумуляторной системы.

Используя ту же батарею 40 x 12 В, разряженную на 300 кВт на 15 м, нам сначала нужно изменить 300 кВт на ток, который можно использовать в расчетах. «Безопасный вариант» - это рассмотреть конец напряжения разряда, а затем рассчитать максимальный ток. Конечное напряжение разряда было задано равным 408 В (см. Выше). Следовательно, максимальный ток составляет 300 кВт x 1000/408 В = 735 А.

Тепловые потери рассчитываются как: -

735A x 735A x 50.7 мОм = 27,4 кВт.

Это может быть выражено как Вт-ч, т. Е. 27,4 кВт x 0,25 ч = 6,85 кВт-ч

Поскольку аккумулятор имеет тепловую массу, может пройти много часов, прежде чем это тепло передается в окружающий воздух. Батарея в этой статье будет весить приблизительно 4800 кг. Некоторые производители считают, что тепло, рассеиваемое в комнате, будет распределяться в 10 раз больше времени разряда. В этом примере это будет 2,5 часа. Это будет 2.74кВт за 10ч.

Стоит посмотреть на общие размеры и вес батареи, чтобы оценить потери тепла по сравнению с физическими параметрами батареи. Если бы тепло производилось в пределах 1 м3, это было бы значительно. Однако, если бы тепло находилось в пределах 10 м3, воздействие было бы минимальным. Следующие параметры являются реальными для батареи из блоков 3 x 40 x 110 Ач x 12 В, что дает такую ​​перспективу.

Несмотря на то, что размеры и вес, указанные ниже, являются действительными, мы должны помнить, что подставка открытого типа с большим свободным объемом вокруг моноблоков.Общий объем с учетом открытого пространства внутри ячеек, а также между рядами и ярусами рассчитывается как: -

3,7 x 0,8 x 1,3 = 3,8 м3

Тип стойки: 2 ряда х 3 яруса открытого стального типа.

Длина: 3,7 м

Глубина: 0,8 м

Общая высота: 1.3 мес.

Объем: 3,8 м3

Вес: 4000 кг

Трудно обосновать результаты нагрева, когда батарея находится на подзарядке или плавающем заряде, потому что батареи не соответствуют стандартным электрическим характеристикам, и поэтому результаты должны быть сомнительными. Мы знаем, что закон Ома применительно к батареям не работает. Во многом это связано с характеристиками ОБРАТНОЙ ЭДС аккумуляторов, что делает расчеты V x I сомнительными.Следовательно, любые математические результаты, основанные на этом принципе, должны вызывать подозрение. Соответственно, расчеты V x I должны вызывать подозрение. Чтобы понять это более полно, мы можем рассчитать теоретический ток холостого хода, используя метод I = V / R. В наших примерах мы знаем, что приложенное напряжение холостого хода составляет 2,27 В на канал, то есть 13,62 В для блока из 6 ячеек 12 В, и мы знаем, что сопротивление составляет 3,8 МОм. По закону Ома ток холостого хода должен быть I = V / R = 13,62 В / 3,8 мОм = 3584 А. Ясно, что это неверно.

Если расчеты V x I ненадежны, мы также должны подвергнуть сомнению результаты I2R.Что мы действительно знаем, так это то, что ток - это реальная величина, и внутреннее сопротивление также реально. Поэтому, надеемся, результаты должны быть более точными!

Результаты I2R более реальны, потому что мы знаем, что такое ток, и мы знаем внутреннее сопротивление продукта. Результаты I2R для подзарядки очень малы, и с практической точки зрения нагрев можно не учитывать. В данном примере это всего 5,5 мВтч.

Опять же, если результаты I2R более реальны и метод V x I ненадежен, то 0.005 Вт тепла на плавающем заряде снова можно считать несущественным.

Единственный метод, который, похоже, используется для нагрева при разряде, - это I2R, и, как и ожидалось, нагрев при разряде значительно выше, чем при подзарядке или плавающем заряде. Что мы должны помнить, так это то, что тепло не будет прекращено немедленно, и необходимо произвести некоторую оценку времени, в течение которого оно будет прекращено. Без сомнения, это будут часы, а не минуты, но это вопрос мнения без консультации с инженером-теплотехником.

При подзарядке и подзарядке нагревается очень мало, особенно если учесть массу аккумулятора. Это к счастью, потому что, хотя используются разные методы, результаты незначительны, если рассматривать их в контексте отвода тепла из аккумуляторной.

