(495) 766-86-01603-971-803
Мы работаем по выходным - тел. 8-926-197-21-13
 

Как устроен кран на батарее отопления


Кран для радиатора отопления виды и как выбрать

Шаровой кран

Это наиболее известный вид запорной арматуры. Внутри него есть гладкий шар, имеющий сквозное отверстие и способный поворачиваться на 90°С, таким образом, регулируя поток воды в трубе, перекрывать или открывать ее. Конструкция механизма обеспечивает ему минимальное сопротивление потоку в открытом состоянии. Он предназначен для работы в положении «полностью открыто» или «полностью закрыто», для быстрого перекрытия воды или, в некоторых случаях, ее слива. Промежуточные положения возможны, но запрещены.

Материалом для этих механизмов будут никелированная латунь и нержавеющая сталь, для металлопластиковых систем используются также и полимерные материалы. На рынке есть дорогие и качественные краны марок Danfoss, Giacomini, Bugatti. Для ограниченных финансовых возможностей предлагаются китайские и турецкие Valtec, Fado. Хорошее качество при низкой цене предлагает китайская AGUA-WORID.

Самый распространенный вид кранов — вентиль. Позволяет регулировать напор. Канал для потока внутри него перпендикулярный потоку жидкости в трубах подводки. Монтаж должен осуществляться с тщательным учетом маркировки, чтобы вода шла только в одном направлении.

Для отопительных систем есть вентили с коническим клапаном. Они наиболее эффективны для таких условий. Полностью открытый, он пропускает максимальное количество жидкости, что делает тепловую отдачу батареи эффективнее. Механизм позволяет уменьшать поток теплоносителя и снижать теплоотдачу, если помещение чересчур прогрето и, таким образом, контролировать температуру.

Есть такие их виды:

  • регулировочные (прямые и угловые). Имеют ручное управление. Применяются в автономном отоплении. Ними нельзя точно отрегулировать теплоотдачу в связи с отсутствием шкалы и датчика определения температуры;
  • оснащенные термоголовкой. Их конструкция позволяет блокировать или ограничивать повышение температуры посредством ручного или автоматического управления. Устанавливают на двух- и однотрубные системы. Регулировка осуществляется просто – необходимая температура устанавливается вручную с помощью ограничительного кольца;
  • с терморегулятором. Устанавливается перед батареей. Поступление теплоносителя контролируется краном, смонтированным перед терморегулятором.

Вентильных кранов из пластика нет, они производятся из латуни, стали или комбинации этих материалов.

Выбор и установка радиаторных кранов

Подключение отопительных приборов с использованием правильно подобранной запорно-регулировочной арматуры улучшает функциональность системы отопления, делает удобнее эксплуатацию. Кран для радиатора отопления должен быть изготовлен из качественных материалов и правильно смонтирован.

Арматура для радиаторов отопления подразделяется на запорную (перекрывает поток теплоносителя) и регулирующую (предназначена для управления интенсивностью потока). Кранами является только запорная арматура, регулирующая – это клапаны и вентили. Но в быту под кранами подразумевают все виды запорно-регулировочной арматуры.

Шаровой кран

Это наиболее известный вид запорной арматуры. Внутри него есть гладкий шар, имеющий сквозное отверстие и способный поворачиваться на 90°С, таким образом, регулируя поток воды в трубе, перекрывать или открывать ее. Конструкция механизма обеспечивает ему минимальное сопротивление потоку в открытом состоянии. Он предназначен для работы в положении «полностью открыто» или «полностью закрыто», для быстрого перекрытия воды или, в некоторых случаях, ее слива. Промежуточные положения возможны, но запрещены.

Материалом для этих механизмов будут никелированная латунь и нержавеющая сталь, для металлопластиковых систем используются также и полимерные материалы. На рынке есть дорогие и качественные краны марок Danfoss, Giacomini, Bugatti. Для ограниченных финансовых возможностей предлагаются китайские и турецкие Valtec, Fado. Хорошее качество при низкой цене предлагает китайская AGUA-WORID.

Самый распространенный вид кранов — вентиль. Позволяет регулировать напор. Канал для потока внутри него перпендикулярный потоку жидкости в трубах подводки. Монтаж должен осуществляться с тщательным учетом маркировки, чтобы вода шла только в одном направлении.

Для отопительных систем есть вентили с коническим клапаном. Они наиболее эффективны для таких условий. Полностью открытый, он пропускает максимальное количество жидкости, что делает тепловую отдачу батареи эффективнее. Механизм позволяет уменьшать поток теплоносителя и снижать теплоотдачу, если помещение чересчур прогрето и, таким образом, контролировать температуру.

Есть такие их виды:

  • регулировочные (прямые и угловые). Имеют ручное управление. Применяются в автономном отоплении. Ними нельзя точно отрегулировать теплоотдачу в связи с отсутствием шкалы и датчика определения температуры;
  • оснащенные термоголовкой. Их конструкция позволяет блокировать или ограничивать повышение температуры посредством ручного или автоматического управления. Устанавливают на двух- и однотрубные системы. Регулировка осуществляется просто – необходимая температура устанавливается вручную с помощью ограничительного кольца;
  • с терморегулятором. Устанавливается перед батареей. Поступление теплоносителя контролируется краном, смонтированным перед терморегулятором.

Вентильных кранов из пластика нет, они производятся из латуни, стали или комбинации этих материалов.

Виды отопительных систем и принцип регулировки радиаторов

Ручка с клапаном

Чтобы правильно провести регулировку температуры радиаторов, нужно знать общее устройство системы отопления и разводку труб теплоносителя.

В случае индивидуального отопления, регулировка проходит легче, когда:

  1. Система запитана от мощного котла.
  2. Каждая батарея обустроена трехходовым краном.
  3. Смонтирована принудительная прокачка теплоносителя.

На этапе монтажных работ индивидуального отопления необходимо учесть минимальное количество изгибов в системе. Это нужно для того, чтобы уменьшить потери тепла и не снизить давление теплоносителя, подаваемого на радиаторы.

Для равномерного прогрева и рационального использования тепла, на каждой батарее монтируется вентиль. С ним можно уменьшить подачу воды или отключить ее от общей системы отопления в неиспользуемом помещении.

