Отличие закрытой от открытой системы отопления: Закрытая система отопления и открытая, схема, плюсы и минусы

Закрытая автономная система отопления — схема и принцип работы

Что называют закрытой отопительной системой?

Автономная система отопления, в которой теплоноситель приводится в движение циркуляционным насосом, называется закрытой или системой отопления закрытого типа. Ее характерной особенностью является абсолютная герметичность и отсутствие контакта теплоносителя с окружающей средой.

Расширительный бак в ней также закрытый, мембранного типа, исключающий контакт теплоносителя с атмосферным воздухом. Бак получил свое название благодаря наличию мембраны, разделяющей его на две части, одна из которых предназначена для теплоносителя, а вторая наполнена азотом, давление которого выравнивает давление отопительной системы.

Основные принципы работы

Отопительная система закрытого типа состоит из следующих элементов:

• Котла отопления
• Расширительного бака мембранного типа
• Циркуляционного насоса
• Группы безопасности
• Манометра
• Сбросного клапана
• Отопительных приборов
• Труб

При запуске системы отопления в расширительном баке устанавливается давление, равное статическому давлению всей отопительной системы. При нагревании теплоноситель увеличивается в объеме и создает избыточное давление в системе, открывающее клапан в расширительном баке и выталкивающее в него часть жидкости, что приводит к выравниванию уровня давления в системе в целом и в расширительном баке в частности. Обратно жидкость уходит благодаря циркуляционному насосу.

Следует отметить, что в отопительной системе закрытого типа нет возможности для сброса «лишней» жидкости в атмосферу, как это происходит в открытых самотечных системах. В случае перегрева или чрезмерного увеличения объема теплоносителя давление в системе может превысить критическое значение (обычно 2-2,5 атм), что может стать причиной разгерметизации системы и выхода ее из строя.

Для исключения аварийных ситуаций закрытые системы отопления в обязательном порядке комплектуются группами безопасности и манометрами, а объем расширительных баков подбирается из расчета не менее 60% общего объема отопительной системы, что не совсем удобно при обогреве объектов большой площади

Преимущества закрытой отопительной системы

Закрытые системы отопления по сравнению с открытыми системами имеют ряд неоспоримых преимуществ:

• Скорость движения теплоносителя намного выше, чем в открытой отопительной системе, благодаря чему выше теплоотдача отопительных приборов и ниже разница температур теплоносителя в обратном и подающем трубопроводе (теплоноситель просто не успевает остыть). В закрытых системах она составляет 18-22 градуса, что более приемлемо для котла. В результате теплотехническое оборудование, эксплуатируемое в более щадящем режиме, работает дольше.
• Скорость движения теплоносителя обусловлена лишь техническими характеристиками циркуляционного насоса и уровнем гидравлического сопротивления системы, что позволяет использовать при монтаже трубы меньшего диаметра и устанавливать отопительные приборы меньшего внутреннего объема. Это значит, что закрытая система имеет меньшую инерцию и позволяет регулировать уровень температуры в помещении
• Могут работать на любом теплоносителе: воде или антифризе, что особенно важно для дач и загородных домов, где высок риск перебоев в работе котла или отопительные системы работают периодически.   При этом следует помнить, что антифриз обладает большей текучестью и способен «уйти» из системы там, где вода течи не образует. Его выбор возможен только в том случае, если обеспечена качественная герметизация системы.
• Закрытые отопительные системы монтируются без углов наклона и работают даже при наличии небольших «погрешностей» в системе, что делает доступной их самостоятельную установку.
• Закрытые системы исключают контакт теплоносителя с воздухом, благодаря чему внутри системы нет кислорода, а, значит, нет и коррозии. Правда, полностью исключить кислород из теплоносителя не удается и процессы окисления оборудования и труб изнутри все же идут, но они незначительны и несопоставимы с процессами коррозии в открытых отопительных системах.
• В закрытых отопительных системах нет воздушных пробок
• В них нет необходимости выносить расширительный бак за пределы отапливаемого помещения и устанавливать его на чердаке.   Бак может быть смонтирован практически в любом месте, но обычно его устанавливают на обратке вместе с циркуляционным насосом.  Ранее выбор места для монтажа был продиктован ограничением уровня температуры жидкости, перекачиваемой насосом. Нагретая вода для этого была слишком горячей. Современные циркуляционные насосы не столь чувствительны к температуре теплоносителя и могут устанавливаться непосредственно на подающем трубопроводе. Это значит, что монтаж расширительного бака и циркуляционного насоса на обратка всего лишь дань традиции, а не необходимость.
• Отопительные системы закрытого типа подходят для объектов любой площади и этажности

Недостатки закрытой системы отопления

• Система зависит от электрической энергии и в случае его аварийного отключения также выходит из строя. В этом случае необходимо предусматривать наличие резервного источника электроэнергии
• Система должна иметь правильно смонтированную группу безопасности
• Расширительный бак должен иметь достаточный объем для вмещения не менее 30% теплоносителя, а лучше 60% теплоносителя.

Читают также: Наиболее популярные схемы отопления дома

Особенности монтажа

Монтаж закрытой системы отопления выполняется так, чтобы имелась возможность отключения любого ее элемента без остановки работы оставшейся части системы и слива воды из нее. Для этого используются отсекающие краны, лучше шаровые. Они устанавливаются на  входе и выходе в приборы отопления. При этом предусматривается запасная (байпасная) линия.  С помощью кранов можно регулировать уровень температуры в помещении и отсекать радиаторы в случае их течи или при необходимости замены.
Запорная арматура также устанавливается до и после циркуляционного насоса и расширительного бака.
 

• группа безопасности
• отопительный котел
• запорная арматура
• приборы отопления
• циркуляционный насос
• расширительный бак
• обратка
• подача

Еще одной особенностью монтажа закрытой системы отопления является установка группы безопасности, монтировать которую необходимо на выходе из котла. Основной задачей группы безопасности является сброс давления в случае его чрезмерного повышения.

Группа безопасности состоит из следующих элементов:

• манометра, предназначенного для контроля над уровнем давления в системе
• предохранительного клапана, сбрасывающего давление при достижении его максимального значения
• воздухоотводчика, предназначенного для сбрасывания воздуха при завоздушивании системы отопления

Между котлом и группой безопасности запорная арматура никогда не устанавливается!
 

Зачем нужен, как работает и как подобрать расширительный бак для водяного отопления.

Современное частное домостроение в нашей стране, расположенной на широтах, где температурные колебания, в течение года, составляют более 50 градусов, предполагает наличие качественного и продуманного отопления. Раньше, для сельских изб, состоящих из одного — двух помещений, в большинстве случаев, хватало традиционной печи. Сейчас, когда размеры домов выросли, а количество отдельных комнат даже в небольшом доме, редко бывает меньше трех – четырех, современная концепция комфортного проживания, предусматривает обязательное наличие водяного отопления.

Виды и специфика расширительных бачков

Такой способ нагрева дома, в отличие от печного, может обеспечить одинаково комфортную температуру во всех помещениях. Жидкостное отопление, предполагает наличие производящей тепло установки – котла и теплоносителя, который циркулирует по трубопроводам между котлом и радиаторами, расположенными в каждом из отапливаемых помещений. Когда котел отключен, теплоноситель не нагревается и, за короткое время, его температура опускается до комнатной. Таким образом, получается, что температура теплоносителя периодически изменяется. Как хорошо известно, из курса физики, свойством любых тел является их расширение, при увеличении температуры. При нагревании теплоноситель увеличивает свой объем. Но, в замкнутом контуре, ему некуда деться, и тогда начинает расти его давление. Частые перепады давления «расшатывают» систему и быстрее приводят к нарушению герметичности её важных узлов. Решение – применять расширительный бак в системе отопления.

По своей сути, расширительный бачок это емкость, где жидкость имеет возможность увеличить или уменьшить свой объем. Его установка, позволяет избежать повышения, и понижения давления теплоносителя, при изменении его температуры. Установка расширительного бака обязательно производится при монтаже любой системы жидкостного отопления дома. Однако виды расширительных бачков отличаются, в зависимости от типа системы, которая спроектирована в каждом конкретном случае. Фактически, существуют два возможных варианта жидкостного отопления помещений: открытый и закрытый.

Что выбрать — открытую или закрытую систему

Открытая система отопления, представляет собой не полностью герметичную систему, с открытым верхом. Давление жидкости, зависит от места расположения емкости и уровне теплоносителя в нем. Чтобы было понятнее, открытую систему можно сравнить с наполненной на две трети кастрюлей воды без крышки, которая стоит на плите. Стенки и дно нашей кастрюли непроницаемы для жидкости и не дают ей вылиться, а верх открыт.

При нагреве нашей кастрюли, вода в ней увеличивает свой объем, и занимает уже не две трети, а, например, три четверти её объема, но оставшейся высоты её стенок все еще достаточно, чтобы не дать воде разлиться. В открытой схеме, роль верхней части нашей воображаемой кастрюли выполняет, как раз, емкость открытого типа. Такая емкость имеет негерметичный верх (как правило, прикрытый крышкой). Он располагается выше всего, чаще на чердаке, или в самом верхнем помещении строения.

Если не применяется принудительная циркуляция теплоносителя, открытый расширительный бак, устанавливается в верхней точке, сразу после котла. В этом случае максимально нагретый котлом теплоноситель, в соответствии с законами физики устремляется вверх и попадает в расширительную емкость, откуда уже изливается через трубы к радиаторам и, постепенно теряя тепло, возвращается назад к котлу. Такая конструкция имеет два штуцера – вход и выход, и открытый верх (прикрытый негерметичной крышкой). При использовании принудительной циркуляции, бачок может располагаться в любом её месте (соблюдая принцип того, что он располагается выше всех остальных узлов). В этом случае, к емкости достаточно подвести один штуцер снизу, чтобы жидкость имела выход в объем достаточной для её расширения при нагреве. Но такие схемы встречаются редко.

Открытые системы отопления создаются, в основном, для независимости от принудительной циркуляции и не требуют электрического питания для котлов и насосов для циркуляции воды. Их главный плюс — они работают, не зависимо от наличия, или отсутствия электроэнергии в доме.

Минус данных систем в том, что теплоноситель циркулирует относительно медленно, и очень трудно спроектировать и сбалансировать такую систему так, чтобы во всех помещениях дома можно было бы поддерживать одну заданную температуру. Преимуществом расширительной емкости открытого типа является возможность использовать её, для добавления в систему теплоносителя (воды), который можно просто заливать в емкость через его верхнюю крышку. Недостатком такой емкости является то, что через неё происходит неэффективный теплообмен, между теплоносителем и окружающей средой, как раз в том месте (вверху строения), где нагрев помещения меньше всего нужен. Расширительным баком открытого типа может служить любая емкость из подходящего материала, которую можно приобрести готовой, или заказать у сварщиков.

Закрытая система отопления — это замкнутый контур, в котором жидкость всегда находиться под определенным, заданным при её заливе, давлении. В такой системе уже применяется расширительный бак для отопления закрытого типа. Он имеет один штуцер, которым и присоединяется к трубе. Такой бачок представляет собой герметичный замкнутый сосуд, разделенный на две части — одну для газа, другую, для жидкости. Хорошо известно, что газ при увеличении давления, уменьшается в объеме сильнее, чем жидкость. Этот принцип и используется в расширительном баке закрытого типа. Когда, например, вода нагревается, её объем увеличивается за счет сокращения объема воздушной части емкости, и наоборот, когда температура падает — объем уменьшается, за счет вытеснения излишков жидкости из расширительного бака за счет давления воздуха.

Расширительные баки для закрытой системы бывают двух видов. Бак одного типа состоит как бы из двух разделенных водонепроницаемой мембраной частей. В одной части, располагается газ — атмосферный воздух, давление которого можно менять через обычный золотник. К другой части прикреплен штуцер, с помощью которого устройство присоединяется к трубе. При повышении температуры, мембрана изгибается в сторону воздушной части увеличивая объем бака и компенсируя рост давления.

Такая конструкция не разборная, и, в случае повреждения мембраны, подлежит замене целиком. У устройства другого типа, роль мембраны выполняет воздушная камера, которая работает по такому же принципу, сокращая свой объем при росте температуры жидкости и увеличивая при её падении. Но в такой конструкции, поврежденную мембрану уже можно заменить новой, без замены всего бака. Необходимо заметить, что оба типа баков весьма надежны и очень редко ломаются. Но устройство с мембраной, лучше всего располагать заливным штуцером кверху, чтобы при наполнении труб теплоносителем, исключить формирования в его водяной части воздушного кармана. Расширительная емкость в системе закрытого типа служит для регулирования давления.

За счет нагнетания воздуха в «газовую» часть бака давление теплоносителя растет, а стравливанием воздуха, давление можно уменьшить. Например, при монтаже отопления, залитый теплоноситель имеет атмосферное давление, которое зависит от того, на какой высоте располагается верхний уровень теплоносителя (от этажности дома и высоты расположения верхней точки системы). Располагается бачок в закрытой схеме, как правило, недалеко от входа уже потерявшей часть тепла жидкости в котел. Многие котлы производятся уже со встроенным расширительным баком, и, дублировать его дополнительным, не имеет смысла.

Сравнив все «за» и «против»…

Рассуждать какой расширительный бак лучше, открытый, или закрытый бессмысленно, т.к. их применение обусловлено, выбором соответствующего типа отопительной системы. Но следует заметить, что бачок закрытого типа занимает меньше места, его удобнее обслуживать, т.к. он находиться вблизи котлового оборудования, как правило, в бойлерной и он теряет меньше тепла, чем бачок открытого типа. Кроме того, само присутствие в верхней части строения емкости с жидкостью представляет потенциальную опасность в плане протечки и порчи интерьера помещений дома. Сама закрытая система отопления выглядит привлекательнее открытой, т.к. циркуляции жидкости происходит без соприкосновения с воздухом, который, насыщая воду кислородом, способствует коррозии ключевых узлов.

Месторасположения расширительных баков так же зависит от выбранного типа отопления. Расширительная емкость открытого типа, как уже говорилось выше, располагается в самой верхней части, как правило, на чердаке дома, бачок закрытого типа – рядом с котлом, перед входом в него труб с остывшим теплоносителем.