Что касается тепла, выделяемого при разряде, ситуация иная, потому что большинство производителей аккумуляторов считают метод I2R наиболее точным. Кроме того, мы можем с большей готовностью принять результаты, потому что при разряде нет обратной ЭДС.В этом примере выделяемое тепло может быть выражено как 27,4 кВт · ч, но, учитывая массу батареи, мы должны учитывать, что это тепло будет отдаваться в течение более длительного времени, чем фактический период разряда, равный 15 мес. Не все производители считают, что время разряда в 10 раз превышает время разряда, но ясно, что тепло не будет отдано мгновенно.

Расчет емкости аккумулятора - Sprinter Adventure Van

Необходимая мощность аккумулятора зависит от количества устройств, которые вы хотите использовать, и от того, как часто вам нужно их использовать.Достаточно легко рассчитать нагрузку, которую вы положите на аккумулятор, и исходя из этого, сколько энергии вам потребуется.

Трудно точно сказать, сколько вы будете использовать каждое устройство, прежде чем строить электрическую систему для своего фургона, но стоит сделать предположение. По крайней мере, подсчет сумм означает, что вы будете знать, какие предметы в фургоне «стоят» больше всего электроэнергии.

Составьте список всех ваших электрических устройств

Какие электрические элементы будут у вас в сборке? Часто у людей есть вентилятор, свет, холодильник, водяной насос, ноутбук и зарядные устройства для сотовых телефонов.

Фургоны

Fancier могут иметь дизельные обогреватели (им также требуется электричество для питания их воспламенителей и вентиляторов), звуковые системы, воздушные компрессоры и другие устройства.

У вас также могут быть устройства на 120 В, такие как микроволновая печь или индукционная горелка. Они работают через инвертор, который преобразует 12 В постоянного тока в 120 В переменного тока для питания бытовых устройств.

Рассчитайте потребляемую мощность каждого элемента

Вам необходимо знать, сколько ампер потребляет каждое устройство, чтобы вы могли рассчитать, сколько ампер-часов вам необходимо.

Прочтите этикетку или сверьтесь с руководством или спецификацией устройства. Потребляемая мощность может быть указана в ваттах, а не в амперах. Ватты = ток в амперах * вольт, поэтому вы разделите ватты на 12 (для устройств с напряжением 12 В постоянного тока), чтобы получить амперы.

Если вы используете инвертор для питания некоторых устройств на 120 В, таких как микроволновая печь или индукционная горелка, для получения мощности 120 В. требуется в 10 раз больше мощности 12 В. Поэтому вам нужно умножить потребляемую мощность этих устройств на 10, чтобы узнать, сколько энергии постоянного тока они потребуют.На самом деле, поскольку инвертор не на 100% эффективен, лучше умножить на 13.

Определите, сколько времени каждое устройство будет включено. Например, холодильник включен постоянно, но не работает постоянно. Его «рабочий цикл» колеблется от 25% до 50% в зависимости от того, насколько тяжело ему приходится работать, чтобы поддерживать охлаждение. Ваш свет не горит постоянно. Может, всего несколько часов ночью.

Умножьте потребление энергии для каждого устройства на количество часов, которое вы будете использовать каждый день.Это дает вам ампер-часы.

У вас будет примерно такой список:

Получите общую цифру в ампер-часах

Подсчитайте ампер-часы для всех ваших устройств. Теперь вы знаете, сколько энергии вы будете использовать в среднем за день. Очевидно, что эта цифра будет меняться день ото дня. Зимой вы можете использовать больше света, но также меньше времени на холодильник и вентилятор. Однако в целом, имея приблизительное представление о вашем ежедневном использовании в ампер-часах, вы можете рассчитать общую потребность в батарее.

Для моего гипотетического списка пунктов, приведенного выше, дневная цифра составляет чуть менее 300 ампер-часов.

Подумайте, как вы пополните счет

На сколько дней хватит ваших батарей? Если вы собираетесь отдыхать в кемпинге в пустыне в течение 5 дней, вам понадобится большая мощность, чем если бы вы могли подключаться к электросети каждую ночь.

Если у вас есть солнечная энергия или система зарядки генератора переменного тока, вы также можете частично заменить эту емкость, просто припарковавшись на солнце или управляя автомобилем.