  • В системе центрального отопления многоэтажных домов, обустроенных подачей теплоносителя по трубопроводу сверху вниз вертикально, отрегулировать радиаторы невозможно. При таком раскладе верхние этажи открывают окна из-за жары, а в помещениях нижних этажей холодно, так как там батареи еле теплые.
  • Более совершенная однотрубная сеть. Здесь теплоноситель подается на каждую батарею с последующим возвращением его на центральный стояк. Поэтому заметной разницы температур в квартирах верхних и нижних этажей этих домов нет. При этом подающая труба каждого радиатора обустраивается регулирующим клапаном.
  • Двухтрубная система, где монтируются два стояка, обеспечивает подачу теплоносителя на радиатор отопления и обратно. Для увеличения или уменьшения потока теплоносителя каждая батарея обустраивается отдельным клапаном с терморегулятором ручного или автоматического управления.

Виды используемых материалов

Определяясь, какой кран поставить на радиатор отопления, стоит обратить внимание на материал его изготовления. Прежде всего, главным требованием к материалу является его антикоррозийные свойства

Чаще всего для производства используется синтетическая латунь, а также популярностью пользуются изделия из высококачественного полипропилена. Верхний слой может быть дополнительно защищен металлическим напылением.

В зависимости от материала различаются и виды креплений. Так, кран латунный крепится с помощью фитинга или резьбы к трубам из пластика или металла. Для установки полипропиленового вентиля необходимо будет выбрать способ сварки.

Полезная информация для тех, кто хочет выбрать универсальное запорное устройство

Вентиль на батарее

Выбирая кран для батареи отопления

важно обращать внимание на материал, из которого он изготовлен. Запорное устройство работает в максимально агрессивной среде. Оно постоянно находится в воде, подвергается воздействию высоких температур и гидравлических ударов

Поэтому важно, чтобы материал мог выдержать все эти негативные факторы

Оно постоянно находится в воде, подвергается воздействию высоких температур и гидравлических ударов

Поэтому важно, чтобы материал мог выдержать все эти негативные факторы

Чаще всего краны для радиаторов изготавливают из сплавов. Большинство моделей выполнено из латуни. Это очень прочный металл, который не боится коррозии. Но для еще большей прочности латунь сверху покрывается защитным металлическим составом. Это лучший вариант для использования в системе отопления.

Иногда вместо латунных кранов продавцы могут подсунуть их подделку — силуминовые регулировочные вентили, которые внешне, как две капли воды, похожи на оригинальные модели.

Через год эксплуатации нередко случаются поломки, способные привести к коммунальным авариям. Ведь изнутри силумин очень быстро ржавеет, и коррозия моментально разъедает корпус, делает его стенки очень тонкими. Поэтому любой гидроудар легко разрывает запорное устройство. Даже если этого не происходит, нередки случаи, когда при простом открытии или закрытии крана он просто остается в руках человека, отвалившись от основания. Если в это время внутри батареи есть горячая вода, обязательно возникнут ожоги. Поэтому остерегайтесь подделки!

Итак, кран для отопительной батареи должен быть обязательно сделан из латуни — только этот сплав легко переносит высокие температуры и гидравлические удары. Лучше выбирать шаровые запорные механизмы, которые имеют высокие гарантийные сроки и демонстрируют повышенную герметичность. Устанавливать такой кран можно и в горизонтальном, и в вертикальном положении.

Функциональное назначение

Зачем комплектовать радиатор кранами? Их установка при подключении отопительных приборов дает возможность :

  • полностью отключать радиаторы, если по каким-либо причинам помещение временно не требуется отапливать;
  • перекрывать подачу теплоносителя для промывки или ревизии отдельных радиаторов без слива теплоносителя из всей системы;
  • регулировать в ручном или автоматическом режиме интенсивность теплоотдачи батарей, поддерживая комфортный температурный режим в помещении;
  • удалять воздушные пробки из радиаторов, повышая эффективность системы и снижая риск коррозии металлических элементов.

Типы регулировочных кранов

Существующие современные технологии теплоснабжения позволяют устанавливать на каждый радиатор специальный кран, контролирующий качество тепла. Этот регулировочный кран представляет собой теплообменник запорной арматуры, который подсоединяется с помощью труб к батарее отопления.

По принципу своей работы эти краны бывают:

Шаровыми, которые служат в первую очередь 100% защитой от аварийных ситуаций. Эти запорные устройства, представляют собой конструкцию, которая способна поворачиваться на 90 градусов, и может пропускать воду или препятствовать прохождению теплоносителя.

Шаровый кран нельзя оставлять в полуоткрытом состоянии, так как в этом случае может повредиться уплотнительное кольцо и образоваться течь.

  • Стандартными, где нет никакой шкалы температур. Их представляют традиционные бюджетные вентили. Они не дают абсолютной точности регулировки. Частично перекрывая доступ теплоносителя в радиатор, они изменяют температуру в квартире на неопределенное значение.
  • С термической головкой, которые позволяют регулировать и контролировать параметры системы отопления. Такие терморегуляторы бывают автоматическими и механическими.

Обычный терморегулятор прямого действия

Терморегулятор прямого действия представляет собой простое устройство для контроля температуры в радиаторе отопления, который устанавливается возле него. По своей конструкции – это герметичный цилиндр, в который вставлен сифон со специальной жидкостью или газом, четко реагирующим на изменения температуры теплоносителя.

При ее повышении жидкость или газ расширяются. Это приводит к повышению давления на шток в клапане терморегулятора. Он, в свою очередь, перемещаясь, перекрывает поток теплоносителя. При охлаждении радиатора, происходит обратный процесс.

Терморегулятор с электронным датчиком

Это устройство по принципу работы не отличается от предыдущего варианта, единственная разница – в настройках. Если в обычном терморегуляторе они выполняются вручную, то электронный датчик в этом не нуждается.

Здесь заранее устанавливается температура, а датчик следит за ее поддержанием в заданных пределах. Контрольные параметры температуры воздуха электронный термостатический датчик регулирует в пределах от 6 до 26 градусов.