Рассчитать объем достаточного расширительного бака можно по формуле: Объем расширительного бака = объем теплоносителя в литрах умноженный на 0,07. Также поможет в подсчетах онлайн калькулятор, который с максимальной точностью выдаст вам нужное значение сразу же после того, как вами будут вписаны соответствующие параметры.

Если Вы используете емкость большего, чем нужно, объема — хуже точно не будет, если меньшего, он полностью не сможет компенсировать изменение давления, при нагреве теплоносителя, и оно будет колебаться.

Важно помнить:

При эксплуатации систем закрытого типа необходимо следить за давлением. Если, во время нагрева теплоносителя котлом, приборы контроля показывают увеличение давления, требуется регулировка давления в расширительном баке. Сильный рост давления при нагреве, означает, что воздушная часть бака потеряла давление и требуется определить, почему это произошло. Может быть, пропускает воздух золотник, или нарушилась герметичность камеры (или мембраны) — тогда требуется ремонт бака.
Лучше всего использовать расширительную емкость с системой автоматического сброса давления в случае превышения его пороговых значений.
При монтаже бака в систему отопления обязательно предусмотрите перед ним запорный кран, чтобы можно было отключить устройство от трубы для его ремонта, или замены, без слива всего теплоносителя из системы.          

Особенности открытой и закрытой систем теплоснабжения

Основы геотермальной энергетики: понимание Open Vs. Системы с замкнутым контуром

Нет двух одинаковых домов или свойств, и разные доступные земельные площади, состав почвы и требования к отоплению могут сделать разные геотермальные системы более или менее практичными. Если вы рассматриваете геотермальную установку, один из первых вариантов, с которыми вы столкнетесь, — это использовать систему с открытым или закрытым контуром.
Разница заключается в том, как циркулирует жидкость в вашей системе. В обоих типах установки используется жидкость, обычно вода, смешанная с антифризом, в качестве среды для передачи температуры между землей (которая остается на почти постоянной умеренной температуре круглый год) и вашим домом (который подвержен знакомым циклам нагрева и охлаждение).В системе с замкнутым контуром смесь просто бесконечно проходит через подземные контуры; нет ни поступления, ни выделения. Петли можно установить горизонтально, вплотную к поверхности; или вертикально, глубоко под землей.

Однако в геотермальной системе с открытым контуром вода имеет источник (как правило, водоем на участке, отвечающий определенным минимальным требованиям к размеру) и пункт назначения (обычно низменность, дренажная канава или тот же массив воды). вода, из которой он был взят). Поскольку вода не содержит химикатов или бытовых сточных вод, в процессе ее циркуляции через геотермальную систему нет загрязнения.

Поскольку для работы открытых контуров требуется значительный объем воды, они встречаются гораздо реже, чем системы с замкнутым контуром. При выборе водоема необходимо проявлять осторожность, чтобы убедиться, что он не подвергается радикальным сезонным изменениям и может круглый год поддерживать поток в определенных галлонах в минуту. По этим и другим причинам получение оценки вашей собственности геотермальным экспертом — это шаг, который должен предпринять каждый, рассматривающий такую ​​систему.

Чтобы получить дополнительную информацию или запланировать оценку, свяжитесь с нами в Climate Control Company.Мы рады служить сообществам Аспена, Вейла и прилегающих районов и будем работать с вами над созданием системы, которая подойдет для вашего дома.

Наша цель — помочь обучить наших клиентов в Аспене, Вейле и близлежащих населенных пунктах Западных склонов в Колорадо по вопросам энергии и домашнего комфорта (характерным для систем HVAC). Для получения дополнительной информации о геотермальных установках и других темах, связанных с HVAC, посетите наш веб-сайт.

Изображение предоставлено Shutterstock

Открытые системы: закрытые теплообменники и открытые теплообменники, адиабатическое смешение.

Закрытые теплообменники

Закрытые теплообменники служат для передачи тепла между различными жидкостями, например, от горячего газа сгорания к испаряющейся воде на паровых электростанциях или от конденсатора электростанции к охлаждающей воде. Мы игнорируем потери на трение в потоке, так что потоки изобарические. На рисунке 9.14 показан теплообмен между двумя жидкостями A, и B в теплообменниках с прямоточным и противотоком, где верхние индексы i и e обозначают входящие и выходящие потоки, соответственно.Поскольку жидкости протекают через разные системы трубопроводов, они могут иметь разное давление p A , p B .

Законы сохранения массы и энергии дают для обеих установок (адиабатика снаружи, установившееся состояние)

Для более детального рассмотрения мы рассмотрим первый и второй закон для бесконечно малого участка теплообменника d x (работа отсутствует, кинетическая и потенциальная энергии могут быть проигнорированы), которые читаются как

Для изобарных процессов уравнение Гиббса дает d h = T ds , что позволяет объединить вышеуказанное с

Соответственно, образование энтропии и потеря работы зависят от локальной разницы температур между потоками.Генерация полной энтропии дается интегралом по длине теплообменника (HE),

Чтобы увидеть, что генерация энтропии положительна, отметим, что при данных упрощениях первый закон для потока A гласит: m ˙ A d h A = δ Q ˙ B A , где δ Q ˙ BA — это тепло, идущее от B к A (тепло в систему положительное).Поскольку тепло переходит от теплого к холодному, имеем δ Q ˙ B A > 0, если T B > T A .

Подробное обсуждение противоточных и прямоточных теплообменников показывает, что локальная разница температур между двумя потоками меньше для противоточной конструкции, что, следовательно, является термодинамически предпочтительным (см. Раздел 15.2).

Открытые теплообменники: адиабатическое перемешивание

Другой интересный процесс, который происходит довольно часто, — это теплообмен между двумя потоками за счет адиабатического смешения двух (или более) потоков, как показано на рис.9.15. Чтобы предотвратить обратный поток, смешанные потоки должны иметь одинаковое давление, но их температуры и / или фазовые состояния различны. При расчетах потери давления через смесительную камеру обычно не учитываются, так что выходное давление равно входному давлению. Более того, кинетической и потенциальной энергиями можно пренебречь, поскольку их изменения намного меньше, чем изменения энтальпии.

То есть поток массы и поток полной энтальпии сохраняются при перемешивании.Поскольку перемешивание происходит бесконтрольно, процесс необратим, и энтропия будет увеличиваться; из (9.13) находим

Имеется соответствующая потеря работы, так как разность температур между потоками может быть использована для приведения в действие тепловых двигателей, но это не так.

Входящие поисковые запросы:

Преимущество замкнутого цикла | EVAPCO

На начальном этапе проектирования крупных механических систем часто возникает вопрос: «Что лучше подходит для этого проекта — охлаждающее оборудование с открытым или закрытым контуром?»

Когда дело доходит до современной технологии отвода тепла, охлаждающее оборудование как с открытым, так и с закрытым контуром обеспечивает ряд преимуществ для инженера, установщика и владельца здания.Конкретные потребности в охлаждении приложения, наряду с физическими параметрами места установки, бюджетными соображениями и экологическими целями, в конечном итоге должны определять тип системы, которая лучше всего подходит и определяется.

За последнее десятилетие EVAPCO стала пионером в инновациях на рынке охладителей с замкнутым контуром, наряду с усовершенствованиями и усовершенствованием проверенных временем вариантов оборудования с открытым контуром. Учитывая очень серьезные опасения по поводу более высокого потребления воды в системах с открытым контуром, технология охлаждения с замкнутым контуром с каждым годом становится все более привлекательной.

При правильной разработке для коммерческих или промышленных нагрузок охлаждения оба типа систем могут обеспечить беспрецедентную энергоэффективность, надежность и долговечность.

Определение того, какая система лучше всего подходит для определенного применения, является задачей специалиста-специалиста и других лиц, хорошо знакомых с потребностями объекта.

Независимо от того, указано ли оборудование для отвода тепла с открытым или закрытым контуром, убедитесь, что выбрано оборудование, сертифицированное CTI (Институт градирни).

Оборудование открытого цикла

Наиболее распространенным типом крупномасштабного оборудования для отвода тепла, используемого сегодня, является градирня открытого типа. Эти системы известны своим широким диапазоном доступных мощностей и конфигураций, разумной начальной стоимостью и энергоэффективностью. Однако есть несколько компромиссов по сравнению с альтернативами с замкнутым контуром. Среди самых больших компромиссов с технологией открытого цикла — потребление воды и требуемый уровень технического обслуживания и очистки воды.

В оборудовании с открытым контуром технологическая жидкость попадает в верхнюю часть градирни и протекает через наполнитель (или теплоноситель). На этом этапе технологическая вода открыта для наружного воздуха и любых загрязняющих веществ, присутствующих в атмосфере. Падая из заливной горловины, вода собирается в резервуаре, а затем возвращается в охлаждающий контур установки.

Из-за переносимых по воздуху загрязняющих веществ, поступающих загрязняющих веществ из системы подачи подпиточной воды и присутствия абсорбированного кислорода надлежащее обслуживание всего оборудования в контуре имеет решающее значение.Это также повышает важность фильтрации и очистки воды / жидкости. Если технологическая вода в бассейне открытой градирни не обрабатывается, не фильтруется и не обслуживается должным образом, энергоэффективность системы со временем снизится из-за накипи и / или загрязнения теплообменников и охлаждающих труб.

Градирня открытого типа с теплообменником

Существует множество применений, в которых градирня с открытым контуром является лучшим вариантом для отвода тепла.Объекты, которые не сталкиваются с необходимостью минимизировать потребление воды, могут извлечь выгоду из этого типа системы, как и собственность, нуждающаяся в максимальном количестве теплоотводящей способности при ограниченной площади основания. Тем не менее, замкнутый контур охлаждения по-прежнему настоятельно рекомендуется для технологического контура нагрева + / или охлаждения жидкости.

В этих ситуациях изоляция градирни от технологического контура с помощью теплообменника может стать идеальным решением. Таким образом, преимущества градирни могут быть обеспечены без необходимости обслуживания, которое требуется для открытого охлаждающего контура.Изоляция системы от градирни с помощью теплообменника также устраняет необходимость в установке оборудования для отвода тепла по отношению к охлаждающему контуру.

Пластинчато-рамочные теплообменники чаще всего используются для этого типа конструкции. При установке теплообменника размер градирни должен соответствовать разнице температур между водой из градирни, поступающей в теплообменник, и технологической водой, которая выходит внутри теплообменника.

Изоляция градирни с теплообменником существенно снизит потребность в обслуживании компонентов, расположенных ниже по потоку. Однако это также означает, что теплообменник потребует планового обслуживания. Чтобы гарантировать, что как тепловые характеристики, так и перепад давления в теплообменнике соответствуют проектным требованиям, теплообменники должны быть сертифицированы в соответствии со стандартом AHRI Standard 400.

Технология замкнутого цикла

EVAPCO предлагает широкий спектр охладителей замкнутого цикла или просто «охладителей жидкости», которые обеспечивают альтернативу отвода тепла для инженеров или конечных пользователей, которые хотят (или нуждаются) в сокращении потребления воды и обслуживания оборудования, или по ряду других соображений, которые существуют при использовании открытых систем. петлевое охлаждение.

Для некоторых систем охлаждения требуется замкнутая система для обеспечения максимальной эффективности в течение длительного времени. Эти типы систем обычно включают использование небольших теплообменников в оконечных устройствах или другом подключенном оборудовании, что усложняет обслуживание, если это вообще возможно.

Например, здания с контурами водяных тепловых насосов, которые широко используются в офисах, гостиницах и медицинских учреждениях, являются одними из крупнейших рынков охладителей жидкости. Использование открытого охлаждающего контура может создать значительный риск загрязнения сотен теплообменников в кондоминиуме или аналогичном объекте.Системы с замкнутым контуром также широко используются в центрах обработки данных, аккумуляторных заводах, помещениях для выращивания, высокоэффективных холодильных установках и множестве различных типов промышленных технологических контуров.

Потери воды за счет испарения уменьшаются или исключаются, в зависимости от типа выбранного охлаждающего оборудования с замкнутым контуром.

То же самое верно для химикатов и / или систем очистки воды; Технология замкнутого цикла может помочь значительно снизить или даже исключить необходимость химической обработки системных жидкостей.

В то время как градирни с открытым контуром отводят тепло, занимая меньшую площадь, чем охладители жидкости с замкнутым контуром (из-за охлаждения технологической жидкости посредством прямой скрытой теплопередачи), системы с замкнутым контуром выигрывают от устойчивых тепловых характеристик всей системы. Со временем достигается более высокая эффективность всей системы, поскольку поверхности теплопередачи подвергаются меньшему загрязнению. Системы с замкнутым контуром также обычно требуют меньшей насосной мощности, чем системы с разомкнутым контуром аналогичной мощности.

Охладитель

При использовании системы с замкнутым контуром достигается значительная экономия на установке, связанная с уменьшением требуемой насосной HP, отказом от промежуточного пластинчатого теплообменника и отказом от дорогостоящих клапанов и дополнительных трубопроводов.Это сочетается с эксплуатационной экономией в течение всего срока службы, включая сокращение количества очистки воды / химикатов, снижение потребления воды и сокращение затрат на техническое обслуживание. Сравнение просто открытой градирни с охладителем замкнутого цикла с точки зрения цены не дает полного представления, если учесть предварительные дополнительные затраты на установку и эксплуатационные расходы системы с открытым контуром

Поскольку чистая системная жидкость, обеспечиваемая конструкцией с замкнутым контуром, снижает потребность в техническом обслуживании и износ всех подключенных компонентов, жизненный цикл оборудования увеличивается.Снижение затрат на техническое обслуживание также приводит к сокращению времени простоя, что особенно важно для центров обработки данных и критически важных приложений для охлаждения технологических процессов.

По сравнению с градирнями открытого типа, охладители жидкости обеспечивают большую гибкость с точки зрения установки оборудования для отвода тепла. Системы с обратной связью также не требуют гидравлической балансировки или выравнивания. По этой причине охладители жидкости могут быть установлены на уровне или ниже уровня подсоединенного трубопровода системы. И наоборот, установка градирни ниже уровня или ниже насоса может привести к затоплению градирни при отключении агрегата.