Стандартный генератор двигателя V6 выдает 220 ампер, поэтому каждый час вождения дает вам 220 ампер-часов. Однако этот генератор подзаряжает аккумулятор вашего двигателя и питает все другие электрические системы автомобиля, и он выдает свою номинальную мощность только на высоких оборотах, а не только когда вы припаркованы и работаете на холостом ходу. В целом у вас может быть всего 40 ампер для зарядки домашнего аккумулятора или целых 100 ампер. Некоторые люди добавляют второй генератор только для зарядки домашних аккумуляторов.

Солнечная зарядка не так эффективна, как написано на панелях. Мощность панели рассчитана для «идеальной» ситуации, которую вы никогда не увидите в реальной жизни. Чтобы получить реалистичное представление о количестве ампер-часов, которое вы получите от солнечной панели, перейдите на сайт Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии и укажите свое местоположение. На следующей странице введите размер панели (помните, что у вас будет система меньшего размера, чем они ожидают; 100 Вт = 0,1 кВт) и установите для наклона значение 0 (панели расположены на крыше фургона). Это дает вам значения кВтч для вашего местоположения за каждый месяц.Емкость ежедневной зарядки составит около 1/30 от этих цифр. Обратите внимание на разницу между летними и зимними показателями. Вам решать, выберете ли вы среднюю или самую пессимистичную (зимнюю) цифру в качестве исходной. Ампер-часы батареи, которые будут заменены, - это ваша дневная цифра в киловатт-часах, разделенная на 12 (система постоянного тока, помните).

У нас чуть менее 800 Вт солнечных панелей на крыше нашего фургона. Это гораздо большая система, чем пользуется большинство людей. На северо-западе Тихого океана зимой, по данным NREL, это дает 15 кВт-ч энергии в месяц.15000/30 = 500 Втч в день. Таким образом, мы можем заменить около 500/12 = 41 ампер-часов емкости батареи нашей массивной солнечной батареи. Это на самом деле довольно печально, но, по нашему опыту, вполне точно. Это почти поддерживает работу холодильника без разряда батареи. Если бы мы посетили Феникс, штат Аризона, в мае, то увидели бы почти 400 ампер-часов заряда батареи от солнечной энергии каждый день.

Еще одна вещь, которую следует учитывать, это то, что парковка на солнце для использования солнечной подзарядки означает, что ваш фургон станет горячим. Если вы припаркуетесь в тени, вы не увидите ничего похожего на эти фигурки на своих панелях, но, возможно, вам будет прохладнее!

Размер батарей

Теперь вы знаете, сколько ампер-часов вы будете использовать в день, сколько вы можете заряжать каждый день и сколько дней вы хотите использовать фургон, прежде чем вам придется выполнять основную подзарядку от сети.

Умножение суточного использования в ампер-часах на количество дней автономной работы дает вам потребность в аккумуляторе. В моем примере у меня есть потребность в 300 ампер-часов каждый день, но я могу заменить, возможно, 150 ампер-часов на солнечную батарею, так что на самом деле у меня есть ежедневная потребность в 150 ампер-часов. Если я хочу провести в лагере пять дней без подключения к сети для подзарядки, то это 750 ампер-часов.

Батареи не могут быть полностью разряжены. Общее практическое правило заключается в том, что свинцовые батареи можно безопасно разряжать до 50%, литиевые - до 70%.Таким образом, размер батареи = потребность в памяти x 100 /% полезной емкости.

Если бы я думал об использовании свинцово-кислотных аккумуляторов со стекловолокном, мне потребовалось бы 750 * 100/50 = 1500 ампер-часов общей емкости аккумулятора. Это шесть массивных батарей размером 8D, стоимостью около 3900 долларов и весом 960 фунтов.

Даже с литиевой системой, которую я могу разряжать до 30%, мне понадобится батарея с общей емкостью 750 * 100/70 = 1071 ампер-час. Ой! После подсчета этих сумм, возможно, я начал бы думать об использовании пропановой плиты, а не о индукционной горелке, или о возвращении в город через три дня, а не пять.

Подумайте, какой типоразмер инвертора вам нужен

Заманчиво получить просто большой инвертор мощностью 2 или даже 3 кВт, чтобы превратить 12-вольтовую батарею в 120-вольтовую сеть. Но с этим есть проблема. Свинцово-кислотные батареи имеют номинальную мощность в ампер-часах, основанную на определенной, довольно низкой скорости разряда.