Стояки и вентиль, отсекающий участки отопления

Рекомендации специалистов и в данном случае не отличаются оригинальностью решения, поскольку лучшим выбором считаются пробковые вентили. В стояках необходимо создать условия для сброса жидкого теплоносителя и для этой цели выбирают заглушки, но они не всегда удобны, так как довольно проблематично будет выкрутить заглушку на подающем стояке, по которому циркулирует водяной поток с температурой воды около 90 градусов.

В итоге вывод очевиден: следует поставить для сброса воды вентили.

В данной ситуации можно использовать винтовые устройства, так как они не будут иметь существенные недостатки:

  • если сальник установить правильно, он не будет иметь контакта с водяным потоком под давлением;
  • гидроудары становятся невозможными, поскольку вентиль в основном бывает закрыт;
  • чтобы заменить прокладки, не потребуется сбрасывать систему всего дома – достаточно будет остановить стояк.

Элеваторный узел

В многоквартирных домах на входе и выходе из элеваторного узла системы отопления. как правило, монтируют задвижки. В их корпусе имеется два кольца из устойчивой к коррозии стали, которые опоясывают проход для теплоносителя (зеркала). Еще пара зеркал располагается на поверхности задвижки – ее подвижной части.

Когда заслонка находится в нижнем положении и опускается, она перекрывает движение воды, а вот, если она переходит в верхнее расположение, то выходит за пределы циркулирующего потока. Для закрытия задвижки потребителю нужно вращать штурвал, который приводит в движение шток, имеющий винтовую нарезку. Обеспечить герметичность поможет сальник, набитый вокруг штока. Для отопления и горячей воды изделие должно быть графитовым. Данному устройству нет альтернативы при диаметре трубы от 50 миллиметров. Необходимо определить, какие лучше краны для радиаторов отопления.

При меньшем данном параметре рекомендуется использовать современные пробковые вентили, такие как на фото, поскольку задвижки имеют серьезные недостатки:

  • необходимо периодически набивать сальник, даже в том случае, когда задвижкой не пользуются, так как набивка, контактируя с водой, постепенно разрушается;
  • через незначительный период времени щечки начинают зарастать отложениями. Если задвижка простоит несколько лет без использования, ее невозможно будет полностью закрыть;
  • в случае возникновения аварийных ситуаций каждая секунда может оказаться решающей. Если для перекрытия пробкового вентиля потребуется буквально мгновение, то вращать штурвал задвижки придется продолжительное время, даже когда она полностью исправна.

Следует отметить, что пробковые вентили, представляющие собой шар, имеющий канал для воды, окруженный пластиковой оболочкой отличаются:

  • практичностью;
  • долговечностью;
  • надежным удержанием жидкости;
  • отсутствием потребности в обслуживании.

Специалисты-сантехники не рекомендуют приобретать и устанавливать винтовой вентиль на батарею отопления или такие же изделия любого другого типа.

У них есть существенные недостатки конструкционного решения:

  • сальник потребуется набивать периодически, если нет желания мириться с постоянной течью по штоку. Когда заменить вентиль или набить сальник сложно, то для устранения протечки вентиль нужно открыть до отказа с небольшим усилием. Течь прекратится благодаря тому, что резьба на штоке прижмет сальник:
  • резиновые прокладки для элементов отопительных конструкций имеют ограниченный срок годности. Вентиль для радиатора отопления с плоскими латунными клапанами по истечению определенного времени не держат воду по причине появления отложений на клапане и седле. Эти же запорные элементы с клиновидными клапанами из латуни после закрытия их с усилием часто заклинивает в седле;
  • все винтовые вентили устанавливают только по ходу воды. Для ориентировки на корпусе многих изделий изображают указатель – стрелку. Монтаж вентиля против водяного притока непременно завершится тем, что клапан оторвет и тогда воду перекроет намертво.

С работой клапана связана еще одна нежелательная перспектива – возможность гидроудара, если вентиль не полностью закрыт и в потоке воды возникает турбулентность, периодически перекрывающая седло. Гидроудары – это кратковременные скачки давления, в результате которых разрушаются самые слабые участки отопительного контура.

Полезные советы по выбору

Ниже описаны несколько особенностей для того, чтобы определиться, какие лучше изделия применить.

Механизм запирания

Терморегуляторы имеют два вида механизма запирания: клапанный и вентиль с конусом (шток). Последний предпочтительный он дает возможность плавной регулировки. Температура выставляется вручную с помощью ограничительного кольца механическим способом. Есть также электронные механизмы, они более автономные.

Лучше ставить шаровые вентили, чем задвижки, которые имеют ряд недостатков: сальник быстрее износится, зарастают отложениями, долго закрываются. Недостатки крана Маевского: низкая проходимость, для него требуется специальный ключ или отвертка, которой неудобно пользоваться. При случайном выкручивании его штока, закрутить его назад, преодолев напор воды, очень сложно. Вместо него рекомендуют ставить обычный вентиль или специальные автоматические радиаторные воздухоотводчики. Оптимальный и доступный по стоимости вариант, если требуется управление температурой – кран с термоголовкой.

Корпус и соединения

На батареи лучше ставить не стандартные шаровые краны, а полнопроходные. В жилых, домах и квартирах используют такие механизмы с муфтовым соединением.

Краны на радиаторы отопления лучше выбирать со стальным или бронзовым корпусом, но чаще всего ставят латунные, так как они дешевле. Имитацией латуни является силумин. Не стоит покупать изделие, изготовленное из него, это очень мягкий металл. Полимерные не менее надежные, но они имеют большие габариты. Для их замены нужно вырезать кусок трубы.

Более долговечными являются изделия с полимерными, а не резиновыми прокладками. Краны для регулировки теплоносителя на радиаторах отопления исключают возможность менять их, не спуская воду, это возможно делать с проходными кранами или с установленной американкой (в сторону батареи).

Наиболее качественными считаются изделия фирмы Itap (Италия), Danfoss. Приблизительный диапазон цен 700–2000 р. В среднем ценовом диапазоне есть изделия марки Oventrop – 550–950 р. Для ограниченного бюджета подойдет Luxor – 450–800 р. китайские или турецкие марки.

Полезные советы по выбору

Ниже описаны несколько особенностей для того, чтобы определиться, какие лучше изделия применить.