Оборудование с замкнутым контуром также дает преимущество для систем охлаждения, работающих при температурах наружного воздуха ниже нуля. Некоторым типам оборудования с замкнутым контуром может потребоваться какая-либо защита от замерзания, но все градирни с разомкнутым контуром должны быть оборудованы нагревателями бассейна, конструкцией с обратным сливом или системой рециркуляции для периодов простоя в условиях замерзания.

Охладители замкнутого цикла

также могут обеспечивать полностью сухой отвод явного тепла при благоприятных внешних условиях окружающей среды.Эта емкость сушки является дополнительным преимуществом, которое может значительно снизить общее потребление воды в рамках проекта. Охладители жидкости могут быть рассчитаны на полную или частичную нагрузку в зависимости от температуры переключения сухого термометра. Это означает, что рециркуляционный распылительный насос может быть обесточен, когда тепловая нагрузка может быть полностью удовлетворена только вентиляторами охладителя жидкости. Хотя этот рабочий режим значительно снижает потребление воды, также экономится энергия, поскольку циркуляционный насос выключен.

Ниже перечислены четыре основных типа оборудования для отвода тепла с замкнутым контуром:

• Испарительные охладители замкнутого цикла
• Эко / гибридные охладители закрытого контура
• Адиабатические охладители
• Сухие градирни

Холодильная нагрузка системы, доступное пространство для оборудования, чувствительность к потреблению воды, требования к техническому обслуживанию и бюджет проекта должны определять, какой вариант лучше всего подходит для конкретного приложения.

Испарительные охладители с замкнутым контуром

Испарительные охладители с замкнутым контуром устраняют необходимость в теплообменнике между технологическим контуром и оборудованием для отвода тепла. В отличие от градирни, в которой технологическая вода используется в качестве среды передачи энергии и открыта для атмосферы, змеевик внутри охладителя замкнутого цикла изолирует технологическую жидкость.

В охладителе с замкнутым контуром технологическая жидкость циркулирует через змеевики внутри блока. Система распределения воды каскадирует воду по трубкам змеевика, отбирая тепло из технологического контура за счет испарения.Воздух втягивается или нагнетается через змеевики, перемешивая падающую воду и увеличивая передачу тепла. Небольшое количество этой воды испаряется из-за скрытой теплопередачи через стенки трубы и ребра змеевика, удаляя тепло из системы. Охлажденная технологическая жидкость возвращается в здание через нижнее соединение змеевика. Каскадная вода стекает в бассейн и возвращается обратно через змеевик.

Эти охладители обеспечивают энергоэффективную работу при меньшей занимаемой площади по сравнению с сухими охладителями, так как испарение используется в качестве основного метода охлаждения.Поскольку продувка воды из бассейна уменьшается в системах с замкнутым контуром, экономия воды также улучшается по сравнению с системами с открытым контуром. Поскольку испарительные охладители часто могут работать всухую при благоприятных условиях окружающей среды в условиях пониженной нагрузки, потребление воды в эти периоды работы полностью исключается.

EVAPCO производит испарительные охладители замкнутого цикла с принудительной и принудительной тягой для широкого спектра применений. Доступны агрегаты с холодопроизводительностью от 6 до 1670 тонн.

Гибридные охладители

Гибридные охладители

сочетают в себе сухое и испарительное охлаждение для максимального повышения энергоэффективности при одновременном снижении потребления воды.

Эти блоки обеспечивают отвод тепла в сухом режиме до тех пор, пока нагрузка не превысит способность отвода сухого тепла. В этой точке переключения агрегат переходит в испарительный режим для увеличения холодопроизводительности. Работа в мокром режиме только при необходимости может значительно снизить годовое потребление воды, расходы на канализацию и устранить шлейф в сухом режиме.

EVAPCO предлагает два уникальных гибридных решения для охлаждения: сухой охладитель с мокрой отделкой и испарительный охладитель, работающий как во влажном, так и в сухом виде.

Сухие градирни с мокрой отделкой идеальны там, где экономия воды является главным приоритетом. В этих системах змеевик сухого охлаждения размещен последовательно со змеевиком испарительного охлаждения и играет неотъемлемую роль как часть системы охлаждения, а не просто выполняет функцию включения / выключения.

В качестве альтернативы, влажные охладители с сухой отделкой могут работать одновременно во влажном и сухом режимах, имея отдельные секции распыления над змеевиками.Змеевики могут использовать либо испарительное, либо сухое охлаждение, а не оба сразу, что также помогает минимизировать потребление воды. В зависимости от потребностей в производительности агрегат может работать либо полностью в сухом режиме, частично во влажном режиме или полностью в мокром режиме.

По сравнению с установками полностью испарительного охлаждения обе системы обеспечивают значительное снижение потребления воды. Экономия места также является преимуществом для гибридных охладителей по сравнению с оборудованием для адиабатического и сухого охлаждения.

Гибридные охладители

часто используются в таких приложениях, как центры обработки данных, аккумуляторные батареи или любые критически важные приложения с охлажденной водой, где минимизация потребления воды и энергии имеет первостепенное значение.

Сухие градирни

Сухие градирни

лучше всего использовать там, где ключевыми факторами являются экономия воды и сокращение затрат на обслуживание. Поскольку в сухих градирнях не используется водяное или испарительное охлаждение, в сухих градирнях не требуется водоподготовка, все проблемы с выбросами и легионеллами.Однако сухие охладители потребляют больше энергии и занимают больше места, чем испарительные или гибридные охладители жидкости той же мощности.

В сухом охладителе тепло от текучей среды технологического контура рассеивается через поверхность змеевика к ребрам, а не за счет испарения. Окружающий воздух всасывается над поверхностью змеевика вентилятором, расположенным в верхней части блока. Тепло от технологической жидкости передается воздуху через ощутимое охлаждение и выбрасывается в атмосферу.

Адиабатические охладители

Адиабатические охладители работают аналогично системам сухого охлаждения, но с добавлением подушек предварительного охлаждения.Вода течет по пористой среде, в то время как воздух проходит через подушки, снижая температуру входящего воздуха по сухому термометру. Влияние пониженных температур по сухому термометру на змеевик обеспечивает больший отвод тепла.

В результате адиабатические системы наиболее эффективны в жарких и сухих средах и используют до 80% меньше воды, чем традиционные испарительные установки. Адиабатические агрегаты также обеспечивают необходимую охлаждающую способность при меньшей занимаемой площади и / или меньшей мощности двигателя вентилятора, чем полностью сухой охладитель.

Благодаря использованию змеевиков из нержавеющей стали, алюминиевых пластин и конфигурации блока адиабатические охладители Eco-Air от EVAPCO обеспечивают непревзойденную эффективность.

Подобно гибридным агрегатам, охладители eco-Air могут работать в сухом, адиабатическом или частичном адиабатическом режимах, в котором только часть адиабатических распылительных насосов находится под напряжением. В отличие от других адиабатических продуктов, представленных в настоящее время на рынке, тепловые характеристики этих устройств также полностью рассчитаны на 100% с достоверно оцененной эффективностью насыщения подушек.

EVAPCO проверил эффективность насыщения адиабатических подушек и опубликовал технический документ, в котором обсуждаются правды об эффективности адиабатических подушек. Очень важно, чтобы инженеры понимали, что полностью рассчитанные сухие охладители и полностью протестированная эффективность прокладок повлияют на выбор размеров блоков. Оборудование других производителей ненадлежащего размера приведет к значительному увеличению потребления воды и энергии по сравнению с агрегатом с полной номинальной мощностью.

При определении типа оборудования для отвода тепла, которое должно использоваться в данном проекте, конкретные потребности объекта должны определять, следует ли устанавливать конструкцию с замкнутым или разомкнутым контуром.Учитывая растущую чувствительность к экономии воды и постоянно растущие затраты на обслуживание механических систем, технология замкнутого цикла быстро набирает обороты по всей стране.

Ознакомьтесь с нашими доступными охладителями замкнутого цикла.

Виды солнечных систем горячего водоснабжения

Солнечные системы горячего водоснабжения предназначены для передачи солнечной энергии солнца воде. На этой странице описаны различные системы, которые используются для нагрева воды солнцем.Для более общего описания солнечной горячей воды посетите страницу Солнечная горячая вода. Поиск наиболее эффективной и действенной солнечной системы горячего водоснабжения для данной ситуации может оказаться сложной задачей. При выборе наиболее подходящей конфигурации системы необходимо учитывать ряд ключевых факторов. Эти факторы включают, в значительной степени, количество солнечной инсоляции, климат, затраты на строительство, установку и материалы, расположение и доступность системы, количество воды, требующей нагрева, частоту использования горячей воды, доступность электричества, доступность материалов, и уровень квалификации в строительстве.

Пассивная система с замкнутым контуром в Паррас-де-ла-Фуэнте, Коауила, Мексика
Вакуумный трубчатый коллектор на жестяном домике

Типы / характеристики систем [править | править источник]

Следующие классификации систем разделены на три группы по два и одну группу из одной уникальной системы. Этими четырьмя основными группами являются:

1. Открытый цикл против замкнутого цикла
2. Активное против пассивного
3. использует теплообменник вместо теплообменника не использует.
4. Пакетная система

Любая заданная система использует по одной характеристике из каждой группы.Например, система может быть активной системой с открытым контуром, в которой не используется теплообменник. Или другой пример, система может быть пассивной системой с замкнутым контуром, в которой действительно используется теплообменник. Некоторые системы сделать намного проще, чем другие, и люди с базовыми знаниями об инструментах и ​​конструкции могут легко создать функциональную систему. Если кто-то желает создать свою собственную систему, эта изменчивость в сложности будет влиять на то, какой тип системы будет выбран. Стоимость — еще один фактор, и каждая конфигурация системы имеет множество различных затрат и преимуществ.Стоимость любой конкретной системы может сильно варьироваться от страны к стране и от региона к региону. Определенные конфигурации, использующие определенные типы оборудования, более эффективны, чем другие, в определенных ситуациях. Следующая информация дает подробный обзор этих различных способов строительства солнечных коллекторов для горячей воды.

Открытый цикл [править | править источник]

Открытый контур означает, что вода, требующая нагрева, течет непосредственно через сам солнечный коллектор горячей воды. Промежуточной жидкости нет.См. Ниже заголовок «Замкнутый контур» для единственного исключения из этого определения, когда вода в системе с замкнутым контуром протекает непосредственно через солнечный коллектор. В системах с открытым контуром теплообменники не используются.

Преимущества [править | править источник]

Системы с разомкнутым контуром являются самыми простыми в проектировании и изготовлении. Как правило, они требуют наименьшего количества конструкции и могут прослужить дольше без серьезного обслуживания из-за ограниченного количества движущихся частей.

Недостатки [править | править источник]

Системы

с открытым контуром не идеальны для мест, где температура может опускаться ниже нуля.Трубы могут замерзнуть, в результате чего жидкая вода превратится в лед, который приведет к разрыву труб. Перед любой температурой ниже нуля систему необходимо опорожнить, чтобы сохранить трубы. В районах, где температура опускается ниже точки замерзания, рекомендуется использовать систему с замкнутым контуром с теплообменником или применять один или несколько методов для предотвращения замерзания труб. Профилактические меры могут заключаться в дренаже системы, управляемом вручную или термостатом, или в насосе, который проталкивает воду, нагретую обычным способом, через систему в холодную погоду.Система также может быть спроектирована так, чтобы вода стекала из коллектора самотеком, когда циркуляционный насос не работает.

Замкнутый цикл [править | править источник]

Системы с замкнутым контуром более сложны в изготовлении и внедрении, чем системы с разомкнутым контуром, поскольку их можно использовать в более широком диапазоне климатических условий. В системе с замкнутым контуром используется жидкость, температура замерзания которой намного ниже, чем у воды, но при этом она легко поглощает и выделяет тепло. Антифриз, используемый в автомобильных радиаторах, является хорошим примером.Эта жидкость проходит через солнечный коллектор, нагревается и перемещается в какой-либо теплообменник. См. «Системы теплообменников» ниже. Из-за природы систем с замкнутым контуром, теплообменники необходимы для передачи тепла от коллектора к воде. Системы с замкнутым контуром также могут использоваться в теплых полах или настенных радиаторах для обогрева помещения, а не воды.

Преимущества [править | править источник]

В отличие от большинства систем с разомкнутым контуром, системы с замкнутым контуром можно использовать в регионах с температурами ниже нуля.Благодаря уникальным свойствам воды при замерзании воды трубы могут лопнуть. Этого можно избежать, если использовать жидкость, температура замерзания которой намного ниже, чем у воды.

Недостатки [править | править источник]

Системы с замкнутым контуром

требуют использования теплообменника. Это добавляет системе неэффективности, которую необходимо учитывать на этапе проектирования и определения размера системы. Дополнительные материалы для теплообменника также могут повысить стоимость системы.

Активно [редактировать | править источник]

Активные системы — это системы, для работы которых требуется внешняя энергия.Обычно эта энергия поступает в виде электрического насоса, который проталкивает жидкость через коллектор. Нередко можно найти насосы, работающие от солнечной энергии, в качестве внешнего источника. Солнечная накачка подходит во многих случаях из-за того, что вода только нагревается, и, следовательно, ее нужно откачивать только тогда, когда светит солнце.

Преимущества [править | править источник]

Из-за характера гидрологии и термодинамики, прокачка воды через коллекторы заменяет необходимость хранить нагретую воду над коллекторами, что может быть проблематичным и ограничивать дизайн (см. Пассивные системы для дальнейшего объяснения).

Недостатки [править | править источник]

Использование насоса требует как покупки насоса, так и источника питания, скорее всего, электричества для питания насоса.

Пассивный [править | править источник]

Также известные как термосифонные системы, солнечные системы пассивного типа — это те, которые не используют внешний источник энергии. Пассивная солнечная энергия — это термин, который применяется не только к солнечной горячей воде. Например, покраска бассейна в черный цвет, чтобы поглощать больше энергии, или установка окон на южной стороне дома (в северном полушарии), чтобы пропускать больше солнечной энергии, считаются пассивными солнечными батареями.