Другими словами, свинцово-кислотный аккумулятор легко прослужит заданное количество ампер-часов, если вы просто включите свои светодиодные фонари и вентилятор от него. Как только вы начнете получать от него очень большое количество энергии, номинальная мощность в ампер-часах снижается.

Инвертор мощностью 2 кВт потребляет 2000 Вт / 12 В = 166 А от вашей батареи. Батарея с номиналом 200 ампер-часов может обеспечить только 50 или 70 ампер-часов, когда ее просят обеспечить питание с такой скоростью. Это означает, что он очень быстро разряжается, сильно нагревается, а также откладывает сульфаты на свинцовых пластинах, которые могут повредить аккумулятор в долгосрочной перспективе.

Итак, посмотрите на потребляемую мощность ваших устройств на 120 В. Подумайте, какой инвертор наименьшего размера, который позволит вам их использовать, или даже подумайте, действительно ли они вам нужны.

Если вы все же решите, что вам нужен инвертор мощностью 2 кВт, не забудьте правильно выбрать размер батареи. Как показывает практика, вам, вероятно, понадобится система свинцово-кислотных аккумуляторов не менее 400 ампер-часов или литиевая система на 300 ампер-часов (литий может выдерживать большую потребляемую мощность лучше, чем свинцово-кислотный).

Стоит сделать суммы

Вы можете увидеть, как вычисления позволяют понять, какие из ваших электрических устройств потребляют больше всего энергии. Зная это, вы можете либо изменить свои планы относительно того, какие устройства устанавливать, либо внести коррективы в использование устройства в зависимости от того, как долго вы планируете находиться вдали от перезарядки.Это также объясняет, почему жилые автофургоны с кофеварками Keurig, спутниковыми антеннами и телевизорами с большим экраном необходимо каждую ночь подключать к источнику питания!

Связанные

Как рассчитать скорость разряда батареи

Обновлено 28 декабря 2020 г.

Автором S. Hussain Ather

Знание того, как долго должна работать батарея, поможет сэкономить деньги и энергию. Скорость разряда влияет на срок службы батареи. Технические характеристики и особенности того, как электрические цепи с аккумуляторными источниками пропускают ток, являются основой для создания электроники и оборудования, связанного с электроникой.k

, где H - номинальное время разряда в часах, C - номинальная емкость скорости разряда в ампер-часах (также называемая рейтингом AH в ампер-часах), I - ток разряда в амперах, k - постоянная Пойкерта без размеров, а t - фактическое время разряда.

Номинальное время разряда батареи - это то, что производители батарей называют временем разряда батареи. Это число обычно указывается вместе с количеством часов, в которые рассчитывалась ставка.

Константа Пейкерта обычно находится в диапазоне от 1,1 до 1,3. Для батарей с абсорбирующим стеклянным матом (AGM) это число обычно составляет от 1,05 до 1,15. Он может варьироваться от 1,1 до 1,25 для гелевых аккумуляторов и обычно от 1,2 до 1,6 для залитых аккумуляторов. На BatteryStuff.com есть калькулятор для определения постоянной Пейкерта. Если вы не хотите его использовать, вы можете оценить константу Пойкерта на основе конструкции вашей батареи.

Чтобы использовать калькулятор, вам необходимо знать рейтинг AH для батареи, а также время в часах, в которое было взято значение AH.Вам понадобится два набора этих двух рейтингов. Калькулятор также учитывает экстремальные температуры, при которых работает аккумулятор, и возраст аккумулятора. Затем онлайн-калькулятор рассчитает постоянную Пейкерта на основе этих значений.

Калькулятор также позволяет определить ток при подключении к электрической нагрузке, чтобы калькулятор мог определить емкость для данной электрической нагрузки, а также время работы, чтобы безопасно поддерживать уровень разряда на уровне 50%. Имея в виду переменные этого уравнения, вы можете изменить уравнение, чтобы получить

It = C \ bigg (\ frac {C} {IH} \ bigg) ^ {k-1}

, чтобы получить продукт Это как текущее время, умноженное на время, или скорость разряда.Это новый рейтинг AH, который вы можете рассчитать.

Общие сведения о емкости аккумулятора

Скорость разряда дает вам отправную точку для определения емкости аккумулятора, необходимой для работы различных электрических устройств. Продукт It - это заряд Q, в кулонах, выделяемый аккумулятором. Инженеры обычно предпочитают использовать ампер-часы для измерения скорости разряда, используя время t в часах и ток I в амперах.