Механизм запирания

Терморегуляторы имеют два вида механизма запирания: клапанный и вентиль с конусом (шток). Последний предпочтительный он дает возможность плавной регулировки. Температура выставляется вручную с помощью ограничительного кольца механическим способом. Есть также электронные механизмы, они более автономные.

Лучше ставить шаровые вентили, чем задвижки, которые имеют ряд недостатков: сальник быстрее износится, зарастают отложениями, долго закрываются. Недостатки крана Маевского: низкая проходимость, для него требуется специальный ключ или отвертка, которой неудобно пользоваться. При случайном выкручивании его штока, закрутить его назад, преодолев напор воды, очень сложно. Вместо него рекомендуют ставить обычный вентиль или специальные автоматические радиаторные воздухоотводчики. Оптимальный и доступный по стоимости вариант, если требуется управление температурой – кран с термоголовкой.

Корпус и соединения

На батареи лучше ставить не стандартные шаровые краны, а полнопроходные. В жилых, домах и квартирах используют такие механизмы с муфтовым соединением.

Краны на радиаторы отопления лучше выбирать со стальным или бронзовым корпусом, но чаще всего ставят латунные, так как они дешевле. Имитацией латуни является силумин. Не стоит покупать изделие, изготовленное из него, это очень мягкий металл. Полимерные не менее надежные, но они имеют большие габариты. Для их замены нужно вырезать кусок трубы.

Более долговечными являются изделия с полимерными, а не резиновыми прокладками. Краны для регулировки теплоносителя на радиаторах отопления исключают возможность менять их, не спуская воду, это возможно делать с проходными кранами или с установленной американкой (в сторону батареи).

Наиболее качественными считаются изделия фирмы Itap (Италия), Danfoss. Приблизительный диапазон цен 700–2000 р. В среднем ценовом диапазоне есть изделия марки Oventrop – 550–950 р. Для ограниченного бюджета подойдет Luxor – 450–800 р. китайские или турецкие марки.

Типы регулировочных кранов

Существующие современные технологии теплоснабжения позволяют устанавливать на каждый радиатор специальный кран, контролирующий качество тепла. Этот регулировочный кран представляет собой теплообменник запорной арматуры, который подсоединяется с помощью труб к батарее отопления.

По принципу своей работы эти краны бывают:

Шаровыми, которые служат в первую очередь 100% защитой от аварийных ситуаций. Эти запорные устройства, представляют собой конструкцию, которая способна поворачиваться на 90 градусов, и может пропускать воду или препятствовать прохождению теплоносителя.

Шаровый кран нельзя оставлять в полуоткрытом состоянии, так как в этом случае может повредиться уплотнительное кольцо и образоваться течь.

  • Стандартными, где нет никакой шкалы температур. Их представляют традиционные бюджетные вентили. Они не дают абсолютной точности регулировки. Частично перекрывая доступ теплоносителя в радиатор, они изменяют температуру в квартире на неопределенное значение.
  • С термической головкой, которые позволяют регулировать и контролировать параметры системы отопления. Такие терморегуляторы бывают автоматическими и механическими.

Обычный терморегулятор прямого действия

Терморегулятор прямого действия представляет собой простое устройство для контроля температуры в радиаторе отопления, который устанавливается возле него. По своей конструкции – это герметичный цилиндр, в который вставлен сифон со специальной жидкостью или газом, четко реагирующим на изменения температуры теплоносителя.

При ее повышении жидкость или газ расширяются. Это приводит к повышению давления на шток в клапане терморегулятора. Он, в свою очередь, перемещаясь, перекрывает поток теплоносителя. При охлаждении радиатора, происходит обратный процесс.

Терморегулятор с электронным датчиком

Это устройство по принципу работы не отличается от предыдущего варианта, единственная разница – в настройках. Если в обычном терморегуляторе они выполняются вручную, то электронный датчик в этом не нуждается.

Здесь заранее устанавливается температура, а датчик следит за ее поддержанием в заданных пределах. Контрольные параметры температуры воздуха электронный термостатический датчик регулирует в пределах от 6 до 26 градусов.

Особенности установки и обслуживания регуляторов

Схема установки терморегулятора

После выбора оптимальной модели терморегулятора или крана для регулировки температуры отопления следует выполнить их правильную установку. Место расположения арматуры напрямую зависит от ее функции и конструкции.

Чаще всего компоненты регулировки монтируются в обвязке конкретного радиатора отопления. Они устанавливаются на подающей трубе либо на байпасе. При этом для комфортной регулировки температуры батарей отопления рекомендуется придерживаться следующих правил:

  • Устройство не должно быть закрыто декоративными панелями или другими предметами интерьера;
  • Срок службы терморегуляторов во многом зависит от качества теплоносителя. Поэтому перед ним следует установить сетчатый фильтр, который защитит седло клапана от известкового налета;
  • Во время монтажа регулировочного клапана температуры отопления нужно следовать схеме установки. На корпусе устройства стрелочками показано направление движения теплоносителя;
  • Многие терморегуляторы и сервоприводы подключаются к электросети. Поэтому нужно обеспечить подвод электропитания к ним.

Перед установкой и дальнейшей регулировкой отопительных батарей в квартире необходимо ознакомиться с инструкцией производителя. В ней прописываются условия монтажа эксплуатации конкретного регулировочного элемента.

Одним из важных показателей регулировочных кранов отопления квартиры является максимальная и минимальная пропускная способность. Они должны соответствовать текущим параметрам системы.

Обслуживание регуляторов и кранов

Опрессовка выполняется только после установки регулирующей арматуры

После установки следует провести предварительную регулировку кранов на отопительных радиаторах. Для этого температурный режим работы и давление в системе должны быть нормальными. Затем, изменяя степень нагрева теплоносителя проверяется работа регулирующей арматуры. Система тестируется в нескольких режимах. Увы, но выполнить самостоятельную регулировку отопления в доме многоквартирного типа по этой схеме не получится, так как у потребителей нет возможности изменить степень нагрева теплоносителя.

Фактически проверить работоспособность конкретного элемента можно только при запуске центрального теплоснабжения. Т.е. корректная регулировка отопительных радиаторов в квартире осуществляется в отопительный сезон.