Пассивный водонагреватель на солнечной энергии должен учитывать физические аспекты гидрологии и термодинамики. В этом типе системы используется термосифон. Термосифон использует энергию солнца для перемещения воды или другой жидкости коллектора в вертикальном направлении. Это происходит, когда жидкость имеет разную температуру и, следовательно, разницу в плотности. Поскольку самая горячая вода всегда будет двигаться вверх, вытесняя более холодную воду вниз, резервуар для хранения горячей воды или теплообменник должен быть выше солнечного коллектора.

Преимущества [править | править источник]

Для перемещения жидкости через систему не требуется никакой внешней энергии. Меньше движущихся частей — меньше вещей, которые можно сломать.

Недостатки [править | править источник]

Если используется бак для горячей воды или теплообменник, он должен быть расположен над солнечным коллектором, чтобы термосифон мог течь. Это может вызвать проблемы, поскольку большинство солнечных систем находится на крышах домов. Сейчас доступно множество вариантов дизайна, которые облегчают хранение горячей воды над системой.

Системы теплообменников [править | править источник]

Теплообменники

используются в регионах с температурами ниже нуля. Сами теплообменники встроены в замкнутую систему и передают тепло, накопленное в коллекторе, в систему горячего водоснабжения дома. Есть несколько конструкций теплообменников.

Обычная конструкция дополняет обычный водонагреватель путем передачи тепла от жидкости солнечного коллектора в резервуар для горячей воды.Медные трубки — хороший материал для быстрой передачи тепловой энергии жидкости.

Другой распространенный тип теплообменников — это цилиндр с двумя медными линиями, параллельными друг другу. Одна трубка выходит из солнечного коллектора, входит в ствол вверху, закручивается по краю ствола, выходит из ствола внизу и замыкает замкнутый контур, возвращаясь к солнечному коллектору. Другая труба, параллельная первой, — это бытовая горячая вода. Он входит в бочку снизу, проходит параллельно коллекторной трубке с верхней частью бочки и выходит из бочки сверху с горячей водой.Тепло передается от горячей жидкости из коллектора по медным трубам в бытовую воду. Ствол может быть изолирован снаружи для повышения эффективности передачи.

В системе с замкнутым контуром можно использовать ряд различных жидкостей. Ниже перечислены наиболее широко используемые и легкодоступные жидкости: смеси гликоль / вода, углеводородные масла, хладагенты / автомобильные антифризы и силиконы. У каждого из них есть свои преимущества и недостатки.Обратитесь к этой справочной ссылке EERE, чтобы узнать больше. ^[1]

Преимущества [править | править источник]

Теплообменники используются по двум основным причинам: для защиты системы от замерзания и как один из вариантов для дополнения другого источника нагрева воды.

Недостатки [править | править источник]

Теплообменники усложняют систему горячего водоснабжения. Есть и другие аспекты системы, которые необходимо спроектировать и спланировать при использовании теплообменника.Также существует большая вероятность того, что что-то сломается или не будет работать должным образом из-за добавленных компонентов. Также необходимо соблюдать осторожность, чтобы гарантировать, что коллекторная жидкость не токсична, или что существует очень небольшая вероятность загрязнения коллекторной жидкостью питьевой воды в случае разрыва системы с замкнутым контуром.

Системы без теплообменника [редактировать | править источник]

Это системы, в которых подогреваемая питьевая вода протекает непосредственно через солнечный коллектор.Этот тип системы является системой открытого цикла.

Преимущества [править | править источник]

См. Систему открытого цикла

Недостатки [править | править источник]

См. Систему открытого цикла

Пакетные системы [править | править источник]

Также известные как «Хлебницы» или «Интегральные коллекторно-складские системы» (ICS), они включают один или несколько черных резервуаров или трубок в изолированном застекленном ящике. Это может быть даже так просто, как покрасить резервуар в черный цвет, поместить его в ящик, изолировать его со всех сторон, кроме той, которая направлена ​​на солнце, и закрыть эту открытую для солнца сторону стеклом или пластиком.Когда солнце нагревает воду, она расширяется и становится менее плотной, побуждая горячую воду течь к верхней части коллектора. Оттуда его при необходимости забирают в птичник или во вспомогательный резервуар для хранения. Они лучше всего работают в районах, где низкие температуры являются редкими. Несмотря на их климатические ограничения, они работают относительно хорошо; в более холодном климате их можно использовать сезонно и осушать перед суровыми зимними месяцами.

Неглазурованная [править | править источник]

Схема двух способов прокладки неглазурованного коллектора
Неглазурованный солнечный коллектор в Паррасе, Коауила, Мексика

Застекленный [править | править источник]

Схема застекленного коллектора
Стеклянные панели, используемые в пассивной системе

Вакуумная трубка [править | править источник]

Вакуумный трубчатый коллектор на жестяном домике

Пакетный коллектор [править | править источник]

Схема одного из способов создания системы сбора пакетов (от EERE)
Изображение изящной системы пакетных стилей (от servamaticsolarsyste m’s)

см. Http: // commons.wikimedia.org/wiki/File:BatchSolarHeater.JPG

Примеры обычных солнечных систем горячего водоснабжения [править | править источник]

Активная замкнутая система [править | править источник]

Схема активной замкнутой системы

Активная система разомкнутого контура [править | править источник]

Простая схема активной разомкнутой системы

Пассивная замкнутая система [править | править источник]

Пассивная система с замкнутым контуром в Паррас-де-ла-Фуэнте, Коауила, Мексика — Черная бочка представляет собой изолированный теплообменник

Пассивная система разомкнутого контура [править | править источник]

Простая схема пассивной разомкнутой системы

http: // www.builditsolar.com/Projects/WaterHeating/ISPWH/IPSWH.pdf
Скачать книгу Дэвида Бейнбриджа «Интегральный пассивный солнечный водонагреватель»

Руководство по основам работы с контроллером температуры

| Instrumart

Предоставлено Danaher Industrial Controls Group — автоматизация процессов, измерения и датчики

Просмотреть все контроллеры Danaher’s Partlow и West

Зачем нужны терморегуляторы?

Регуляторы температуры необходимы в любой ситуации, когда необходимо поддерживать стабильную заданную температуру.Это может быть в ситуации, когда
объект требуется нагревать, охлаждать или и то, и другое, и поддерживать заданную температуру (заданное значение), независимо от изменения
окружающая среда вокруг него. Есть два основных типа контроля температуры; разомкнутый и замкнутый контур управления. Открытый цикл — это
наиболее простая форма и применяет непрерывный нагрев / охлаждение без учета фактической выходной температуры. Это аналог
система внутреннего отопления в автомобиле. В холодный день вам может потребоваться включить огонь на полную, чтобы прогреть машину до 75 °.Тем не мение,
в теплую погоду при той же настройке температура в салоне автомобиля будет намного выше желаемых 75 °.

Блок-схема управления без обратной связи

Управление по замкнутому циклу намного сложнее, чем по разомкнутому. В приложении с замкнутым контуром выходная температура постоянно
измеряется и регулируется для поддержания постоянной выходной мощности при желаемой температуре. При управлении с обратной связью всегда учитывается
выходной сигнал и передаст его обратно в процесс управления.Замкнутый контур управления аналогичен автомобилю с внутренним климатом.
контроль. Если выставить температуру в машине 75 °, климат-контроль автоматически отрегулирует обогрев (в холодные дни).
или охлаждение (в теплые дни) для поддержания целевой температуры 75 °.

Блок-схема управления с обратной связью

Введение в регуляторы температуры

Контроллер температуры — это устройство, используемое для поддержания заданной температуры на заданном уровне.

Самый простой пример терморегулятора — обычный термостат, который можно найти в домах. Например, водонагреватель.
использует термостат для контроля температуры воды и поддержания ее на определенном заданном уровне. Температура
контроллеры также используются в духовках. Когда для духовки установлена ​​температура, контроллер контролирует фактическую температуру внутри.
духовки. Если она упадет ниже установленной температуры, он отправит сигнал, чтобы активировать нагреватель, чтобы поднять температуру обратно до
уставка.Термостаты также используются в холодильниках. Поэтому, если температура становится слишком высокой, контроллер инициирует действие, чтобы
понижение температуры.

Общие приложения контроллера

Регуляторы температуры в промышленности работают примерно так же, как и в обычных бытовых применениях. Базовая температура
Контроллер обеспечивает управление промышленными или лабораторными процессами нагрева и охлаждения. В типичном приложении датчики измеряют
фактическая температура.Эта измеренная температура постоянно сравнивается с заданным пользователем. Когда фактическая температура отклоняется
от заданного значения контроллер генерирует выходной сигнал для активации других устройств регулирования температуры, таких как нагрев
элементы или компоненты холодильного оборудования, чтобы вернуть температуру к заданному значению.

Обычное использование в промышленности

Контроллеры температуры используются в самых разных отраслях промышленности для управления производственными процессами или операциями.Некоторый
Регуляторы температуры широко используются в промышленности, включая машины для экструзии и литья пластмасс под давлением, термоформование
машины, упаковочные машины, пищевая промышленность, хранение продуктов питания и банки крови. Ниже приводится краткий обзор некоторых распространенных
приложения для контроля температуры в промышленности:

• Термообработка / Духовка

  Контроллеры температуры используются в печах и при термообработке в печах, печах для обжига керамики, котлах и т. Д.
  теплообменники.

• Упаковка

  В мире упаковки оборудование, оснащенное сварочными планками, аппликаторами клея, функциями клея-расплава, туннелями для термоусадочной пленки или этикетками.
  аппликаторы должны работать при определенных температурах и продолжительности процесса. Контроллеры температуры точно регулируют
  эти операции для обеспечения выпуска продукции высокого качества.

• Пластмассы

  Контроль температуры в пластмассовой промышленности является обычным для переносных чиллеров, бункеров и сушилок, а также для формования и экструзии.
  оборудование.В экструзионном оборудовании контроллеры температуры используются для точного мониторинга и контроля температуры при
  разные критические точки при производстве пластика.

• Здравоохранение

  Контроллеры температуры используются в сфере здравоохранения для повышения точности контроля температуры. Обычное оборудование, использующее
  контроллеры температуры включают лабораторное и испытательное оборудование, автоклавы, инкубаторы, холодильное оборудование и
  камеры для выращивания кристаллизации и испытательные камеры, в которых должны храниться образцы или испытания должны проводиться в определенных условиях.
  температурные параметры.

• Еда и напитки

  Общие области применения в пищевой промышленности, включающие регуляторы температуры, включают пивоварение, смешивание, стерилизацию и
  варочные и пекарские печи. Контроллеры регулируют температуру и / или время процесса для обеспечения оптимальной производительности.

Детали регулятора температуры

Все контроллеры имеют несколько общих частей. Во-первых, у контроллеров есть входы. Входные данные используются для измерения переменной в
контролируемый процесс.В случае терморегулятора измеряемой переменной является температура.

Входы

Контроллеры температуры могут иметь несколько типов входов. Тип входного датчика и необходимый сигнал могут различаться в зависимости от
от типа управляемого процесса. Типичные входные датчики включают термопары и резистивные тепловые устройства (RTD), а также
линейные входы, такие как мВ и мА. Типичные стандартизованные типы термопар включают, среди прочего, типы J, K, T, R, S, B и L.

Контроллеры

также могут быть настроены на прием RTD в качестве входа для измерения температуры. Типичный RTD — это платиновый датчик на 100 Ом.

В качестве альтернативы, контроллеры могут быть настроены на прием сигналов напряжения или тока в диапазоне милливольт, вольт или миллиампер от других типов
датчики, такие как датчики давления, уровня или потока. Типичные сигналы входного напряжения включают от 0 до 5 В постоянного тока, от 1 до 5 В постоянного тока, от 0 до 10 В постоянного тока и от 2 до 5 В постоянного тока.
10 В постоянного тока. Контроллеры также могут быть настроены на прием милливольтных сигналов от датчиков, которые включают от 0 до 50 мВ постоянного тока и от 10 до 50 мВ постоянного тока.Контроллеры также могут принимать миллиамперные сигналы, такие как от 0 до 20 мА или от 4 до 20 мА.

Контроллер обычно включает функцию обнаружения неисправности или отсутствия входного датчика. Это называется датчиком.
обнаружение перерыва. Необнаруженная эта неисправность может привести к значительному повреждению управляемого оборудования. Эта особенность
позволяет контроллеру немедленно остановить процесс при обнаружении неисправности датчика.

Выходы

Помимо входов, у каждого контроллера есть выход.Каждый выход можно использовать для нескольких вещей, включая управление
процесса (например, включение источника нагрева или охлаждения), инициировать аварийный сигнал или повторно передать значение процесса в
программируемый логический контроллер (ПЛК) или регистратор.

Типичные выходы, снабженные контроллерами температуры, включают релейные выходы, драйверы твердотельных реле (SSR), симистор и линейные выходы.
аналоговые выходы. Релейный выход обычно представляет собой однополюсное двухпозиционное реле (SPDT) с катушкой постоянного напряжения.Контроллер
возбуждает катушку реле, обеспечивая изоляцию контактов. Это позволяет контактам управлять внешним источником напряжения для
запитать катушку гораздо большего нагревательного контактора. Важно отметить, что номинальный ток контактов реле составляет
обычно меньше 2А. Контакты могут управлять нагревательным контактором с номиналом 10–20 А, используемым нагревательными лентами или нагревательными элементами.

Другой тип вывода — это драйвер SSR. Выходы драйвера SSR — это логические выходы, которые включают или выключают твердотельное реле.Большинство
твердотельным реле требуется от 3 до 32 В постоянного тока для включения. Типичный сигнал включения драйвера SSR 10 В может управлять тремя твердотельными реле.

Симистор обеспечивает функцию реле без каких-либо движущихся частей. Это твердотельное устройство, контролирующее токи до 1 А. Симистор
Выходы могут допускать небольшое количество утечки тока, обычно менее 50 мА. Этот ток утечки не влияет на нагрев
цепи контактора, но это может быть проблемой, если выход используется для подключения к другой твердотельной цепи, такой как вход ПЛК.Если это вызывает беспокойство, лучше выбрать стандартный релейный контакт. Он обеспечивает абсолютный нулевой ток, когда на выходе
обесточен и контакты разомкнуты.

