Verksmiðja ákveður að hylja stóra, opna heitavatnstankinn sinn með þykku, einangruðu loki til að spara orku og draga úr gufu og gufum. Núverandi PTFE hitari, sem var fullkomlega sniðinn fyrir opna tankinn, verður skyndilega gríðarmikill yfirgangur fyrir nýja, yfirbyggða stöðuga aðgerðina. Hins vegar er enn þörf á að hita kalda tankinn úr umhverfinu á morgnana. Stærð á nýjum hitara eða endurnýjunarhitara fyrir þessa endurbyggðu atburðarás krefst útreiknings á skiptum persónuleika. ThePTFE hitari í stærð eftir endurfesta einangruðu lokiUmsóknin verður að gera grein fyrir tveimur algjörlega aðskildum hitauppstreymi: óbreyttu upphitunarafli og verulega minnkað viðhaldsafl.
Tvær aðskildar skyldur PTFE dýfingarhitara
Heildarafl PTFE dýfahitara verður að uppfylla tvær sjálfstæðar kröfur. Einn er óbreyttur af því að bæta við loki; hitt minnkar verulega.
1. Upphitunarskylda (óbreytt af lokinu)
Upphitunarskyldan er krafturinn sem þarf til að hækka allan massa vökvans úr kaldasta væntanlegu inntakshitastigi hans (td 10 gráður á veturna) í æskilegan rekstrarstillingu (td 80 gráður) innan tiltekins tíma (td 2 klst.). Þetta er reiknað út með því að nota grunnhitajöfnuna:
P_heat-up=(m × Cp × ΔT) / (t × 3600)
Hvar:
m=massi vökva (kg)
Cp=sérvarmageta vökvans (td 4,18 kJ/kg·K fyrir vatn)
ΔT=hitastigshækkun (K eða gráðu)
t=æskilegur upphitunartími (klst.)
Niðurstaðan er í kílóvöttum (kW)
Einangrað lok hefur engin áhrif á þennan útreikning. Lokið er ekki sett upp á meðan á upphitunarskeiðinu stendur-tankurinn byrjar kaldur og lokinu er venjulega aðeins lokað eftir að tankurinn er fylltur og hitun hefst. Jafnvel þó að lokinu sé lokað frá upphafi dregur það ekki úr hitamassa vökvans eða nauðsynlegri hitahækkun. Upphitunaraflið fer eingöngu eftir vökvamagni, sérhita og æskilegum rampahraða. Þess vegna helst þetta gildi nákvæmlega það sama fyrir endurbyggðan tank og fyrir opinn tank.
2. Viðhaldsskylda (lækkar verulega með lokinu)
Viðhaldsskyldan er krafturinn sem þarf til að vega upp á móti stöðugu hitatapi frá tankinum við stöðugt rekstrarhitastig. Hiti tapast í gegnum þrjár leiðir:
Uppgufun á yfirborði vökva– Venjulega ríkjandi tap fyrir opna heitavatnstanka.
Hliðar- og botnveggir– Leiðni í gegnum tankefni og einangrun (ef einhver er).
Lagnatengingar og festingar— Minniháttar tjón.
Einangrað lok útilokar nánast uppgufunatap með því að loka vökvayfirborðinu frá andrúmsloftinu. Lokið dregur einnig úr tapi frá konvefjun og geislun að ofan. Fyrir vikið getur heildarviðhaldsálag minnkað um 40–60% eða meira, allt eftir einangrunarþykkt loksins og hitastigi tanksins. Til dæmis gæti opinn 80 gráðu vatnsgeymir þurft 10 kW af viðhaldsafli; með vel passandi einangruðu loki gæti sami tankur þurft aðeins 4–5 kW.
Stærðarágreiningurinn: Hvers vegna lægra viðhaldsrafl getur ekki verið eina viðmiðið
Ef hitari væri eingöngu að stærð eftir nýju, lægri viðhaldsálagi (td 5 kW í stað 10 kW), væri hann fær um að halda geyminum heitum einu sinni á settpunkti. Hins vegar myndi taka óraunverulega langan tíma að hita tankinn úr kulda. Með sama dæmi gæti 5 kW hitari þurft 8–10 klukkustundir til að lyfta 2000 lítrum af vatni úr 10 gráðum í 80 gráður, en rétt stór 15 kW upphitunarhitari myndi ná því á 2 klukkustundum. Í framleiðsluumhverfi væri svo langur upphitun óviðunandi.
Þess vegna verður endanlega valið hitaraafl að verastærra af tveimur gildum: óbreytt upphitunarafl. Lokið sparar orku, en það breytir ekki eðlisfræðinni um hversu mikla orku það tekur að hita kaldan tank úr umhverfishita í vinnuhita.
Hagnýtt stærðardæmi
Íhugaðu 1500 lítra málningartank fylltan af vatni. Æskilegt hitastig: 80 gráður. Inntakshiti: 15 gráður. Æskilegur upphitunartími: 2 klst.
Upphitunarútreikningur:
m=1500 kg
Cp=4.18 kJ/kg·K
ΔT = 65 K
t = 2 h
P_heat-up=(1500 × 4,18 × 65) / (2 × 3600)=56.6 kW
Viðhaldsútreikningur (opinn tankur):
Flatarmál=2 m² (dæmi)
Uppgufunartap ≈ 5 kW við 80 gráður
Veggtap ≈ 2 kW
Samtals ≈ 7 kW
Viðhaldsútreikningur (með einangruðu loki):
Uppgufunartap ≈ 0,5 kW (lágmark)
Veggtap óbreytt ≈ 2 kW
Samtals ≈ 2,5 kW
Upphitunarþörfin (56,6 kW) er mun meiri en annað hvort viðhaldstalan. Hitarinn þarf að vera í stærð fyrir 56,6 kW, óháð lokinu. Lokið leyfir ekki minni hitari; það dregur aðeins úr vinnuferli hitara þegar settmarkinu er náð. Í reynd mun 56,6 kW hitarinn kveikja og slökkva á sér til að veita 2,5 kW viðhaldsálagi, sem gengur aðeins 4–5% af tímanum. Orkusparnaðurinn er að veruleika með því að draga úr hjólreiðum, ekki með minni uppsettu afkastagetu.
