Tehas otsustab energia säästmiseks ning auru ja suitsu vähendamiseks katta oma suure avatud kuumaveepaagi paksu isoleeritud kaanega. Olemasolev PTFE-küttekeha, mis oli sobiva suurusega avatud paagi jaoks, muutub ootamatult tohutuks liialduseks uuele kaetud püsiolekurežiimile. Külmapaagi soojendamiseks on siiski vaja hommikul ümbritsevast õhust. Uue või asendussoojendi suuruse määramine selle moderniseeritud stsenaariumi jaoks nõuab isiksuse jagamise arvutust. ThePTFE küttekeha suuruse määramine tagantjärele paigaldatav isoleeritud kaasrakendus peab arvestama kahe täiesti eraldiseisva soojusliku ülesandega: muutumatu kuumutusvõimsus ja dramaatiliselt vähenenud hooldusvõimsus.
PTFE sukelsoojendi kaks erinevat ülesannet
PTFE sukelsoojendi koguvõimsus peab vastama kahele sõltumatule nõudele. Ühte ei mõjuta kaane lisamine; teine on oluliselt vähenenud.
1. Heat-Up Duty (muutmata kaanega)
Soojendusvõimsus on võimsus, mis on vajalik kogu vedeliku massi tõstmiseks selle kõige külmemast eeldatavast sisselasketemperatuurist (nt talvel 10 kraadi) soovitud tööväärtuseni (nt 80 kraadi) määratud aja (nt 2 tunni) jooksul. See arvutatakse soojuse põhivõrrandi abil:
P_soojendus=(m × Cp × ΔT) / (t × 3600)
Kus:
m=vedeliku mass (kg)
Cp=vedeliku erisoojusmaht (nt vee puhul 4,18 kJ/kg·K)
ΔT=temperatuuri tõus (K või kraad )
t=soovitud soojenemisaeg (tundides)
Tulemus on kilovattides (kW)
Isoleeritud kaas ei mõjuta seda arvutust. Kaant ei paigaldata soojendusfaasi ajal -paak käivitub külmalt ja kaas suletakse tavaliselt alles pärast paagi täitmist ja kuumutamise algust. Isegi kui kaas on algusest peale suletud, ei vähenda see vedeliku soojusmassi ega nõutavat temperatuuritõusu. Soojendusvõimsus sõltub ainult vedeliku mahust, erisoojust ja soovitud rambikiirusest. Seetõttu jääb see väärtus ümberehitatud paagi puhul täpselt samaks kui avatud paagi puhul.
2. Hoolduskohustus (kaas oluliselt vähendatud)
Hoolduskohustus on võimsus, mis on vajalik paagi pidevate soojuskadude tasakaalustamiseks püsioleku töötemperatuuril. Soojus kaob kolmel teel:
Vedeliku pinna aurustumine– Tüüpiliselt domineeriv kadu avatud kuumaveepaakide puhul.
Külg- ja alumised seinad– Juhtimine läbi paagi materjali ja isolatsiooni (kui on).
Toruühendused ja liitmikud- Väikesed kaotused.
Isoleeritud kaas välistab praktiliselt aurustumiskadu, sulgedes vedeliku pinna atmosfäärist. Samuti vähendab kaas pealt konvektiiv- ja kiirguskadusid. Selle tulemusel saab kogu hoolduskoormust vähendada 40–60% või rohkem, olenevalt kaane isolatsiooni paksusest ja paagi temperatuurist. Näiteks avatud 80-kraadine veepaak võib vajada 10 kW hooldusvõimsust; hästi istuva isoleeritud kaanega võib sama paak vajada vaid 4–5 kW.
Suuruse konflikt: miks madalam hooldusvõimsus ei saa olla ainus kriteerium?
Kui küttekeha oleks mõõdetud ainult uuele, väiksemale hoolduskoormusele (nt 5 kW 10 kW asemel), suudaks see hoida paagi soojas seadeväärtusel. Paagi külmast soojendamiseks kuluks aga ebapraktiliselt kaua aega. Sama näidet kasutades võib 5 kW küttekehal kuluda 8–10 tundi, et tõsta 2000 liitrit vett 10 kraadilt 80 kraadini, samas kui õige suurusega 15 kW küttekeha saavutaks selle 2 tunniga. Tootmiskeskkonnas oleks nii pikk kuumutamine vastuvõetamatu.
Seetõttu peab kütteseadme lõplik valitud võimsus olemakahest väärtusest suurem: muutumatu küttevõimsus. Kaas säästab energiat, kuid see ei muuda füüsikat, kui palju energiat kulub külma paagi soojendamiseks toatemperatuurilt töötemperatuurile.
Praktilise suuruse määramise näide
Kaaluge 1500-liitrist veega täidetud paaki. Soovitud töötemperatuur: 80 kraadi. Sisendtemperatuur: 15 kraadi. Soovitud kuumutusaeg: 2 tundi.
Soojenemise arvutus:
m=1500 kg
Cp=4.18 kJ/kg·K
ΔT = 65 K
t = 2 h
P_soojendus=(1500 × 4,18 × 65) / (2 × 3600)=56.6 kW
Hooldusarvestus (avatud paak):
Pindala=2 m² (näide)
Aurustuskadu ≈ 5 kW 80 kraadi juures
Seinakadu ≈ 2 kW
Kokku ≈ 7 kW
Hooldusarvestus (isoleeritud kaanega):
Aurustuskadu ≈ 0,5 kW (minimaalne)
Seinakadu muutumatu ≈ 2 kW
Kokku ≈ 2,5 kW
Küttevajadus (56,6 kW) on palju suurem kui kumbki hooldusnäitaja. Küttekeha peab olema mõõtudega 56,6 kW, olenemata kaanest. Kaas ei võimalda väiksemat küttekeha; see vähendab küttekeha töötsüklit alles siis, kui seadepunkt on saavutatud. Praktikas lülitab 56,6 kW kütteseade tsükliliselt sisse ja välja, et tagada 2,5 kW hoolduskoormus, töötades vaid 4–5% ajast. Energiasääst saavutatakse tänu väiksemale jalgrattasõidule, mitte väiksema paigaldatud võimsusega.