На некоторых контроллерах имеются аналоговые выходы, которые выдают сигнал 0–10 В или сигнал 4–20 мА. Эти сигналы
откалиброван так, чтобы сигнал изменялся в процентах от выходного сигнала. Например, если контроллер отправляет сигнал 0%,
аналоговый выход будет 0 В или 4 мА. Когда контроллер отправляет сигнал 50%, на выходе будет 5 В или 12 мА.Когда
Контроллер отправляет 100% сигнал, на выходе будет 10 В или 20 мА.

Другие параметры

Сравнение аварийных сигналов контроллера

У регуляторов температуры есть несколько других параметров, один из которых является уставкой. По сути, уставка — это набор целевых значений.
оператором, которого контроллер стремится поддерживать устойчивым. Например, заданная температура 30 ° C означает, что
Контроллер будет стремиться поддерживать температуру на этом значении.

Другой параметр — это значение срабатывания сигнализации. Это используется, чтобы указать, когда процесс достиг некоторого заданного состояния. Есть
несколько вариаций по типам будильников. Например, аварийный сигнал высокого уровня может указывать на то, что температура стала выше, чем некоторые
установить значение. Точно так же низкий сигнал тревоги указывает на то, что температура упала ниже некоторого установленного значения.

Например, в системе контроля температуры фиксированный высокий сигнал тревоги предотвращает повреждение оборудования источником тепла путем
обесточивание источника, если температура превышает некоторое заданное значение.С другой стороны, низкий фиксированный сигнал тревоги может быть
установите, если низкая температура может повредить оборудование в результате замерзания.

Контроллер также может проверить наличие неисправного выходного устройства, такого как открытый нагревательный элемент, путем проверки количества выходного сигнала.
сигнал и сравнивая его с величиной обнаруженного изменения входного сигнала. Например, если выходной сигнал равен 100% и
входной датчик не обнаруживает никаких изменений температуры по прошествии определенного периода времени, контроллер определит, что контур исправен.
сломанный.Эта функция известна как Loop Alarm.

Другой тип сигнала тревоги — сигнал отклонения. Устанавливается на некоторое положительное или отрицательное значение от уставки. Сигнал отклонения
контролирует заданное значение процесса. Оператор получает уведомление, когда процесс начинает изменять некоторую заранее запрограммированную величину от
уставка. Разновидностью сигнала отклонения является сигнализация диапазона. Этот сигнал тревоги сработает либо внутри, либо за пределами назначенного
температурный диапазон. Обычно точки срабатывания сигнализации наполовину выше и наполовину ниже уставки контроллера.

Например, если заданное значение составляет 150 °, а аварийные сигналы отклонения установлены на ± 10 °, аварийные сигналы будут активированы.
когда температура достигла 160 ° на верхнем конце или 140 ° на нижнем. Если уставка изменена на 170 °,
сигнализация высокого уровня активируется при 180 °, а сигнализация низкого уровня — при 160 °. Другой распространенный набор параметров контроллера — это ПИД-регулятор.
параметры. PID, что означает пропорциональный, интегральный, производный, представляет собой расширенную функцию управления, которая использует обратную связь от
контролируемый процесс, чтобы определить, как лучше всего контролировать этот процесс.

Как это работает

Все контроллеры, от базовых до самых сложных, работают примерно одинаково. Контроллеры контролируют или удерживают некоторую переменную
или параметр на заданное значение. Контроллеру требуются две переменные; фактический входной сигнал и желаемое заданное значение.
Входной сигнал также известен как значение процесса. Вход в контроллер дискретизируется много раз в секунду, в зависимости от
на контроллере.

Затем это входное или технологическое значение сравнивается со значением уставки.Если фактическое значение не соответствует уставке,
Контроллер генерирует изменение выходного сигнала в зависимости от разницы между заданным значением и значением процесса, а также от того,
или значение процесса не приближается к заданному значению или отклоняется дальше от заданного значения. Этот выходной сигнал затем инициирует некоторые
тип реакции для корректировки фактического значения, чтобы оно соответствовало уставке. Обычно алгоритм управления обновляет вывод
значение мощности, которое затем применяется к выходу.

Принимаемое управляющее воздействие зависит от типа контроллера. Например, если контроллер является управлением ВКЛ / ВЫКЛ, контроллер
решает, нужно ли включить выход, выключить или оставить в его текущем состоянии.

Управление ВКЛ / ВЫКЛ — один из самых простых в реализации типов управления. Он работает путем установки диапазона гистерезиса. Например,
регулятор температуры может быть установлен для контроля температуры внутри помещения. Если заданное значение составляет 68 °, а фактическое значение
температура упадет до 67 °, сигнал ошибки покажет разницу –1 °.Затем контроллер отправит сигнал на
увеличьте прикладываемое тепло, чтобы снова поднять температуру до заданного значения 68 °. Как только температура достигнет 68 °,
обогреватель отключается. При температуре от 68 ° до 67 ° контроллер не выполняет никаких действий, и нагреватель остается выключенным.
Однако, как только температура достигнет 67 °, нагреватель снова включится.

В отличие от управления ВКЛ / ВЫКЛ, ПИД-регулирование определяет точное выходное значение, необходимое для поддержания желаемой температуры.Выход
мощность может варьироваться от 0 до 100%. Когда используется тип аналогового выхода, выходной сигнал пропорционален значению выходной мощности.
Однако, если выход представляет собой тип двоичного выхода, такой как реле, драйвер SSR или симистор, тогда выход должен быть пропорциональным по времени
получить аналоговое представление.

Система пропорционального распределения по времени использует время цикла для пропорционального распределения выходного значения. Если время цикла установлено на 8 секунд, система вызывает
при 50% мощности выход будет включен на 4 секунды и выключен на 4 секунды.Пока значение мощности не меняется, время
ценности не изменились бы. Со временем мощность усредняется до заданного значения 50%, при половинном включении и половинном выключении. Если выходная мощность
должно быть 25%, тогда в течение того же времени цикла 8 секунд выход будет включен на 2 секунды и выключен на 6 секунд.

Пример дозирования выходного времени

При прочих равных условиях желательно более короткое время цикла, потому что контроллер может быстрее реагировать и изменять состояние
вывод для заданных изменений в процессе.Благодаря механике реле более короткое время цикла может сократить срок службы реле и
не рекомендуется быть меньше 8 секунд. Для твердотельных переключающих устройств, таких как драйвер SSR или симистор, время переключения сокращается.
лучше. Более длительное время переключения, независимо от типа выхода, допускает большие колебания технологического значения. Общее правило таково:
ТОЛЬКО, если процесс позволяет это, когда используется релейный выход, желательно более длительное время цикла.

Дополнительные функции

Контроллеры также могут иметь ряд дополнительных дополнительных функций.Одно из них — коммуникационные возможности. Общение
link позволяет контроллеру связываться с ПЛК или компьютером. Это позволяет обмениваться данными между контроллером и хостом.
Примером типичного обмена данными может быть хост-компьютер или ПЛК, считывающий значение процесса.

Второй вариант — удаленная уставка. Эта функция позволяет удаленному устройству, например ПЛК или компьютеру, изменять контроллер.
уставка. Однако, в отличие от возможностей связи, упомянутых выше, вход удаленного задания уставки использует линейный аналоговый вход.
сигнал, который пропорционален заданному значению.Это дает оператору дополнительную гибкость, поскольку он может изменять заданное значение с
удаленное место. Типичный сигнал может быть 4–20 мА или 0–10 В постоянного тока.

Другой распространенной функцией, поставляемой с контроллерами, является возможность их настройки с помощью специального программного обеспечения на ПК, подключенном через
канал связи. Это позволяет быстро и легко конфигурировать контроллер, а также дает возможность сохранять конфигурации для использования в будущем.

Еще одна общая черта — цифровой вход.Цифровой вход может работать вместе с удаленной уставкой для выбора локального или удаленного
уставка для контроллера. Его также можно использовать для выбора между уставкой 1 и уставкой 2, как запрограммировано в контроллере. Цифровой
входы также могут удаленно сбросить предельное устройство, если оно перешло в предельное состояние.

Другие дополнительные функции включают источник питания преобразователя, используемый для питания датчика 4–20 мА. Этот блок питания используется для питания
Питание 24 В постоянного тока при максимальном токе 40 мА.

В некоторых приложениях двухцветный дисплей также может быть желательной функцией, позволяющей легко идентифицировать различные состояния контроллера.
Некоторые продукты также имеют дисплеи, которые могут менять цвет с красного на зеленый или наоборот в зависимости от предварительно запрограммированных условий, например
как указание на состояние тревоги. В этом случае зеленый дисплей может не отображать тревогу, но если тревога присутствует, дисплей
станет красным.

Типы контроллеров

Контроллеры температуры бывают разных стилей с широким спектром функций и возможностей.Также есть много
способы категоризации контроллеров в соответствии с их функциональными возможностями. Как правило, регуляторы температуры бывают одноконтурными.
или многопетлевой. Контроллеры с одним контуром имеют один вход и один или несколько выходов для управления тепловой системой. С другой стороны,
Многоконтурные контроллеры имеют несколько входов и выходов и могут управлять несколькими контурами в процессе. Больше контроля
петли позволяют управлять большим количеством функций технологической системы.

Диапазон надежных одноконтурных контроллеров варьируется от базовых устройств, требующих однократного изменения уставки вручную, до сложных профилировщиков.
который может автоматически выполнять до восьми изменений уставок в течение заданного периода времени.

Аналог

Самый простой и базовый тип контроллера — аналоговый. Аналоговые контроллеры — это недорогие, простые контроллеры, которые
Достаточно универсален для жесткого и надежного управления технологическим процессом в суровых промышленных условиях, в том числе со значительными электрическими
шум. Дисплей контроллера обычно представляет собой ручку управления.

Базовые аналоговые контроллеры используются в основном в некритичных или простых тепловых системах для обеспечения простой температуры включения-выключения.
управление для приложений прямого или обратного действия.Базовые контроллеры принимают входы термопар или RTD и предлагают дополнительный процент
режим управления мощностью для систем без датчиков температуры. Их основной недостаток — отсутствие удобочитаемого дисплея и отсутствие
сложность для более сложных задач управления. Кроме того, отсутствие каких-либо коммуникационных возможностей ограничивает их использование простыми приложениями.
например, включение / выключение нагревательных элементов или охлаждающих устройств.

Предел

Эти контроллеры обеспечивают безопасный контроль температуры процесса.У них нет возможности самостоятельно контролировать температуру.
Проще говоря, контроллеры пределов — это независимые устройства безопасности, которые можно использовать вместе с существующим контуром управления. Они способны
прием термопар, RTD или технологических входов с ограничениями, установленными для высокой или низкой температуры, как обычный контроллер. Ограничение контроля
является блокирующим и является частью резервной схемы управления для принудительного отключения тепловой системы в случае превышения предела. В
выход предела фиксации должен быть сброшен оператором; он не будет сброшен сам по себе, если условие ограничения не существует.Типичный пример
будет отключением безопасности для печи. Если температура в печи превысит некоторую заданную температуру, ограничительное устройство отключит систему.
Это сделано для предотвращения повреждения печи и, возможно, любого продукта, который может быть поврежден чрезмерными температурами.

Регуляторы температуры общего назначения

Регуляторы температуры общего назначения используются для управления большинством типичных промышленных процессов. Обычно они бывают разных
Размеры DIN, имеют несколько выходов и программируемые функции вывода.Эти контроллеры также могут выполнять ПИД-регулирование для отличного
общие контрольные ситуации. Они традиционно размещаются на передней панели с дисплеем для облегчения доступа оператора.

Большинство современных цифровых контроллеров температуры могут автоматически рассчитывать параметры ПИД для оптимальной работы тепловой системы.
используя свои встроенные алгоритмы автонастройки. Эти контроллеры имеют функцию предварительной настройки для первоначального расчета параметров PID для
процесс и функция непрерывной настройки для постоянного уточнения параметров ПИД-регулятора.Это позволяет быстро настроить, сэкономить время и сократить количество отходов.

Привод двигателя клапана

Особым типом универсального контроллера является контроллер привода клапана (VMD). Эти контроллеры специально разработаны для
двигатели регулирующих клапанов, используемые в производственных приложениях, таких как управление газовыми горелками на производственной линии. Специальные алгоритмы настройки
обеспечивают точное управление и быструю реакцию на выходе без необходимости обратной связи по скользящей схеме или чрезмерного знания трехчленного ПИД-регулятора
алгоритмы настройки.Контроллеры VMD управляют положением клапана в диапазоне от 0% до 100% открытия, в зависимости от энергии.
потребности процесса в любой момент времени.

Профиль

Контроллеры профилирования, также называемые контроллерами линейного замачивания, позволяют операторам программировать количество заданных значений и время сидения на каждом из них.
уставка. Программирование изменения уставки называется рампой, а время нахождения на каждой уставке называется выдержкой или выдержкой. Один пандус или
одна выдержка считается одним сегментом.Профайлер предлагает возможность вводить несколько сегментов, чтобы разрешить сложную температуру.
профили. Оператор может называть профили рецептами. Большинство профилировщиков позволяют хранить несколько рецептов для последующего использования. Меньше
Профилировщики могут допускать четыре рецепта с шестнадцатью сегментами каждый с более продвинутыми профилировщиками, позволяющими создавать больше рецептов и сегментов.

Контроллеры профилей могут выполнять профили нарастания и выдержки, такие как изменения температуры с течением времени, наряду с выдержкой и выдержкой / циклом
продолжительности без присмотра оператора.

Типичные области применения контроллеров профиля включают термообработку, отжиг, климатические камеры и печи для сложных технологических процессов.

Многоконтурный

Помимо одноконтурных контроллеров, которые могут управлять только одним контуром процесса, многоконтурные контроллеры могут управлять более чем одним контуром,
это означает, что они могут принимать более одной входной переменной.