Исходя из этого, вы можете понять емкость аккумулятора, используя такие значения, как ватт-часы (Втч), которые измеряют емкость аккумулятора или энергию разряда в ваттах, единицах мощности. Инженеры используют график Рагона для оценки емкости никелевых и литиевых батарей в ватт-часах. Графики Рагона показывают, как мощность разряда (в ваттах) падает с увеличением энергии разряда (Втч). Графики показывают эту обратную зависимость между двумя переменными.

Эти графики позволяют использовать химический состав батареи для измерения мощности и скорости разряда различных типов батарей, включая фосфат лития-железа (LFP), оксид лития-магнана (LMO) и никель-марганец-кобальт (NMC).

Уравнение кривой разряда батареи

Уравнение кривой разряда батареи, лежащее в основе этих графиков, позволяет определить время работы батареи, найдя обратный наклон линии. Это работает, потому что единицы ватт-часа, разделенные на ватт, дают вам часы работы. Представив эти концепции в форме уравнения, вы можете написать E = C x V avg для энергии E в ватт-часах, емкости в ампер-часах C и V avg среднее напряжение разряда.

Ватт-часов обеспечивает удобный способ преобразования энергии разряда в другие формы энергии, потому что умножение ватт-часов на 3600 для получения ватт-секунд дает энергию в джоулях. Джоули часто используются в других областях физики и химии, таких как тепловая энергия и тепло для термодинамики или энергия света в лазерной физике.

Наряду со скоростью разряда полезны несколько других измерений. Инженеры также измеряют мощность в единицах C , что представляет собой емкость в ампер-часах, деленную точно на один час.Вы также можете напрямую преобразовать ватты в амперы, зная, что P = I x V для мощности P в ваттах, тока I в амперах и напряжения V в вольтах для батареи. .

Например, батарея на 4 В с номиналом 2 ампер-часа имеет емкость 2 Вт-ч в ватт-часах. Это измерение означает, что вы можете потреблять ток при 2 ампера в течение одного часа или вы можете потреблять ток при одном усилителе в течение двух часов. Соотношение между током и временем зависит друг от друга, что определяется номиналом ампер-часов.

Калькулятор разряда батареи

Использование калькулятора разряда батареи может дать вам более глубокое понимание того, как различные материалы батареи влияют на скорость разряда. Углеродно-цинковые, щелочные и свинцово-кислотные батареи обычно снижают эффективность, если они разряжаются слишком быстро. Расчет скорости разряда позволяет вам это количественно оценить.

Разряд батареи предоставляет вам методы расчета других величин, таких как емкость и константа скорости разряда.Для заданного заряда, выделяемого батареей, емкость батареи (не путать с емкостью, как обсуждалось ранее) C задается как C = Q / V для данного напряжения V . Емкость, измеряемая в фарадах, измеряет способность батареи накапливать заряд .

Конденсатор, включенный последовательно с резистором, позволяет рассчитать произведение емкости и сопротивления цепи, которое дает постоянную времени τ как τ = RC.Постоянная времени этой схемы показывает время, за которое конденсатор потребляет около 46,8% своего заряда при разрядке через цепь. Постоянная времени также является реакцией схемы на постоянное входное напряжение, поэтому инженеры часто используют постоянную времени в качестве частоты среза для схемы

Приложения для зарядки и разрядки конденсаторов

Когда конденсатор или батарея заряжается или разряжается, вы можете создать многие приложения в электротехнике.Лампы-вспышки или лампы-вспышки излучают интенсивные вспышки белого света в течение коротких периодов времени от поляризованного электролитического конденсатора. Это конденсаторы с положительно заряженным анодом, который окисляется, образуя металлический изолятор как средство хранения и производства заряда.

Свет лампы исходит от электродов лампы, подключенных к конденсатору с большим напряжением, поэтому их можно использовать для фотосъемки со вспышкой в ​​фотоаппаратах. Обычно они состоят из повышающего трансформатора и выпрямителя.Газ в этих лампах сопротивляется электричеству, поэтому лампа не будет проводить электричество, пока не разрядится конденсатор.

Помимо простых батарей, скорость разряда находит применение в конденсаторах стабилизаторов мощности. Эти кондиционеры защищают электронику от скачков напряжения и тока, устраняя электромагнитные помехи (EMI) и радиочастотные помехи (RFI). Они делают это через систему резистора и конденсатора, в которой скорость зарядки и разрядки конденсатора предотвращает скачки напряжения.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *