Tehdas päättää peittää suuren, avoimen kuumavesisäiliönsä paksulla, eristetyllä kannella säästääkseen energiaa ja vähentääkseen höyryä ja höyryjä. Nykyisestä PTFE-lämmittimestä, joka oli täydellisesti mitoitettu avoimelle säiliölle, tulee yhtäkkiä valtava ylilyönti uudelle, katetulle vakaan tilan toiminnalle. Sitä tarvitaan kuitenkin edelleen kylmäsäiliön lämmittämiseen ympäristöstä aamulla. Uuden tai korvaavan lämmittimen koon määrittäminen tätä jälkiasennettavaa skenaariota varten vaatii jaetun persoonallisuuden laskelman. ThePTFE-lämmittimen mitoitus jälkiasennettava eristetty kansisovelluksen on otettava huomioon kaksi täysin erillistä lämpötehtävää: muuttumaton lämmitysteho ja dramaattisesti pienempi huoltoteho.
PTFE-uppolämmittimen kaksi erillistä tehtävää
PTFE-sähkölämmittimen kokonaistehon on täytettävä kaksi riippumatonta vaatimusta. Kannen lisääminen ei vaikuta yhteen; toinen pienenee huomattavasti.
1. Heat-Up Duty (kannen muuttamana)
Lämmitysvelvollisuus on teho, joka tarvitaan nostamaan koko nestemassa sen kylmimmästä odotetusta tulolämpötilasta (esim. 10 astetta talvella) haluttuun toiminnan asetusarvoon (esim. 80 astetta) tietyn ajan (esim. 2 tunnin) kuluessa. Tämä lasketaan käyttämällä peruslämpöyhtälöä:
P_lämmitys=(m × Cp × ΔT) / (t × 3600)
Jossa:
m=nesteen massa (kg)
Cp=nesteen ominaislämpökapasiteetti (esim. 4,18 kJ/kg·K vedelle)
ΔT=lämpötilan nousu (K tai aste )
t=haluttu lämpenemisaika (tunteja)
Tulos on kilowatteina (kW)
Eristetty kansi ei vaikuta tähän laskelmaan. Kantta ei asenneta lämmitysvaiheen aikana-säiliö käynnistyy kylmänä, ja kansi suljetaan yleensä vasta, kun säiliö on täytetty ja lämmitys alkaa. Vaikka kansi olisi kiinni alusta alkaen, se ei vähennä nesteen lämpömassaa tai vaadittua lämpötilan nousua. Lämmitysteho riippuu yksinomaan nestetilavuudesta, ominaislämmöstä ja halutusta ramppinopeudesta. Siksi tämä arvo pysyy täsmälleen samana jälkiasennetulle säiliölle ja avoimelle säiliölle.
2. Ylläpitovelvollisuus (kansi vähentää dramaattisesti)
Huoltovelvollisuus on teho, joka tarvitaan tasaamaan jatkuvat lämpöhäviöt säiliöstä tasaisessa käyttölämpötilassa. Lämpöä menetetään kolmella tavalla:
Nesteen pinnan haihtuminen– Tyypillisesti vallitseva häviö avoimissa kuumavesisäiliöissä.
Sivu- ja alaseinät– Johto säiliön materiaalin ja eristyksen (jos on) läpi.
Putkien liitännät ja liittimet– Pienet tappiot.
Eristetty kansi eliminoi haihtumishäviön käytännössä sulkemalla nestepinnan ilmakehästä. Kansi vähentää myös konvektiivisia ja säteilyhäviöitä ylhäältä. Näin kokonaishuoltokuormitusta voidaan leikata 40–60 % tai enemmän riippuen kannen eristeen paksuudesta ja säiliön lämpötilasta. Esimerkiksi avoin 80 asteen vesisäiliö saattaa vaatia 10 kW huoltotehoa; hyvin istuvalla eristetyllä kannella sama säiliö voi tarvita vain 4–5 kW.
Mitoitusristiriita: Miksi pienempi huoltoteho ei voi olla ainoa kriteeri
Jos lämmitin mitoittaisi vain uudella, pienemmällä huoltokuormalla (esim. 5 kW 10 kW:n sijaan), se pystyisi pitämään säiliön lämpimänä kerran asetuspisteessä. Säiliön lämmittäminen kylmästä kestäisi kuitenkin epäkäytännöllisen kauan. Samaa esimerkkiä käytettäessä 5 kW:n lämmitin saattaa vaatia 8–10 tuntia nostaakseen 2000 litraa vettä 10 astetta 80 asteeseen, kun taas oikean kokoinen 15 kW:n lämpölämmitin saavuttaisi sen 2 tunnissa. Tuotantoympäristössä näin pitkä lämmitys ei olisi hyväksyttävää.
Siksi lopullisen valitun lämmittimen tehon on oltavasuurempi kahdesta arvosta: muuttumaton lämmitysteho. Kansi säästää energiaa, mutta se ei muuta fysiikkaa, kuinka paljon energiaa kuluu kylmän säiliön lämmittämiseen ympäristön lämpötilasta käyttölämpötilaan.
Käytännön mitoitusesimerkki
Harkitse 1500 litran pinnoitussäiliötä, joka on täytetty vedellä. Haluttu käyttölämpötila: 80 astetta. Tulolämpötila: 15 astetta. Haluttu lämmitysaika: 2 tuntia.
Lämpenemislaskenta:
m=1500 kg
Cp=4.18 kJ/kg·K
ΔT = 65 K
t = 2 h
P_lämmitys=(1500 × 4,18 × 65) / (2 × 3600)=56.6 kW
Huoltolaskelma (avosäiliö):
Pinta-ala=2 m² (esimerkki)
Haihtumishäviö ≈ 5 kW 80 asteessa
Seinähäviö ≈ 2 kW
Yhteensä ≈ 7 kW
Huoltolaskenta (eristetyllä kannella):
Haihtumishäviö ≈ 0,5 kW (minimi)
Seinähäviö muuttumaton ≈ 2 kW
Yhteensä ≈ 2,5 kW
Lämmitystarve (56,6 kW) on paljon suurempi kuin kumpikaan huoltoarvo. Kiukaan tulee olla mitoitettu 56,6 kW:lle kannesta riippumatta. Kansi ei salli pienempää lämmitintä; se vähentää lämmittimen käyttöjaksoa vasta, kun asetuspiste on saavutettu. Käytännössä 56,6 kW:n lämmitin kytkeytyy päälle ja pois päältä 2,5 kW:n huoltokuormituksen saavuttamiseksi ja käy vain 4–5 % ajasta. Energiansäästö toteutuu vähentämällä pyöräilyä, ei pienemmällä asennetulla kapasiteetilla.
Wattitiheysrajoitukset ja lämmittimen fyysinen koko
Lämmitysteho on toimitettava PTFE-vaipan läpi ylittämättä vaipan suurinta sallittua pintalämpötilaa (yleensä 110 astetta). Wattitiheys (W/cm²) on avainparametri. Tiettyä vaadittua lämmitystehoa varten tarvitaan suurempi lämmittimen pinta-ala (eli fyysisesti pidempi tai useampi putkinippu), jotta wattitiheys pysyy turvallisissa rajoissa. Kannen lisääminen ei vähennä wattitiheyden rajoitusta; Sama lämmitysteho tarvitaan edelleen.
Esimerkiksi 56,6 kW:n lämmitin, jonka suurin sallittu wattitiheys on 5 W/cm², vaatii vähintään 56 600 / 5=11 320 cm² (1,13 m²) vaipan pinta-alan. Jos 15 kW:n lämmitin valittaisiin vahingossa pelkän huoltokuorman perusteella, tarvittava pinta-ala olisi vain 0,3 m², mikä olisi aivan liian pieni 56,6 kW:n lämmityksen saavuttamiseen.
Siten lämmittimen koon (putken pituus, putkien lukumäärä tai upotuselementtien lukumäärä) määrää lämmitys, ei huoltotarve. Kansi ei muuta asiaa.