Вообще говоря, многоконтурный контроллер можно рассматривать как устройство с множеством отдельных контроллеров температуры внутри
одиночное шасси.Обычно они устанавливаются за панелью, а не перед панелью, как в универсальных одиночных
шлейфовые контроллеры. Программирование любого из контуров аналогично программированию терморегулятора, установленного на панели. Тем не мение,
Многоконтурные системы, как правило, не имеют традиционного физического пользовательского интерфейса (без дисплея или переключателей), а вместо этого используют специальный
канал связи.

Многоконтурные контроллеры необходимо настраивать с помощью специальной программы на ПК, которая может загружать конфигурацию в
контроллер с помощью специального интерфейса связи.

Информацию можно получить через интерфейс связи. Общие поддерживаемые интерфейсы связи включают:
DeviceNet, Profibus, MODBUS / RTU, CanOPEN, Ethernet / IP и MODBUS / TCP.

Многоконтурные контроллеры представляют собой компактную модульную систему, которая может работать как в автономной системе, так и в ПЛК.
среда. В качестве замены регуляторов температуры в ПЛК они обеспечивают быстрое ПИД-регулирование и разгружают большую часть математических вычислений.
интенсивная работа процессора ПЛК, что позволяет увеличить скорость сканирования ПЛК.В качестве замены нескольких контроллеров DIN они
обеспечить единую точку программного доступа ко всем контурам управления. Стоимость установки снижается за счет устранения большого количества проводки,
вырезы в панелях и экономия места на панелях.

Многоконтурные контроллеры предоставляют некоторые дополнительные функции, недоступные в традиционных контроллерах, устанавливаемых на панели. Например,
Многоконтурные контроллеры имеют более высокую плотность контуров для данного пространства. Некоторые многоконтурные системы контроля температуры могут иметь
до 32 контуров управления в корпусе, устанавливаемом на DIN-рейку длиной не более 8 дюймов.Они также сокращают количество проводов за счет наличия общего
точка подключения для питания и интерфейсов связи.

Многоконтурные регуляторы температуры также имеют улучшенные функции безопасности, одной из которых является отсутствие кнопок, на которых
любой может изменить важные настройки. Имея полный контроль над информацией, считываемой или записываемой в контроллер,
производитель машин может ограничить информацию, которую любой оператор может прочитать или изменить, предотвращая возникновение нежелательных условий
от возникновения, например, установка слишком высокой уставки до диапазона, который может привести к повреждению продукта или машины.Кроме того, контроллер
модули могут быть заменены в горячем режиме. Это позволяет заменять модуль контроллера без отключения питания системы. Модули
также может автоматически настраиваться после горячей замены.

Другие характеристики регулятора температуры

Напряжение питания

Обычно существует два варианта напряжения питания для контроллеров температуры: низкое напряжение (24 В переменного / постоянного тока) и высокое напряжение (110–230 В переменного тока).

Размер

Контроллеры бывают нескольких стандартных размеров, которые обозначаются номерами DIN, такими как 1/4 DIN, 1/8 DIN, 1/16 DIN и 1/32 DIN.DIN — это сокращение от примерно переведенного Deutsche Institut fur Normung, немецкой организации по стандартам и измерениям.
Для наших целей DIN просто означает, что устройство соответствует общепринятому стандарту размеров панелей.

Сравнение размеров DIN

Наименьший размер — это 1/32 DIN, который составляет 24 мм × 48 мм, с соответствующим вырезом в панели 22,5 мм × 45 мм. Следующий размер
вверху находится 1/16 DIN, размер которого составляет 48 мм × 48 мм с размером выреза в панели 45 мм × 45 мм. 1/8 DIN составляет 48 мм × 96 мм с
вырез в панели 45 мм × 92 мм. Наконец, самый большой размер — это 1/4 DIN размером 96 мм × 96 мм с вырезом в панели 92 мм × 92 мм.

Важно отметить, что стандарты DIN не определяют, насколько глубоко контроллер может находиться за панелью. Стандарты
учитывайте только размеры передней панели и размеры выреза в панели.

Одобрения агентств

Желательно, чтобы терморегулятор имел какое-либо одобрение агентства, чтобы гарантировать, что контроллер соответствует требованиям.
минимальный набор норм безопасности. Тип разрешения зависит от страны, в которой будет использоваться контроллер.В
Наиболее распространенное одобрение, регистрация UL и cUL, применяется ко всем контроллерам, используемым в США и Канаде. Обычно бывает один
сертификация требуется для каждой страны.

Для контроллеров, которые используются в странах Европейского Союза, требуется одобрение CE.

Третий тип сертификата — FM. Это относится только к ограничивающим устройствам и контроллерам в США и Канаде.

Класс защиты передней панели

Важной характеристикой контроллера является степень защиты передней панели.Эти рейтинги могут быть в форме рейтинга IP или
Рейтинг NEMA. Классы IP (защиты от проникновения) применяются ко всем контроллерам и обычно составляют IP65 или выше. Это означает, что из
только на передней панели, контроллер полностью защищен от пыли и струй воды под низким давлением со всех сторон с помощью
разрешено только ограниченное проникновение. Рейтинги IP используются в США, Канаде и Европе.

Рейтинг контроллера NEMA (Национальная ассоциация производителей электрооборудования) параллелен рейтингу IP.Большинство контроллеров имеют
Рейтинг NEMA 4 или 4X, что означает, что они могут использоваться в приложениях, требующих только промывки водой (не масла или растворителей). В
«X» в рейтинге NEMA 4X означает, что передняя панель не подвержена коррозии. Рейтинги NEMA используются в основном в США и Канаде.

Урок 2: Основы солнечного горячего водоснабжения

Обзор

В этом уроке вы узнаете об использовании солнца для получения тепла. В этой части курса мы уделим особое внимание нагреву горячей воды для дома.

В солнечной водонагревательной системе сбор тепла является основной целью наряду с отводом тепла от собирающей поверхности, передачей его в накопитель и, в конечном итоге, использованием его для нагрева горячей воды для бытового потребления.

Мелкая вода в озере обычно теплее, чем глубокая. Это потому, что солнечный свет может нагреть дно озера на мелководье, которое, в свою очередь, нагревает воду. Это природный способ солнечного нагрева воды.Солнце можно использовать практически так же, как для нагрева воды в зданиях и бассейнах.

Большинство солнечных водонагревательных систем для зданий состоит из двух основных частей: солнечного коллектора и накопительного бака . Самый распространенный коллектор называется коллектор с плоской пластиной . Установленный на крыше, он представляет собой тонкую плоскую прямоугольную коробку с прозрачной крышкой, обращенной к солнцу. Маленькие трубки проходят через коробку и несут жидкость — воду или другую жидкость, такую ​​как раствор антифриза, — для нагрева.Трубки прикреплены к пластине абсорбера , которая окрашена в черный цвет для поглощения тепла. По мере того, как в коллекторе накапливается тепло, он нагревает жидкость, проходящую по трубкам.
Ниже описаны различные типы солнечных коллекторов.

В накопительном баке находится горячая жидкость. Это может быть просто модифицированный водонагреватель, но обычно он больше по размеру и очень хорошо изолирован. Системы, в которых используются жидкости, отличные от воды (обычно смесь пропиленгликоля), нагревают воду, пропуская ее через теплообменник, который передает тепло от смеси гликоля к нагреваемой воде.

Солнечные водонагревательные системы могут быть активными или пассивными . Наиболее распространены активные системы, в которых для перемещения жидкости между коллектором и резервуаром для хранения используются насосы. С другой стороны, пассивные системы полагаются на силу тяжести и склонность воды к естественной циркуляции при нагревании.

Солнечные коллекторы — ключевой компонент активных систем солнечного отопления.Солнечные коллекторы собирают солнечную энергию, преобразуют ее излучение в тепло, а затем передают это тепло воде, солнечной жидкости или воздуху. Солнечная тепловая энергия может использоваться в солнечных водонагревательных системах, солнечных нагревателях бассейнов и солнечных системах отопления помещений. Есть несколько видов солнечных коллекторов:

В жилых и коммерческих зданиях, где требуется температура ниже 200F, обычно используются плоские коллекторы, тогда как в тех, где требуется температура выше 200F, используются вакуумные трубчатые коллекторы.

В начало

Солнечные водонагревательные системы Типы

Активные солнечные водонагревательные системы

Активные солнечные водонагреватели используют электрические насосы, клапаны и контроллеры для циркуляции воды или других теплоносителей (обычно смеси пропиленгликоля) через коллекторы. Существуют три типа активных солнечных водонагревательных систем:

1. В системах с прямой циркуляцией (или открытых системах ) используются насосы для циркуляции воды через коллекторы.Эти системы подходят для мест, которые не замерзают в течение длительного времени и не имеют жесткой или кислой воды. Эти системы не одобрены Solar Rating & Certification Corporation (SRCC), если в них используется рециркуляционная защита от замерзания (циркуляция теплой воды в резервуаре в условиях замерзания), потому что для эффективной защиты требуется электроэнергия.

2. Системы с косвенной циркуляцией (или закрытые системы ) перекачивают теплоносители, такие как смесь гликоля и водяного антифриза, через коллекторы.Теплообменники передают тепло от жидкости питьевой воде, хранящейся в резервуарах. Некоторые непрямые системы имеют защиту от перегрева, которая защищает коллектор и гликолевую жидкость от перегрева при низкой нагрузке и высокой интенсивности поступающего солнечного излучения.

3. Дренажные системы , тип косвенной системы, используют насосы для циркуляции воды через коллекторы. При остановке насосов вода из коллекторного контура сливается в резервуар-накопитель.Это делает дренажные системы хорошим выбором в более холодном климате. Дренажные системы должны быть тщательно установлены, чтобы гарантировать, что трубопровод всегда наклонен вниз, чтобы вода полностью стекала из трубопровода. В некоторых обстоятельствах этого может быть сложно.

Пассивные солнечные водонагревательные системы

Пассивные солнечные водонагревательные системы обычно дешевле активных систем, но обычно не так эффективны.Пассивные солнечные водонагреватели полагаются на силу тяжести и склонность воды к естественной циркуляции при нагревании. Поскольку они не содержат электрических компонентов, пассивные системы, как правило, более надежны, проще в обслуживании и, возможно, имеют более длительный срок службы, чем активные системы.

1. Системы хранения со встроенным коллектором состоят из одного или нескольких резервуаров, помещенных в изолированную коробку с застекленной стороной, обращенной к солнцу. Зимой их необходимо осушить или защитить от замерзания.Эти солнечные коллекторы лучше всего подходят для областей, где температура редко опускается ниже нуля. Они также хороши в домохозяйствах со значительными дневными и вечерними потребностями в горячей воде; но они плохо работают в семьях с преимущественно утренними розыгрышами, потому что они теряют большую часть собранной энергии за ночь.

2. Термосифонные системы — это экономичный и надежный выбор, особенно в новых домах. Эти системы основаны на естественной конвекции теплой воды, поднимающейся вверх, для циркуляции воды через коллекторы и в резервуар (расположенный над коллектором).Когда вода в солнечном коллекторе нагревается, она становится светлее и естественным образом поднимается в резервуар наверху. Тем временем более холодная вода стекает по трубам к нижней части коллектора, улучшая циркуляцию. Некоторые производители размещают накопительный бак на чердаке дома, скрывая его от глаз. Непрямые термосифоны (которые используют гликолевую жидкость в коллекторном контуре) могут быть установлены в климатических условиях, склонных к замерзанию, если трубопровод в некондиционном пространстве должным образом защищен.

Солнечные водонагревательные системы почти всегда нуждаются в резервной системе в пасмурные дни и в периоды повышенного спроса.Обычные накопительные водонагреватели обычно обеспечивают резервное копирование и могут уже быть частью солнечной системы. Резервная система также может быть частью солнечного коллектора, например, резервуары на крыше с термосифонными системами. Поскольку накопительная система со встроенным коллектором уже накапливает горячую воду в дополнение к солнечному теплу, она может быть укомплектована водонагревателем (без резервуара или проточным) для резервного копирования

.

В начало

Компоненты солнечной водонагревательной системы

Компоненты: Коллекторы

Воздушные плоские коллекторы используются в основном для солнечного отопления помещений.Пластины абсорбера в коллекторах воздуха могут быть металлическими листами, слоями экрана или неметаллическими материалами. Воздух проходит мимо абсорбера за счет естественной конвекции или вентилятора. Поскольку воздух проводит тепло гораздо хуже, чем жидкость, от абсорбера коллектора воздуха передается меньше тепла, чем от абсорбера коллектора жидкости. Для отопления помещений используются воздушные плоские коллекторы.

2.Коллекторы вакуумные

Коллекторы с вакуумированными трубками могут достигать чрезвычайно высоких температур (от 170F до 350F), что делает их более подходящими для коммерческого и промышленного применения. Однако коллекторы с вакуумированными трубками дороже плоских коллекторов, при этом стоимость единицы площади примерно в два раза выше, чем у плоских коллекторов.(см. рисунок 2)

Коллекторы обычно состоят из параллельных рядов прозрачных стеклянных трубок. Каждая трубка содержит стеклянную внешнюю трубку и металлическую трубку-поглотитель, прикрепленную к ребру. Ребро покрыто покрытием, которое хорошо поглощает солнечную энергию, но препятствует радиационным потерям тепла. Воздух удаляется или откачивается из пространства между стеклянными и металлическими трубками для создания вакуума, который устраняет кондуктивные и конвективные потери тепла.

Новая конструкция с вакуумными трубками доступна от китайских производителей, Beijing Sunda Solar Energy Technology Co.Ltd. Конструкция «Дьюара» представляет собой вакуум, содержащийся между двумя концентрическими стеклянными трубками, с избирательным покрытием абсорбера на внутренней трубке. Обычно воде позволяют термосифонировать вниз и обратно во внутреннюю полость, чтобы передать тепло резервуару для хранения. Металлических уплотнений нет. Этот тип вакуумной трубки может стать конкурентоспособным по стоимости по сравнению с плоскими пластинами.

3. Интегральные коллекторно-накопительные системы

Интегральные коллекторно-накопительные системы (ICS), также известные как системы периодического действия, состоят из одного или нескольких пустых резервуаров или трубок в изолированном застекленном ящике.Холодная вода сначала проходит через солнечный коллектор, который предварительно нагревает воду, а затем попадает в обычный резервный водонагреватель.