Во время запуска системы теплоснабжения обязательно осуществляется полная регулировка отопительная система частного дома. Она должна включать в себя следующие этапы:

  • Проверка работоспособности кранов и терморегуляторов;
  • Соответствие их фактических параметров паспортным данным;
  • Если во время контрольной регулировки степени нагрева батарей отопления выявлен неисправный элемент — его необходимо заменить.

Кроме этого, нужно помнить, что на работу системы влияет ряд внешних факторов: степень теплоизоляции дома, климатические особенности конкретного региона. Это также должно учитываться при температурной регулировке радиатора отопления.

В видеоматериале показан пример организации регулировки радиаторов отопления в доме:

Как работают тепловые батареи?

Что такое тепловая батарея?

Любую тепловую массу можно по определению назвать тепловой батареей, поскольку она способна накапливать тепло. В контексте дома это означает плотные материалы, такие как кирпич, кладка и бетон. Даже кувшин с водой, стоящий в солнечном окне, представляет собой своего рода тепловую батарею, поскольку он улавливает, а затем выделяет тепло от солнца.

Хорошо утепленный бетонный пол также действует как тепловая батарея; как только вы накачаете его полным теплом, он долго остынет (в зависимости от толщины), и в течение этого времени он регулирует внутреннюю температуру.

Одно из практических применений для получения максимальной отдачи от излучающего бетонного пола, поскольку тепловая батарея может быть в областях с колеблющимися затратами на электроэнергию - вы можете настроить пол на таймер, чтобы он работал только в часы с низким тарифом (с 19:00 до 7:00 в Онтарио например). В течение двенадцати часов, когда он выключен, он действует как аккумулятор, медленно выделяя накопленное тепло, поэтому вам не придется платить по более высоким тарифам в часы пик.

MIT Solar House через Викимедиа

По мере того, как вы переходите в зону активных систем аккумулирования тепла, одним из наиболее распространенных типов тепловых батарей (хотя их не так много) является огромный резервуар для воды, закопанный в землю, который нагревается. солнечными тепловыми панелями.

Даже этот тип системы не нов, первый дом в Соединенных Штатах с активной системой солнечного отопления был построен в 1939 году в кампусе Массачусетского технологического института (Массачусетский технологический институт) и находился на вершине огромного резервуара с водой, который нагревается. тепловыми солнечными панелями.

Тепловая батарея MIT Solar House через Викимедиа

Что такое тепловые батареи с фазовым переходом?

Использование «фазового перехода» немного поднимает планку - оставайтесь со мной, это будет весело, обещаю :)

Для превращения материала из твердого в жидкое требуется значительное количество энергии.Эта энергия высвобождается позже, когда материал снова затвердевает. Пока происходят эти преобразования и материал либо поглощает, либо выделяет энергию, температура остается постоянной. Как только фазовый переход завершится, материал снова начнет изменять температуру.

Так что это означает в реальном выражении? Это означает, что для того, чтобы растопить воду, воск, металл, камень или что-то еще, вам нужно накормить его тонной энергии. но при этом температура не меняется.Таким образом, ваша «батарея» имеет больше энергии, и вы можете хранить больше тепла в том же объеме пространства.

Трудно воспользоваться преимуществом температуры плавления 0 ° Цельсия, но воск плавится при температуре около 37 ° Цельсия (в зависимости от его точного химического состава), что идеально подходит для сбора и хранения тепла от солнечных тепловых коллекторов.

Как построить тепловую батарею:

Если у вас есть солнечная панель, собирающая тепло (непосредственно нагревающая воздух или жидкость, а не генерирующая энергию с помощью фотоэлектрических элементов), вы можете использовать ее для зарядки тепловой батареи.Представьте себе это - большой резервуар с воском (или водой), который нагревается нагретыми змеевиками солнечного коллектора. Через этот же резервуар проходит другой змеевик, который отбирает тепло, чтобы перекачивать его через ваш лучистый пол или любую другую систему распределения тепла, которая у вас есть.

Удельная теплоемкость:

Если вы возьмете твердый парафин (теплоемкость Cp = 2,5 кДж / кг · K и теплота плавления 210 кДж / кг), скажем, 1 кг при комнатной температуре, вам потребуется 2,5 кДж (килоджоулей) тепла, чтобы Блок 1 кг выдерживает температуру от 20 ° C до 21 ° C.Чтобы температура повысилась с 21 ° C до 22 ° C, вам также потребуется 2,5 кДж (то есть такое же количество энергии).

Парафин плавится примерно при 37 ° C. Если она упадет до 36 ° C, вам снова потребуется всего 2,5 кДж, чтобы вернуть ее к 37 ° C, но вам потребуется 210 кДж (в 84 раза больше), чтобы перейти с 37 до 38 ° C.

Это связано с тем, что для плавления необходимо разорвать некоторые химические связи в твердой решетке, а это требует дополнительной энергии. Итак, в целом, если при температуре 20 ° C лежит килограмм парафина, вам понадобится 252 штуки.5 кДж, чтобы довести его до 38 ° C.

Бетон является одним из наиболее распространенных строительных материалов с высокой теплотворной способностью. В отличие от парафина, для 1 кг бетона (Cp = 0,88 кДж / кг · K) потребуется 15,8 кДж. Для воды (Cp = 4,18 кДж / кг · К) необходимое количество энергии составит 75,2 кДж.

Количество вложенной энергии - это количество энергии, хранящейся в материале, поскольку эта энергия позже будет высвобождаться, когда материал снова остынет до 20 ° C или комнатной температуры. Хотя существует множество материалов, которые можно использовать для аккумулирования тепла, это всего лишь краткое сравнение некоторых из наиболее широко доступных.

Итак, парафин может сохранять в 16 раз больше тепла на килограмм, чем бетон, и в 3,4 раза больше, чем вода. Таким образом, хотя вода может быть не лучшим материалом для хранения тепла, она, безусловно, является наиболее доступной по цене и легкодоступной.

Значение Cp, указанное в тексте выше, относится к теплоемкости материалов.

q = м Cp ΔT

где:

q = энергия [Дж]

m = масса материала [кг]

Cp = теплоемкость материала [кДж / (кг · K)]

ΔT = разница температур [K или ° C]

Подробнее о дизайне пассивных солнечных домов здесь

Схема термобатареи предоставлена ​​компанией Alternative-Photonics.com /

Диаграммы тепловых батарей любезно предоставлены компанией Alternative Photonics.