Watt þéttleiki takmarkanir og hitari líkamleg stærð
Upphitunaraflið verður að berast í gegnum PTFE slíðið án þess að fara yfir leyfilega hámarkshitastig yfirborðshita slíðunnar (venjulega 110 gráður). Wattþéttleiki (W/cm²) er lykilatriðið. Fyrir tiltekið áskilið upphitunarafl þarf stærra yfirborð hitara (þ.e. líkamlega lengra eða fleiri slöngubúnt) til að halda wattaþéttleikanum innan öruggra marka. Að bæta við loki slakar ekki á vattaþéttleikatakmörkunum; enn þarf sama upphitunarafl.
Til dæmis, 56,6 kW hitari með hámarks leyfðan wattaþéttleika 5 W/cm² krefst lágmarksyfirborðs slíðunnar sem er 56.600 / 5=11,320 cm² (1,13 m²). Ef 15 kW hitari væri fyrir mistök valinn miðað við viðhaldsálagið einni og sér væri nauðsynlegt yfirborðsflatarmál aðeins 0,3 m², sem væri allt of lítið til að ná 56,6 kW upphituninni.
Þannig er stærð hitara (lengd rörs, fjöldi röra eða fjöldi dýfingareininga) ráðist af upphitunarskyldunni, ekki viðhaldsskyldunni. Lokið breytir því ekki.
Orkusparnaður að veruleika með því að draga úr vinnulotu
Þegar hitari af réttri stærð hefur verið settur upp skilar einangruðu lokinu ávinningi sínum með því að draga úr virkni hitarans meðan hann er í stöðugu ástandi. Stýribúnaður hitarans mun kveikja og slökkva á straumnum til að viðhalda settmarkinu. Með lokinu lækkar nauðsynlegt viðhaldsafl úr (í dæminu) 7 kW í 2,5 kW. Fyrir 56,6 kW hitara er álagshlutfallið (vinnulotan) meðan á viðhaldi stendur:
Án loks: 7 / 56.6=12.4% á tíma
Með loki: 2,5 / 56.6=4.4% á tíma
Heildarorka sem notuð er á 24 klst. tímabili er viðhaldsaflið (í kW) margfaldað með 24 klst., óháð stærð hitara. Stærri hitari kviknar einfaldlega sjaldnar. Heildarorka sparað á dag=(7 kW – 2,5 kW) × 24 klst.=108 kWst. Lokið borgar sig í orkusparnaði á meðan hitarinn er áfram fær um að hita upp sem þarf.
Yfirlit yfir stærðarskref fyrir endurbyggingu með einangruðu loki
| Skref | Aðgerð |
|---|---|
| 1 | Reiknaðu upphitunaraflið (P_hu) með því að nota kaldasta inntakshitastigið, æskilegt stillingarstig, massa og æskilegan upphitunartíma. |
| 2 | Reiknaðu viðhaldsaflið (P_m) fyriropinn tankur(forendurbygging) og síðan fyrirtankur með loki(eftir-endurbygging). Notaðu P_m(lokið) til að meta orkusparnað. |
| 3 | Áskilið hitaraafl=P_hu (ekki P_m(lokið)). |
| 4 | Gakktu úr skugga um að wattaþéttleiki valins hitara (heildarafl deilt með yfirborði slíðunnar) sé minna en eða jafnt við mörk framleiðanda (venjulega 5–10 W/cm² fyrir vatn). |
| 5 | Settu hitarann upp með sama afli og fyrir opinn tank. Lokið mun draga úr vinnulotunni sjálfkrafa. |
| 6 | Ekki minnka hitarinn miðað við lægra viðhaldsálag. |
Algeng mistök: Undirmál eftir uppsetningu loksins
Algeng villa í endurbótaverkefnum er að gera ráð fyrir því að vegna þess að lokið dregur úr hitatapi sé hægt að setja upp minni hitara. Þetta leiðir til óviðunandi langs upphitunartíma, svekktra rekstraraðila og oft til kaupa á öðrum hitara. Rétta aðferðin er að halda stærð hitara óbreyttri (eða jafnvel auka hana ef upphaflegi upphitunartíminn var lélegur) og láta lokið veita orkusparnaðinn með minni hjólreiðum.
Niðurstaða
Að setja aftur einangruð lok á tank er frábær orkusparandi ráðstöfun, en hitarinn verður samt að vera stærð fyrir upphitunarskyldu í versta tilfelli. Lokið dregur úr langtímarekstrarkostnaði með því að lækka viðhaldsálagið, en það breytir ekki líkamlegri þörf fyrir afl til að hækka kalda vökvann að hitastigi. ThePTFE hitari í stærð eftir endurfesta einangruðu lokiferlið krefst þess að reikna út óbreytt upphitunarafl og nota það sem lokaafl, á meðan ávinningur loksins sést í minni vinnulotu. Hitari er að stærð fyrir sprettinn-til að ná geyminum hratt upp í hitastig-ekki fyrir siglinguna. Lokið gerir siglinguna einfaldlega hagkvæmari.