Системы

ICS — это простые и надежные солнечные водонагреватели. Однако их следует устанавливать только в климате с умеренным морозом, поскольку сам коллектор или наружные трубы могут замерзнуть в очень холодную погоду. Некоторые недавние исследования показывают, что проблему замерзания труб в некоторых случаях можно решить, используя устойчивые к замерзанию трубопроводы в сочетании с методом защиты от замерзания.

Компоненты: Теплообменник
Солнечные водонагревательные системы используют теплообменники для передачи солнечной энергии, поглощенной в солнечных коллекторах, жидкости или воздуху, используемым для нагрева воды или помещения.

Теплообменники могут быть изготовлены из стали, меди, бронзы, нержавеющей стали, алюминия или чугуна. В системах солнечного отопления обычно используется медь, поскольку она является хорошим проводником тепла и обладает большей устойчивостью к коррозии.

Солнечные водонагревательные системы используют два типа теплообменников:

1.Теплообменники жидкость-жидкость

Теплообменники жидкость-жидкость используют теплоноситель, который циркулирует через солнечный коллектор, поглощает тепло, а затем протекает через теплообменник для передачи тепла воде в резервуар для хранения. Жидкие теплоносители, такие как антифриз, защищают солнечный коллектор от замерзания в холодную погоду. Жидкостные теплообменники имеют один или два барьера (одностенные или двустенные) между теплоносителем и водопроводом.

Одностенный теплообменник представляет собой трубу или трубку, окруженную жидкостью. Либо жидкость, проходящая по трубке, либо жидкость, окружающая трубки, может быть теплоносителем, а другая жидкость — питьевой водой. Двухстенные теплообменники имеют две стенки между двумя жидкостями. Две стенки часто используются, когда теплоноситель токсичен, например, этиленгликоль. Двойные стенки часто требуются в качестве меры безопасности в случае утечек, помогая гарантировать, что антифриз не смешается с питьевой водой.Примером двухстенного теплообменника жидкость-жидкость является «кольцевой теплообменник», в котором трубка обернута вокруг бака с горячей водой и прикреплена к внешней стороне. Трубка должна быть должным образом изолирована, чтобы уменьшить тепловые потери. Некоторые местные нормы и правила требуют наличия двустенных теплообменников в солнечных водонагревательных системах.

Хотя двустенные теплообменники повышают безопасность, они менее эффективны, поскольку тепло должно передаваться через две поверхности, а не через одну. Для передачи такого же количества тепла теплообменник с двойными стенками должен быть больше, чем теплообменник с одинарными стенками.

2. Воздухо-жидкостные теплообменники

Солнечные системы отопления с воздухонагревательными коллекторами обычно не нуждаются в теплообменнике между солнечным коллектором и системой распределения воздуха. Некоторые солнечные системы воздушного отопления предназначены для нагрева воды, если удовлетворяются требования к обогреву помещения. В этих системах используются теплообменники типа «воздух-жидкость», которые аналогичны теплообменникам «жидкость-воздух».

Конструкции теплообменников
Существует множество конструкций теплообменников.Вот несколько распространенных:

1. Змеевик в баке

Теплообменник представляет собой змеевик в накопительном баке. Это может быть одинарная трубка (одностенный теплообменник) или толщина двух трубок (двустенный теплообменник). Менее эффективной альтернативой является размещение змеевика снаружи резервуара коллектора с изоляционным покрытием.

3. Трубчатый теплообменник

В этой очень эффективной конструкции трубы для воды и теплоносителя находятся в прямом тепловом контакте друг с другом. Вода и теплоноситель движутся в противоположных направлениях. Этот тип теплообменника имеет две петли, аналогичные описанным в кожухотрубном теплообменнике.

В начало

Калибровка

Чтобы теплообменник был эффективным, он должен иметь правильный размер.При выборе правильного размера необходимо учитывать множество факторов, в том числе следующие:

• Тип теплообменника
• Характеристики жидкого теплоносителя (удельная теплоемкость, вязкость и плотность)
• Расход
• Температура на входе и выходе для каждой жидкости.

Обычно производители предоставляют показатели теплопередачи для своих теплообменников (в британских тепловых единицах в час) для различных температур жидкости и расхода. Кроме того, размер поверхности теплообменника влияет на его скорость и эффективность: большая площадь поверхности передает тепло быстрее и эффективнее.

Установка

Для обеспечения наилучшей производительности всегда соблюдайте рекомендации производителя по установке теплообменника. Обязательно выберите жидкий теплоноситель, совместимый с типом теплообменника, который вы будете использовать. Если вы хотите построить свой собственный теплообменник, имейте в виду, что использование различных металлов в конструкции теплообменника может вызвать коррозию. Кроме того, поскольку разнородные металлы имеют разные характеристики теплового расширения и сжатия, могут возникнуть утечки или трещины.Любое из этих условий может сократить срок службы теплообменника.

Компоненты: теплоносители

Жидкие теплоносители переносят тепло через солнечные коллекторы и теплообменник в резервуары для хранения тепла в солнечных водонагревательных системах. При выборе теплоносителя следует учитывать следующие критерии:

• Коэффициент расширения: относительное изменение длины (или иногда объема, если указано) материала за единицу изменения температуры
• Вязкость сопротивления жидкости сдвиговым силам (и, следовательно, течению)
• Теплоемкость: способность вещества накапливать тепло
• Точка замерзания Температура, ниже которой жидкость превращается в твердое вещество
• Точка кипения Температура, при которой жидкость кипит
• Точка вспышки: самая низкая температура, при которой пар над жидкостью может воспламениться на воздухе.

Например, в холодном климате для солнечных водонагревательных систем требуются жидкости с низкой температурой замерзания. Жидкости, подвергающиеся воздействию высоких температур, например, в пустынном климате, должны иметь высокую температуру кипения. Вязкость и теплоемкость определяют количество необходимой энергии перекачивания. Жидкость с низкой вязкостью и высокой удельной теплоемкостью перекачивать легче, потому что она менее устойчива к течению и передает больше тепла. Другими свойствами, которые помогают определить эффективность жидкости, являются ее коррозионная активность и стабильность

.

Типы жидкостей-теплоносителей
Ниже приведены некоторые из наиболее часто используемых жидкостей-теплоносителей и их свойства:

Воздух
Воздух не замерзает и не закипает, не вызывает коррозии.Однако он имеет очень низкую теплоемкость и имеет тенденцию вытекать из коллекторов, воздуховодов и заслонок.

Вода
Вода нетоксична и недорогая. Благодаря высокой удельной теплоемкости и очень низкой вязкости его легко перекачивать. К сожалению, вода имеет относительно низкую температуру кипения и высокую температуру замерзания. Он также может вызывать коррозию, если pH (уровень кислотности / щелочности) не поддерживается на нейтральном уровне. Вода с высоким содержанием минералов (например, «жесткая» вода) может вызвать образование минеральных отложений в трубах коллектора и водопроводах системы.

Смеси гликоль / вода
Наиболее распространенной жидкостью, используемой в закрытых солнечных водонагревательных системах, является пропиленгликоль. Смеси гликоль / вода имеют соотношение гликоль-вода 50/50 или 60/40. Этилен и пропиленгликоль — «антифризы». Этиленгликоль чрезвычайно токсичен и должен использоваться только в двустенных замкнутых системах. Вы можете использовать смеси пропиленгликоля и воды пищевого качества в одностенных теплообменниках, если смесь сертифицирована как нетоксичная.Убедитесь, что в него не добавлены токсичные красители или ингибиторы. Большинство гликолей портятся при очень высоких температурах. Значение pH, точку замерзания и концентрацию ингибиторов следует проверять ежегодно, чтобы определить, нуждается ли смесь в каких-либо корректировках или заменах для поддержания ее стабильности и эффективности.

Хладагенты / жидкости с фазовым переходом
Они обычно используются в качестве теплоносителя в холодильниках, кондиционерах и тепловых насосах. Обычно они имеют низкую температуру кипения и высокую теплоемкость.Это позволяет небольшому количеству хладагента очень эффективно передавать большое количество тепла. Хладагенты быстро реагируют на солнечное тепло, что делает их более эффективными в пасмурные дни, чем другие перекачивающие жидкости. Поглощение тепла происходит, когда хладагент закипает (переходит из жидкой фазы в газообразную) в солнечном коллекторе. Высвобождение накопленного тепла происходит, когда газообразный хладагент снова конденсируется в жидкость в теплообменнике или конденсаторе. Солнечные коллекторы с вакуумными трубками и тепловыми трубками используют этот вид жидкости.

В течение многих лет хлорфторуглеродные (CFC) хладагенты, такие как фреон, были основными жидкостями, используемыми производителями холодильников, кондиционеров и тепловых насосов, поскольку они негорючие, малотоксичные, стабильные, некоррозионные и не замерзают. Однако из-за негативного воздействия ХФУ на озоновый слой Земли производство ХФУ постепенно прекращается, как и производство гидрохлорфторуглеродов (ГХФУ). Те немногие компании, которые производили солнечные системы с хладагентом, либо полностью прекратили производство этих систем, либо в настоящее время ищут альтернативные хладагенты.Некоторые компании исследовали метиловый спирт в качестве замены хладагентов.

Если солнечная система заправлена ​​хладагентом и нуждается в обслуживании, следует связаться с местным специалистом по обслуживанию солнечных батарей или холодильного оборудования. С 1 июля 1992 года преднамеренный выброс ХФУ и ГХФУ во время обслуживания и ремонта или утилизации оборудования, содержащего эти соединения, является незаконным и карается высокими штрафами. Несмотря на то, что производство CFC было прекращено в США в 1996 г., лицензированный техник по холодильному оборудованию все еще может обслуживать вашу систему.

В начало

Компоненты: Циркуляционные насосы

Центробежные циркуляционные насосы чаще всего используются в солнечных водонагревательных системах. Центробежные насосы обычно имеют низкое энергопотребление, низкие эксплуатационные расходы и высокую надежность. Корпуса обычно изготавливаются из чугуна, бронзы или нержавеющей стали. Для более дешевых замкнутых систем подходят циркуляционные насосы из чугуна. Для разомкнутых систем циркуляции пополняющей воды необходим циркуляционный насос из бронзы.Насосы из нержавеющей стали используются в плавательных бассейнах и других областях, где присутствуют химические вещества.

Как только определено, что насос должен работать в замкнутом контуре, разомкнутом контуре или в другой конкретной среде, для выбора подходящего насоса используются требования к напору и расходу солнечной системы. Напор — это давление, которое насос должен создать, чтобы создать желаемый поток через систему. Общее давление, которое должен создать насос, определяется высотой подъема воды и сопротивлением трения трубы.

Статический напор — это давление, возникающее в результате вертикальной высоты и соответствующего веса столба жидкости в системе. Чем выше насос должен поднимать жидкость против силы тяжести, тем выше статический напор, который он должен развивать. Динамический напор включает сопротивление трению жидкости, протекающей по трубе и фитингам в системе. Давление, которое должен создать насос для преодоления динамического напора, зависит от размера и длины трубы, количества фитингов и изгибов, а также скорости потока и вязкости жидкости.

Циркуляционные насосы обычно делятся на категории с низким, средним или высоким напором. Приложения с низким напором имеют напор от 3 до 10 футов (0,9–3 м); аппликации со средним напором, от 10 до 20 футов (3-6 м) напора; и аппликации с высоким напором, более 20 футов напора.

Компоненты: датчики и органы управления

Компоненты: Накопительный бак

Солнечная система нагрева воды обычно устанавливается между холодной водой, поступающей в дом, и обычным водонагревателем, и используется для предварительного нагрева воды, поступающей в обычный водонагреватель. Накопительный бак необходим для хранения воды, нагретой солнечной системой нагрева воды. Добавление еще одного накопительного бака для хранения воды, нагретой солнечными батареями, не только более эффективно, чем обычный водонагреватель, но и солнечный водонагреватель действует как средство защиты солнечных панелей от перегрева.На этом рисунке слева показан накопительный бак емкостью 80 галлонов, а справа — обычный водонагреватель, работающий на природном газе, с дополнительным изоляционным покрытием.

В летние месяцы, когда достаточно солнечной горячей воды, вы можете установить «узел перепускного клапана» между солнечным накопительным баком и резервным водонагревателем. Обвод солнечного коллектора состоит из трех клапанов (или двух трехходовых клапанов), которые позволяют напрямую снабжать дом водой, нагретой солнечными батареями.Клапан темперирования должен быть добавлен, когда вода, нагретая солнечными батареями, горячее, чем обычно производится в обычном баке с термостатическим управлением. Клапан темперирования устанавливается на трубопроводе горячей воды, питающей дом. Желаемую максимальную температуру воды, подаваемой в кран, можно отрегулировать. Горячая вода поступает с одной стороны, холодная при необходимости — снизу, а смешанная вода уходит в дома по водопроводу горячей воды.

Компоненты: обратный клапан

Обратный клапан позволяет жидкости течь только в одном направлении.Он предотвращает потерю тепла в ночное время за счет конвективного потока от теплого накопительного бака к холодным коллекторам. Обратные клапаны бывают «поворотного» или «пружинного» типа. Обратные клапаны поворотного типа должны быть установлены надлежащим образом (т. Е. Не перевернутыми вертикально, чтобы они могли быть открытыми). Обратный клапан поворотного типа следует использовать с насосом, питаемым непосредственно от фотоэлектрического модуля. В условиях низкой освещенности происходит более низкая скорость потока, которая может быть недостаточно сильной, чтобы преодолеть пружинный обратный клапан. Для систем, использующих циркуляционные насосы переменного тока, следует установить пружинные обратные клапаны.Пружина сопротивляется потоку термосифона в любом направлении.

Компоненты: Расширительный бак

Расширительный бак позволяет жидкости в замкнутой системе расширяться и сжиматься в зависимости от температуры жидкости. Без расширительного бачка водопровод легко лопнул бы при нагревании жидкости. Расширительные баки мембранного типа состоят из внутренней камеры и камеры сжатого воздуха. Нагретая жидкость расширяется в замкнутом контуре относительно баллона и камеры сжатого воздуха.Поскольку жидкость сжимается при охлаждении, воздушная камера поддерживает давление в замкнутом контуре. Размер расширительного бака должен выдерживать расширение в зависимости от объема, коэффициента расширения и диапазона колебаний температуры. Размер и количество коллекторов, а также размер и длина трубопроводов и фитингов определяют объем жидкости. Расширительные баки мембранного типа можно найти в большинстве домов водоснабжения.