.

Как работают батареи? | Живая наука

Батарейки везде. Современный мир зависит от этих портативных источников энергии, которые можно найти во всем: от мобильных устройств до слуховых аппаратов и автомобилей.

Но, несмотря на то, что они широко используются в повседневной жизни людей, батареям часто не уделяют должного внимания. Подумайте об этом: вы действительно знаете, как работает аккумулятор? Не могли бы вы объяснить это кому-нибудь другому?

Вот краткое изложение научных данных об источниках энергии для смартфонов, электромобилей, кардиостимуляторов и многого другого.[Тест: электрические и газовые автомобили]

Анатомия аккумулятора

Большинство аккумуляторов состоят из трех основных частей: электродов, электролита и сепаратора, по словам Энн Мари Састри, соучредителя и генерального директора Sakti3, базирующейся в Мичигане. запуск аккумуляторных технологий.

В каждой батарее по два электрода. Оба изготовлены из токопроводящих материалов, но выполняют разные функции. Один электрод, известный как катод, подключается к положительному концу батареи и является местом, где электрический ток выходит (или электроны входят) в батарею во время разряда, то есть когда батарея используется для питания чего-либо.Другой электрод, известный как анод, подключается к отрицательному полюсу батареи и является местом, где электрический ток входит (или электроны покидают) батарею во время разряда.

Между этими электродами, а также внутри них находится электролит. Это жидкое или гелеобразное вещество, содержащее электрически заряженные частицы или ионы. Ионы соединяются с материалами, из которых состоят электроды, производя химические реакции, которые позволяют батарее генерировать электрический ток.[Взгляд изнутри на работу батарей (инфографика)]

Типичные батареи питаются за счет химической реакции. [См. Полную инфографику] (Изображение предоставлено Карлом Тейтом, художником по инфографике)

Последняя часть батареи, разделитель, довольно проста. Роль сепаратора состоит в том, чтобы удерживать анод и катод отдельно друг от друга внутри батареи. По словам Састри, без разделителя два электрода соприкоснутся, что приведет к короткому замыканию и нарушит нормальную работу батареи.

Как это работает

Чтобы представить себе, как работает батарейка, представьте, как вы вставляете щелочные батарейки, такие как двойные AA, в фонарик. Когда вы вставляете эти батарейки в фонарик, а затем включаете его, на самом деле вы замыкаете цепь. Сохраненная в батарее химическая энергия преобразуется в электрическую, которая выходит из батареи в основание лампы фонарика, заставляя ее загораться. Затем электрический ток снова входит в батарею, но на противоположном конце от того места, где он выходил изначально.

Все части батареи работают вместе, чтобы фонарик загорался. Электроды в батарее содержат атомы определенных проводящих материалов. Например, в щелочной батарее анод обычно состоит из цинка, а диоксид марганца действует как катод. Электролит между электродами и внутри них содержит ионы. Когда эти ионы встречаются с атомами электродов, между ионами и атомами электродов происходят определенные электрохимические реакции.

Серия химических реакций, протекающих в электродах, известна как окислительно-восстановительные (окислительно-восстановительные) реакции.В батарее катод известен как окислитель, потому что он принимает электроны от анода. Анод известен как восстановитель, потому что он теряет электроны.

В конечном итоге эти реакции приводят к потоку ионов между анодом и катодом, а также к освобождению электронов от атомов электрода, - сказал Састри.

Эти свободные электроны собираются внутри анода (нижняя плоская часть щелочной батареи). В результате два электрода имеют разные заряды: анод становится отрицательно заряженным, когда высвобождаются электроны, а катод становится положительно заряженным, поскольку электроны (которые заряжены отрицательно) поглощаются.Эта разница в заряде заставляет электроны двигаться к положительно заряженному катоду. Однако у них нет возможности попасть внутрь батареи, потому что разделитель не позволяет им сделать это.

Когда вы щелкаете выключателем на фонарике, все меняется. У электронов теперь есть путь к катоду. Но сначала они должны пройти через основание лампы фонарика. Схема замыкается, когда электрический ток повторно входит в батарею через верхнюю часть батареи у катода.

Перезаряжаемые и неперезаряжаемые

Для первичных батарей, например, в фонарике, реакции, питающие батарею, в конечном итоге прекратятся, а это означает, что электроны, обеспечивающие батарею ее зарядом, больше не будут создавать электрический ток. Когда это происходит, аккумулятор разряжен или «мертв», - сказал Састри.

Вы должны выбросить такие батареи, потому что электрохимические процессы, которые заставили батарею производить энергию, не могут быть обращены вспять, объяснил Састри.Однако электрохимические процессы, происходящие во вторичных или перезаряжаемых батареях, могут быть обращены вспять, подавая в батарею электрическую энергию. Например, это происходит, когда вы подключаете аккумулятор мобильного телефона к зарядному устройству, подключенному к источнику питания.

Некоторые из наиболее распространенных используемых сегодня вторичных батарей - это литий-ионные (литий-ионные) батареи, от которых питается большинство бытовых электронных устройств. Эти батареи обычно содержат угольный анод, катод из диоксида лития-кобальта и электролит, содержащий соль лития в органическом растворителе.Другие перезаряжаемые батареи включают никель-кадмиевые (NiCd) и никель-металл-гидридные (NiMH) батареи, которые можно использовать в таких вещах, как электромобили и аккумуляторные электроинструменты. Свинцово-кислотные (Pb-кислотные) батареи обычно используются в автомобилях и других транспортных средствах для запуска, освещения и зажигания.

По словам Састри, все эти аккумуляторные батареи работают по одному и тому же принципу: когда вы подключаете батарею к источнику питания, поток электронов меняет направление, и анод и катод возвращаются в исходное состояние.[10 лучших подрывных технологий]

Battery lingo

Хотя все батареи работают более или менее одинаково, разные типы батарей имеют разные характеристики. Вот несколько терминов, которые часто встречаются при любом обсуждении батарей:

Напряжение : Когда дело доходит до батарей, напряжение - также известное как номинальное напряжение ячейки - описывает величину электрической силы или давления, при которой свободные электроны - переходите от положительного полюса батареи к отрицательному, - объяснил Састри.В батареях с более низким напряжением ток выходит из батареи медленнее (с меньшей электрической силой), чем в батареях с более высоким напряжением (с большей электрической силой). Батареи в фонарике обычно имеют напряжение 1,5 В. Однако, если в фонарике используются две батареи последовательно, эти батареи или элементы имеют общее напряжение 3 вольта.