Energiansäästö saavutettu käyttöjakson pienentämisellä
Kun oikean kokoinen lämmitin on asennettu, eristetty kansi tarjoaa etujaan vähentämällä lämmittimen käyttöaikaa vakaan tilan aikana. Lämmittimen säädin kytkee virran päälle ja pois päältä ylläpitääkseen asetusarvoa. Kannen avulla tarvittava huoltoteho putoaa (esimerkissä) 7 kW:sta 2,5 kW:iin. 56,6 kW:n lämmittimen käyttöaikaosuus (käyttöjakso) huollon aikana on:
Ilman kantta: 7 / 56.6=12.4 % päälläoloajasta
Kannen kanssa: 2,5 / 56.6=4.4 % päälläoloajasta
Absoluuttinen kulutettu energia 24 tunnin aikana on huoltoteho (kW) kerrottuna 24 tunnilla lämmittimen koosta riippumatta. Isompi lämmitin kytkeytyy päälle harvemmin. Kokonaissäästöenergia päivässä=(7 kW – 2,5 kW) × 24 h=108 kWh. Kansi maksaa itsensä takaisin energiansäästönä, kun taas kiuas pystyy lämmittämään tarvittavalla tavalla.
Yhteenveto eristetyllä kannella varustetun jälkiasennuksen mitoitusvaiheista
| Vaihe | Toiminta |
|---|---|
| 1 | Laske lämmitysteho (P_hu) käyttämällä kylmimpää tulolämpötilaa, haluttua asetusarvoa, massaa ja haluttua lämmitysaikaa. |
| 2 | Laske huoltoteho (P_m)avoin säiliö(esiasennus) ja sittenkannellinen säiliö(jälkiasennuksen jälkeen). Käytä P_m(kansi) energiansäästöarviointiin. |
| 3 | Vaadittu lämmittimen teho=P_hu (ei P_m(kansi)). |
| 4 | Varmista, että valitun lämmittimen wattitiheys (kokonaisteho jaettuna vaipan pinta-alalla) on pienempi tai yhtä suuri kuin valmistajan raja (yleensä 5–10 W/cm² vedelle). |
| 5 | Asenna lämmitin samalla teholla kuin avoimessa säiliössä. Kansi vähentää käyttöjaksoa automaattisesti. |
| 6 | Älä pienennä lämmittimen kokoa pienemmän huoltokuorman perusteella. |
Yleinen virhe: Alimitoitus kannen asennuksen jälkeen
Jälkiasennusprojekteissa yleinen virhe on oletus, että koska kansi vähentää lämpöhäviöitä, voidaan asentaa pienempi lämmitin. Tämä johtaa kohtuuttoman pitkiin lämpenemisaikoihin, turhautuneisiin käyttäjiin ja usein toisen lämmittimen ostoon. Oikea tapa on pitää lämmittimen koko ennallaan (tai jopa lisätä sitä, jos alkuperäinen lämpenemisaika oli marginaalinen) ja antaa kannen säästää energiaa vähentämällä kiertoa.
Johtopäätös
Säiliön eristetyn kannen asentaminen jälkikäteen on loistava energiansäästötoimenpide, mutta lämmitin on silti mitoitettava pahimman tapauksen lämmitystyöhön. Kansi vähentää pitkän aikavälin käyttökustannuksia alentamalla huoltokuormaa, mutta se ei muuta fyysistä tehon tarvetta kylmän nesteen nostamiseksi lämpötilaan. ThePTFE-lämmittimen mitoitus jälkiasennettava eristetty kansiProsessi edellyttää muuttumattoman lämmitystehon laskemista ja sen käyttämistä lopullisena tehona, kun taas kannen hyöty näkyy pienentyneenä käyttöjaksona. Lämmitin on mitoitettu sprintti-saatamaan säiliön nopeasti lämpötilaan-ei risteilyä varten. Kansi tekee risteilystä yksinkertaisesti taloudellisemman.