Vattide tiheduse piirangud ja küttekeha füüsiline suurus
Soojendusvõimsus tuleb edastada läbi PTFE ümbrise, ületamata kesta maksimaalset lubatud pinnatemperatuuri (tavaliselt 110 kraadi). Peamine parameeter on vattihedus (W/cm²). Teatud nõutava soojendusvõimsuse jaoks on vaja suuremat küttekeha pindala (st füüsiliselt pikemat või arvukamat torukimbu), et hoida vattihedust ohututes piirides. Kaane lisamine ei lõdvenda vattiheduse piirangut; ikka on vaja sama soojendusvõimsust.
Näiteks 56,6 kW küttekeha, mille maksimaalne lubatud vattihedus on 5 W/cm², vajab minimaalset ümbrise pindala 56 600 / 5=11 320 cm² (1,13 m²). Kui 15 kW küttekeha valiti ekslikult ainult hoolduskoormuse põhjal, oleks nõutav pindala vaid 0,3 m², mis oleks 56,6 kW kütte saavutamiseks liiga väike.
Seega määrab küttekeha suuruse (toru pikkus, torude arv või sukelelementide arv) soojendamine, mitte hooldus. Kaas seda ei muuda.
Energiasääst saavutatakse töötsükli vähendamise kaudu
Kui õige suurusega küttekeha on paigaldatud, annab isoleeritud kaas oma eelised, vähendades küttekeha sisselülitumisaega püsiolekus. Kütteseadme kontroller lülitab seadeväärtuse säilitamiseks toite sisse ja välja. Kaanega langeb vajalik hooldusvõimsus (näites) 7 kW-lt 2,5 kW-le. 56,6 kW küttekeha puhul on tööaeg hoolduse ajal:
Ilma kaaneta: 7 / 56.6=12.4% tööajast
Kaanega: 2,5 / 56.6=4.4% sisselülitusajast
24-tunnise perioodi jooksul tarbitud absoluutne energia on hooldusvõimsus (kW-des), mis on korrutatud 24 tunniga, olenemata küttekeha suurusest. Suurem kütteseade lülitub lihtsalt harvemini sisse. Kokku säästetud energia päevas=(7 kW – 2,5 kW) × 24 h=108 kWh. Kaas tasub end ära energiasäästuga, samas kui küttekeha suudab vajalikul määral soojeneda.
Suuruse määramise sammude kokkuvõte isoleeritud kaanega tagantjärele paigaldamiseks
| Samm | Tegevus |
|---|---|
| 1 | Arvutage küttevõimsus (P_hu), kasutades kõige külmemat sisselasketemperatuuri, soovitud seadepunkti, massi ja soovitud kuumenemisaega. |
| 2 | Arvutage seadme hooldusvõimsus (P_m).avatud paak(eelvarustus) ja seejärelkaanega paak(pärast moderniseerimist). Kasutage energiasäästu hindamiseks P_m(kaanega). |
| 3 | Vajalik küttekeha võimsus=P_hu (mitte P_m (kaanega)). |
| 4 | Veenduge, et valitud küttekeha vattihedus (koguvõimsus jagatud ümbrise pindalaga) on väiksem või võrdne tootja piiranguga (tavaliselt 5–10 W/cm² vee puhul). |
| 5 | Paigaldage kütteseade sama võimsusega kui avatud paagi puhul. Kaas vähendab automaatselt töötsüklit. |
| 6 | Ärge vähendage küttekeha suurust väiksema hoolduskoormuse alusel. |
Levinud viga: alamõõt pärast kaane paigaldamist
Sage viga moderniseerimisprojektide puhul on eeldus, et kuna kaas vähendab soojuskadusid, saab paigaldada väiksema küttekeha. See toob kaasa lubamatult pikad kütteajad, pettunud operaatorid ja sageli teise küttekeha ostmise. Õige lähenemine on hoida küttekeha suurus muutumatuna (või isegi suurendada seda, kui esialgne soojendusaeg oli marginaalne) ja lasta kaanel säästa energiat, vähendades tsüklit.
Järeldus
Paagile isoleeritud kaane tagantjärele paigaldamine on suurepärane energiasäästumeede, kuid küttekeha peab siiski vastama halvimal juhul soojendusfunktsioonile. Kaas vähendab pikaajalisi kasutuskulusid, vähendades hoolduskoormust, kuid see ei muuda külma vedeliku temperatuuri tõstmiseks vajalikku võimsust. ThePTFE küttekeha suuruse määramine tagantjärele paigaldatav isoleeritud kaasProtsess nõuab muutumatu kuumutusvõimsuse arvutamist ja selle kasutamist lõpliku võimsusena, samas kui kaane eeliseid nähakse vähendatud töötsüklis. Soojendus on mõeldud sprindisõiduks-paagi kiireks temperatuuri saavutamiseks-mitte kruiisiks. Kaas muudab laevasõidu lihtsalt säästlikumaks.