Свинцово-кислотные батареи, подобные тем, которые используются в большинстве неэлектрических автомобилей, обычно имеют напряжение 2,0 вольт. Но обычно в автомобильном аккумуляторе последовательно соединено шесть таких элементов, поэтому вы, вероятно, слышали, что такие аккумуляторы называются 12-вольтовыми батареями.

Литий-кобальто-оксидные батареи - наиболее распространенный тип литий-ионных аккумуляторов в бытовой электронике - имеют номинальное напряжение около 3,7 вольт, сказал Састри.

Ампер : Ампер или ампер - это мера электрического тока или количества электронов, которые проходят через цепь в течение определенного периода времени.

Емкость : Емкость, или емкость элемента, измеряется в ампер-часах, то есть количество часов, в течение которых батарея может подавать определенное количество электрического тока, прежде чем ее напряжение упадет ниже определенного порога, согласно сообщению Райса. Кафедра электротехники и вычислительной техники университета.

9-вольтовая щелочная батарея, используемая в портативных радиоприемниках, рассчитана на 1 ампер-час, что означает, что эта батарея может непрерывно подавать один ампер тока в течение 1 часа, прежде чем она достигнет порогового значения напряжения и будет считаться разряженной.

Плотность мощности : Плотность мощности описывает количество энергии, которое батарея может выдать на единицу веса, сказал Састри. По словам Састри, для электромобилей важна плотность мощности, потому что она показывает, насколько быстро автомобиль может разгоняться от 0 до 60 миль в час (97 км / ч).Инженеры постоянно пытаются найти способы сделать батареи меньше, не уменьшая при этом их удельной мощности.

Плотность энергии : Плотность энергии описывает, сколько энергии способна отдавать батарея, деленное на ее объем или массу, сказал Састри. Это число соответствует вещам, которые имеют большое влияние на пользователей, например, сколько времени вам нужно пройти, прежде чем зарядить мобильный телефон, или как далеко вы можете проехать на электромобиле, прежде чем остановиться, чтобы подключить его.

Follow Elizabeth Palermo @ techEpalermo .Следуйте за Live Science @livescience , Facebook и Google+ .

Дополнительные ресурсы

.

Как нагрев и нагрузка влияют на срок службы батареи

Узнайте о температуре и о том, как старт-стоп сокращает срок службы стартерной батареи.

Тепло - убийца всех батарей, но не всегда удается избежать высоких температур. Это случай с аккумулятором внутри ноутбука, стартерным аккумулятором под капотом автомобиля и стационарными аккумуляторами в жестяном укрытии под палящим солнцем. Как правило, каждое повышение температуры на 8 ° C (15 ° F) сокращает срок службы герметичной свинцово-кислотной батареи вдвое.Это означает, что аккумулятор VRLA для стационарных применений, рассчитанный на 10 лет при 25 ° C (77 ° F), будет работать только 5 лет при постоянном воздействии 33 ° C (92 ° F) и 30 месяцев при постоянном хранении в пустыне. температура 41 ° C (106 ° F). Если аккумулятор поврежден из-за перегрева, емкость не может быть восстановлена.

Согласно исследованию режима отказа BCI 2010 года, стартерные батареи стали более термостойкими. В исследовании 2000 года повышение температуры на 7 ° C (12 ° F) повлияло на срок службы батареи примерно на один год; в 2010 г. допуск к жаре был увеличен до 12 ° C (22 ° F).Другие статистические данные показывают, что в 1962 году стартерная батарея прослужила 34 месяца; технические усовершенствования увеличили продолжительность жизни в 2000 г. до 41 месяца. В 2010 году BCI сообщила, что средний возраст стартерных батарей составляет 55 месяцев, при этом более холодный Север - 59 месяцев, а более теплый Юг - 47 месяцев. Из разговорных свидетельств 2015 года выяснилось, что батарея, хранившаяся в багажнике автомобиля, прослужила на год дольше, чем в моторном отсеке.

Срок службы батареи также зависит от активности, и срок службы сокращается, если батарея подвергается нагрузке из-за частой разрядки.Проворачивание двигателя несколько раз в день вызывает небольшую нагрузку на стартерную батарею, но это меняет режим работы микрогибрида «старт-стоп». Микрогибрид выключает двигатель внутреннего сгорания (ДВС) на красный свет светофора и перезапускает его, когда движение возобновляется, в результате чего происходит около 2000 микроциклов в год. Данные, полученные от производителей автомобилей, показывают падение мощности примерно до 60 процентов после 2 лет использования. Для увеличения срока службы автопроизводители используют специальные системы AGM и другие системы. (См. BU-211: Альтернативные аккумуляторные системы.)

На рисунке 1 показано падение емкости со 100 процентов до примерно 50 процентов после того, как батарея была подвергнута 700 микроциклам. Испытание на моделирование старт-стоп было проведено в лабораториях Cadex. CCA остается высоким и показывает снижение только примерно после 2000 циклов.

Рисунок 1: Падение емкости стартерной батареи в конфигурации «старт-стоп». Емкость падает примерно до 50 процентов после 2 лет использования.Аккумулятор AGM более прочный.

Предоставлено Cadex, 2010 г.

Метод испытаний: Аккумулятор был полностью заряжен, а затем разряжен до 70%, чтобы напоминать SoC микрогибрида в реальной жизни. Затем аккумулятор разряжен при 25 А в течение 40 секунд для имитации выключенного двигателя при включенных фарах. Для имитации проворачивания и вождения аккумулятор на короткое время разряжался до 400 А, а затем снова заряжался.CCA был взят с помощью Spectro CA-12.