Компоненты: Клапан сброса давления

Каждая гидравлическая система отопления должна иметь защиту от высокого давления из-за высоких температур.Клапан сброса давления на 50 фунтов на квадратный дюйм обычно достаточен для защиты водопроводных систем с замкнутым контуром от чрезмерного давления. Клапаны сброса температуры / давления обычно не используются в замкнутом контуре, поскольку часто встречаются высокие температуры. Чаще всего используются предохранительные клапаны только по давлению. Клапаны сброса давления должны иметь вентиляционную трубку, которая направляет вытекающую жидкость в ведро или слив в полу. Как только один из этих клапанов открывается, целесообразно заменить его, так как они часто не устанавливаются полностью, частицы накипи или грязи могут привести к медленной утечке.

Компоненты: манометры и датчики температуры

Манометр показывает, находится ли система с замкнутым контуром в допустимом диапазоне давления. Типичное давление в системе составляет от 10 до 15 фунтов на квадратный дюйм. Манометр используется в качестве диагностического прибора для контроля состояния заряда гликоля. Падение давления указывает на утечку в системе, которую необходимо найти и отремонтировать.

Два датчика температуры в замкнутом контуре и один в водяном контуре не являются обязательными, но являются ценными индикаторами функционирования системы. По одному датчику на каждой стороне теплообменника в коллекторном контуре показывает повышение температуры в коллекторах и изменение температуры в теплообменнике. Разница температур от 15 до 20F указывает на эффективную работу системы.Один датчик температуры в водяном контуре между выходом из теплообменника и входом в резервуар-хранилище будет отображать текущую температуру воды, нагретой солнечными батареями, поступающей в резервуар-хранилище.
Температурные датчики должны иметь диапазон от 0 до 240 или 300F. В жаркий летний день температура воды в солнечном контуре может составлять около 200F, хотя обычно максимальная достигаемая температура составляет 180F.

, Урок 2, Вопросы

1. Кратко опишите два основных типа активных солнечных водонагревательных систем.
2. Что движет циркуляцией жидкости от коллектора (коллекторов) к накопительному резервуару в пассивных солнечных водонагревательных системах?
3. Какой тип солнечного коллектора наиболее распространен?
4. Когда требуется теплообменник с двойными стенками в солнечной водонагревательной системе?
5. Почему хладагенты-теплоносители, такие как хлорфторуглерод, постепенно исключаются из систем солнечного отопления?
6. Какой тип насоса обычно используется в типичной жилищной системе солнечного водонагревания с замкнутым контуром?
7. В чем разница между статической головкой и динамической головкой?
8. Где следует размещать датчики контроллеров в солнечной водонагревательной системе?
9. Почему следует устанавливать обратный клапан в солнечной системе водяного отопления? Где следует установить пружинный обратный клапан?
10. Какова основная функция расширительного бачка в системе с обратной связью?
11. Где должны быть установлены датчики температуры, чтобы указать, как работает система в разомкнутой и замкнутой системе солнечного водонагревания?

В начало

ответов

плюсов и минусов геотермального отопления: подходит ли оно для вашего дома?

Геотермальные тепловые насосы (GHP), которые обеспечивают отопление и кондиционирование воздуха в вашем доме, а также могут нагревать воду — иногда бесплатно — в последние годы становятся все более популярными.

Эти приборы HVAC удивительно эффективны и «экологичны» по сравнению с традиционными вариантами, поскольку они используют почти постоянную температуру под землей, чтобы поддерживать комфорт в вашем доме в любое время года. Системы геотермального отопления со временем также обеспечивают серьезную экономию энергии.

Однако при установке GHP необходимо учитывать множество недостатков. По правде говоря, геотермальные системы не подходят для каждого дома или каждого домовладельца, несмотря на их многочисленные преимущества.Ваши приоритеты, ваш бюджет и физическое местоположение вашего дома в конечном итоге помогут вам принять наилучшее решение о том, какой тип системы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха вам подходит, будь то геотермальная или более традиционная.

Что такое геотермальное отопление и как оно работает?

Если вы ищете новую систему отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха, потому что строите новый дом или ищете варианты замены для существующего теплового насоса, бойлера или печи, возможно, вы только что познакомились с геотермальным отоплением и охлаждением для первый раз.Возможно, вы уже знаете, что в этих высокоэффективных системах в качестве теплообменной среды используется постоянная температура земли, а не температура наружного воздуха, что требует по крайней мере некоторых земляных работ или бурения, чтобы установить обменные «петли» под землей.

Короче говоря, геотермальное отопление и охлаждение работает и потребляет на 25% -50% меньше энергии для производства комфортного воздуха в помещении по сравнению с обычными системами отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха, поскольку для теплообмена им не приходится бороться с резкими сезонными колебаниями температуры воздуха на открытом воздухе.

Например, даже в местах с очень холодными зимами температура земли чуть ниже поверхности никогда не опускается ниже 45 градусов по Фаренгейту. Это означает, что жидкость, протекающая через обменные контуры, никогда не подвергается воздействию, скажем, 2-градусных температур, даже если за вашей дверью так холодно. GHP просто не нужно работать так усердно, как обычные тепловые насосы, чтобы поддерживать комфорт в вашем доме.

Различные типы геотермальных систем отопления

Как упоминалось выше, GHP требуется доступ к земле на глубине, где температура не колеблется сильно по сравнению с температурой воздуха над землей.Это достигается путем установки так называемых циклов, которые можно настроить несколькими способами в «открытом» или «закрытом» формате.

Согласно веб-сайту информационных ресурсов Министерства энергетики США о геотермальных тепловых насосах (также ссылка на который приведена выше), в настоящее время существует четыре распространенных типа петель для жилых и коммерческих геотермальных систем отопления (три закрытых и один открытый формат), хотя и другие конфигурации тоже существуют. В последние десятилетия геотермальные технологии отопления и охлаждения стремительно развиваются для более широкого внедрения, поэтому петли и другие варианты установки будут продолжать развиваться.

Системы с замкнутым контуром

В этих системах используется раствор антифриза, вода и / или хладагент (обычно R-410A), циркулирующие по медным и / или пластиковым трубам, которые находятся под землей и потенциально могут проходить под водой. Само собой разумеется, что жидкость внутри петли тщательно удерживается — или закрывается — от земли вокруг нее и никогда не сбрасывается в землю.

Четыре распространенных типа конфигураций замкнутого контура:

• Вертикальный
• горизонтальный
• Диагональ
• Пруд / озеро

Обратите внимание, что вертикальные, горизонтальные и диагональные контуры используются с так называемой технологией Direct Exchange (DX), которая не требует использования колодцев, источников воды или вторичных контуров, как это делает так называемая технология источников воды. .(Геотермальные тепловые насосы с водным источником воды были разработаны для крупномасштабных промышленных применений, поэтому они не подходят для большинства домашних и небольших коммерческих клиентов.)

Системы открытого цикла

В системах с открытым контуром происходит выброс жидкого теплоносителя — в данном случае относительно чистой воды вместо антифриза или хладагента — в окружающую среду. Системы с разомкнутым контуром могут быть установлены только на участках с достаточным водоснабжением и там, где это разрешено правилами по сбросу грунтовых вод.

Плюсы геотермального отопления и охлаждения

Есть много положительных моментов в установке геотермальных систем отопления и охлаждения в вашем доме или коммерческом здании, и они, безусловно, перевешивают недостатки для многих людей, которые в основном связаны с высокими затратами на установку. Если вы беспокоитесь о сокращении своего воздействия на окружающую среду и не беспокоитесь о колебаниях цен на газ и нефть, влияющих на ваш бюджет на отопление и охлаждение, геотермальная энергия может быть вам как раз.

Геотермальные системы устойчивы и экологичны

Поскольку GHP потребляют гораздо меньше электроэнергии, чем обычные системы HVAC, как мы упоминали выше, и не полагаются на природный газ или мазут, эти системы не являются значительным источником загрязнения. Ваша геотермальная система сократит выбросы, поскольку она резко сократит потребление энергии вашим домом, и это определенно безвредно для окружающей среды!

Геотермальное оборудование также служит долгим сроком службы, при использовании подземных контуров гарантия часто составляет 25-50 лет.Срок службы самих тепловых насосов обычно составляет около 20 лет. Сравните это со средним сроком службы в 15 лет для типичного домашнего кондиционера или теплового насоса, и вы увидите, что менее частая замена оборудования намного лучше для всего мира (и для вашего кошелька тоже).

Геотермальные системы — это инвестиция, которая окупается

Когда вы покупаете геотермальные тепловые насосы, вы можете несколько раз удивиться указанным вами ценам (обычно от 10 000 до 20 000 долларов, включая установку).Большая часть высоких первоначальных затрат связана с установкой контуров заземления. Однако эта система включает оборудование с меньшим количеством движущихся механических частей, чем традиционная система, поэтому она служит намного дольше.

Хорошая новость о более существенных начальных инвестициях, необходимых для систем на основе GHP, заключается в том, что они обычно окупаются за счет экономии затрат на энергию примерно за 2-10 лет, согласно источникам в энергетической отрасли. Также могут существовать специальные стимулы для зеленой энергии, доступные от федеральных, государственных и даже некоторых местных органов власти и поставщиков электроэнергии, чтобы сэкономить несколько долларов на этой высокой начальной цене для системы.И, в зависимости от настроек и возможностей вашей системы, вы сможете получить бесплатную горячую воду как побочный продукт работы системы!

Если вы сможете включить стоимость нового GHP в свою ипотеку для нового дома, ваши сбережения будут еще больше. Цена на систему на самом деле не добавит такой суммы к ежемесячному платежу по ипотеке, а экономия затрат на электроэнергию, которую вы получите, легко превысит эту сумму в течение каждого года.

Геотермальные системы отлично подходят для новых домов

Говоря о добавлении GHP в планы вашего нового дома, это правда, что геотермальные системы легче (и, возможно, дешевле, в зависимости от таких вещей, как состояние почвы и геология на вашем новом домашнем участке), чтобы построить с нуля с новым дома, чем они предназначены для модернизации в большинстве существующих домов.Почему?

• Во многих старых домах, которые используют бойлер и радиаторы для отопления, отсутствуют необходимые воздуховоды, необходимые для центральных систем кондиционирования воздуха. GHP нужны воздуховоды для распределения как теплого, так и охлажденного воздуха по всему дому в зависимости от сезона.
• При новом строительстве остается меньше соображений относительно того, как сделать соответствующие подземные контуры хладагента GHP подходящими для дома. Существующий дом и другие постройки на участке могут вызвать проблемы с доступностью земли и дорогостоящие инженерные сооружения.

Преимущества замкнутого цикла по сравнению с разомкнутым контуром

Это правда, что многие бытовые GHP используют замкнутые системы для теплообмена, и это связано с гибкостью, предлагаемой различными конфигурациями, а также с экономической эффективностью. Например, диагональные системы обычно не занимают много места и подходят для небольших домашних участков. Горизонтальным установкам требуется больше места для рытья траншей для петель, но они могут приспособиться к более трудным для раскопок геологическим условиям.

Для людей, которые обеспокоены использованием антифризов или хладагентов, в системах с открытым контуром в качестве теплоносителя используется только вода. Эта вода берется из земли и возвращается на землю после того, как система ее использовала.

Минусы геотермального отопления

Как мы обсуждали ранее, одним из основных недостатков геотермальных систем отопления является высокая стоимость установки, особенно для определенных проектов модернизации или замены тепловых насосов. Кроме того, для работы GHP по-прежнему требуется электричество, поэтому, хотя это оборудование HVAC более устойчиво, чем обычные тепловые насосы с воздушным источником, оно не является полностью экологически чистым (особенно если вы живете в районе, где электричество производится за счет сжигания угля). растения или другие невозобновляемые источники).

Общие проблемы

Серьезной проблемой геотермальных систем, особенно в таких регионах, как наш здесь, в Центральной Пенсильвании, где много лесов и даже некоторые сейсмические сдвиги (или землетрясения), является повреждение подземных петель. Особенно в системах с замкнутым контуром, где хладагент используется в качестве теплоносителя, разрыв подземных трубопроводов может привести к загрязнению почвы и грунтовых вод, а также требует больших затрат на ремонт.

Проблемы с замкнутым контуром vs.Системы открытого цикла

Как упоминалось выше, повреждение замкнутых контуров может быть катастрофическим и всегда сопряжено с риском, поскольку корни деревьев или роющие животные могут вызвать разрыв труб и утечку жидкости. В этом случае системы с открытым контуром немного менее опасны, поскольку используют только воду, но их устанавливают реже из-за специфических требований к месту. Также существует вероятность того, что скважинные насосы, необходимые для циркуляции воды в этих системах, могут сбрасывать такие загрязнители, как диоксид серы.

Подходит ли геотермальный тепловой насос для вашего дома?

Добавление новой геотермальной системы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха в существующий дом может оказаться невозможным, но иногда более высокие затраты на установку становятся реальностью в проектах модернизации.Добавление воздуховодов в ваш дом или необходимость завершения земляных инженерных работ, чтобы знать, где можно установить контуры хладагента, не нарушая существующие конструкции, подземные коммуникации или зрелый ландшафт, такой как большие тенистые деревья, может привести к увеличению общей стоимости.

В зависимости от ваших приоритетов геотермальная энергия может быть отличным вариантом для вашего нового дома или коммерческого здания. В дополнение к преимуществам GHP, которые мы уже обсуждали, эти системы можно масштабировать для эффективного обогрева и охлаждения зданий практически любого размера.

Trust Ressler & Mateer для геотермальных систем отопления

Готовы обсудить геотермальные тепловые насосы для вашего нового или существующего дома или коммерческой недвижимости? Ressler & Mateer обладает специальными техническими знаниями, необходимыми для правильной установки этих систем на .