При последовательном соединении напряжение каждой ячейки должно быть одинаковым, и это особенно важно в больших стационарных аккумуляторных системах. Со временем отдельные элементы выходят из строя, но применение выравнивающего заряда каждые 6 месяцев должно вернуть элементы к аналогичному уровню напряжения. (См. BU-404: Уравнивающий заряд). Что делает эту услугу настолько сложной, так это предоставление правильного средства правовой защиты для каждой ячейки. В то время как выравнивание стимулирует нуждающиеся клетки, здоровая клетка подвергается стрессу, если выравнивающий заряд применяется неосторожно.Гелевые и AGM аккумуляторы менее подвержены перезарядке, чем залитые батареи, и применяются другие условия выравнивания.

Залитые свинцово-кислотные батареи - одна из самых надежных систем и хорошо подходят для жаркого климата. При хорошем обслуживании эти батареи служат до 20 лет. К недостаткам можно отнести необходимость полива и хорошей вентиляции.

Когда в 1980-х годах был представлен VRLA, производители заявляли, что ожидаемый срок службы таких же, как и у затопленных систем, аналогичен, и телекоммуникационная отрасль была склонна перейти на эти необслуживаемые батареи.К середине 1990 года стало очевидно, что жизнь VRLA не дожила до затопленного типа; типичный срок службы VRLA составляет 5–10 лет, что составляет менее половины от затопленного эквивалента. Кроме того, было замечено, что воздействие на батареи VRLA температур выше 40 ° C (104 ° F) может вызвать тепловой пробой из-за высыхания.

Отказ автомобильных аккумуляторов в Северной Америке

Исследование режимов отказа в 2005 году было проведено Douglas, East Penn., Exide Technologies и Johnson Controls.Образец батарейного пула включал 2681 батарею, испытанную в период с 2003 по 2004 год. Основные моменты включают:

  • Срок службы батареи в среднем составил 50 месяцев. Это улучшение по сравнению с предыдущими годами, когда было всего 41 месяц (2000 г.) и 34 месяца (1962 г.). Улучшенные материалы продлевают срок службы батареи.
  • Северные и южные районы Северной Америки имеют разную продолжительность жизни. Батареи в более теплом климате умирают раньше, чем в более прохладных регионах. См. Рисунок 2.
  • Короткое замыкание ячеек и сбои в сети являются основными причинами отказов батарей в этом исследовании.

failure mode as a funct

.

Как работают литий-ионные батареи | HowStuffWorks

Литий-ионные аккумуляторные батареи

бывают всех форм и размеров, но все они выглядят примерно одинаково внутри. Если бы вы разобрали аккумуляторную батарею ноутбука (то, что мы НЕ рекомендуем из-за возможности короткого замыкания аккумулятора и возникновения пожара), вы бы обнаружили следующее:

  • Литий-ионные элементы могут быть либо цилиндрическими батареями, которые почти идентичны элементам AA, либо они могут быть призматическими , что означает, что они квадратные или прямоугольные. датчики для контроля температуры батареи
  • Схема преобразователя и регулятора напряжения для поддержания безопасных уровней напряжения и тока
  • Экранированный разъем для ноутбука , который позволяет питанию и информации поступать в аккумуляторную батарею и выводиться из нее отвод напряжения , который контролирует энергоемкость отдельных ячеек в аккумуляторном блоке
  • Монитор состояния заряда аккумулятора , который представляет собой небольшой компьютер, который управляет всем процессом зарядки, чтобы обеспечить максимально быструю и полную зарядку аккумуляторов.

Если аккумулятор слишком нагревается во время зарядки или использования, компьютер отключит подачу питания, чтобы попытаться остыть. Если вы оставите свой ноутбук в очень жаркой машине и попытаетесь использовать его, этот компьютер может не дать вам включиться, пока все не остынет. Если элементы когда-либо полностью разряжаются, аккумуляторная батарея отключится из-за разрушения элементов. Он также может отслеживать количество циклов зарядки / разрядки и отправлять информацию, чтобы индикатор заряда батареи ноутбука мог сказать вам, сколько заряда осталось в аккумуляторе.

Объявление

Это довольно сложный маленький компьютер, питающийся от батарей. Такое энергопотребление является одной из причин, по которой литий-ионные батареи теряют 5 процентов своей мощности каждый месяц, когда они простаивают.

Литий-ионные элементы

Как и у большинства батарей, у вас металлический корпус. Здесь особенно важно использование металла, потому что аккумулятор находится под давлением. Этот металлический корпус имеет какое-то чувствительное к давлению вентиляционное отверстие .Если аккумулятор когда-либо станет настолько горячим, что может взорваться от избыточного давления, это отверстие сбросит дополнительное давление. Батарея, вероятно, впоследствии станет бесполезной, так что этого следует избегать. Отверстие строго предусмотрено в качестве меры безопасности. Так же и переключатель с положительным температурным коэффициентом (PTC) , устройство, которое должно предохранять аккумулятор от перегрева.

Этот металлический футляр содержит длинную спираль, состоящую из трех спрессованных вместе тонких листов:

  • A Положительный электрод
  • A Отрицательный электрод
  • A сепаратор

Внутри корпуса эти листы погружены в органический растворитель, который действует как электролит.Эфир - один из распространенных растворителей.

Сепаратор представляет собой очень тонкий лист пластика с микроперфорацией. Как следует из названия, он разделяет положительный и отрицательный электроды, позволяя ионам проходить через них.

Положительный электрод изготовлен из оксида лития-кобальта или LiCoO 2 . Отрицательный электрод выполнен из углерода. Когда аккумулятор заряжается, ионы лития перемещаются через электролит от положительного электрода к отрицательному и прикрепляются к углю.Во время разряда ионы лития возвращаются в LiCoO 2 из углерода.

Движение этих ионов лития происходит при довольно высоком напряжении, поэтому каждая ячейка производит 3,7 вольт. Это намного выше, чем 1,5 В, типичные для обычных щелочных элементов AA, которые вы покупаете в супермаркете, и помогает сделать литий-ионные батареи более компактными в небольших устройствах, таких как сотовые телефоны. См. Раздел «Как работают батареи» для получения подробной информации о батареях различного химического состава.

Мы рассмотрим, как продлить срок службы литий-ионной батареи, и выясним, почему они могут взорваться в следующий раз.

.

Смотрите также