Энергетическая революция: замена чугунной батареи

Энергетическая революция: замена чугунной батареи

При решении о замене чугунных батарей отопления на современные радиаторы необходимо учитывать несколько важных факторов:

Стоимость замены . Замена отопительных систем может влечь за собой значительные начальные затраты, включая покупку новых радиаторов и возможно изменение разводки труб. Современные радиаторы могут быть дороже в приобретении, а также потребовать дополнительных работ по установке и настройке системы.

Состояние существующей системы отопления . Важно оценить текущее состояние системы. Если трубы или котел находятся в удовлетворительном состоянии, возможно, будет достаточно просто заменить радиаторы. Однако если система устарела или требует частого ремонта, полная замена может быть более экономичным и надежным решением.

Требования к теплоотдаче . Необходимо учитывать изменения в потребностях отопления. Современные радиаторы обеспечивают более высокую теплоотдачу и могут быть более подходящими для больших или плохо изолированных помещений. Оценка тепловых потерь и нужд в отоплении поможет определить оптимальный тип и размер радиаторов.

Эстетические предпочтения . Современные радиаторы предлагают больше вариантов в плане дизайна и цвета, что может быть важным фактором при выборе, особенно в интерьерах с современной или минималистичной отделкой.

Экологические соображения . Современные радиаторы более энергоэффективны, что может уменьшить воздействие на окружающую среду и снизить потребление энергии. Однако также стоит учитывать экологический след производства и утилизации старых чугунных радиаторов.

Связанные вопросы и ответы:

Чем отличается новая батарея от чугунной

Выбору приборов отопления уделяется чрезвычайно много внимания. Покупателям рекомендуют, как оказавшиеся уже общепринятыми батареи чугунные, так и имеющие модный евро дизайн – биметаллические радиаторы.

Чтобы установить, какие радиаторы отопления лучше, биметаллические или чугунные, необходимо сосредоточить внимание на различиях в конструкции, отдаче тепла и других параметрах.

В ЧЕМ ЖЕ РАЗНИЦА ЧУГУННЫХ РАДИАТОРОВ и БИМЕТАЛЛИЧЕСКИХ?

Чугунные батареи устанавливали раньше в квартирах и домах советского периода повсеместно. Приборы имели простое устройство и применялись при присоединении как к центральным, так и автономным системам отопления. Массовое применение объяснялось прочностью чугуна, а также особенностью выдерживать сильный напор. Чугун не образует химических соединений с теплоносителем, не поддается сильной коррозии.

Низкой отдаче тепла чугуна уделялось тогда недостаточно внимания, так как уголь и газ стоили недорого. Средняя мощность теплоотдачи одной секции чугунной батареи составляет 120 -130 Вт. Для того, чтобы нагреть толстые стенки металла, необходим большой объем тепловой энергии (для поддержания температура нагрева около 45°С нужно разогреть носитель тепла до 75°С).

Отличия между биметаллическими и чугунными теплоносителями несложно представить, разобрав особенности внутреннего устройства.

Конструкция радиатора из биметалла заключается в:

• Сердечник – внутри корпуса находится стальной или медный сосуд-трубка, по которой движется жидкий теплоноситель, а это значит, что контактирует с горячей водой только внутренняя часть батареи. Сталь и медь не подвергаются коррозии и не разрушаются под действием агрессивной среды носителя тепла.
• Алюминиевый корпус. Внутренний стержень окружен алюминиевой оболочкой, имеющей термоконвекционные ребра для повышения результативности обогрева.

Следовательно, биметаллические радиаторы отопления отличаются от чугунных своим внутренним устройством. При изготовлении применяется алюминий, сталь или медь - металлы с максимальной отдачей тепла.

ЧТО ТЕПЛЕЕ: БИМЕТАЛЛИЧЕСКИЕ РАДИАТОРЫ ИЛИ ЧУГУННЫЕ

Если сравнивать отдачу тепла, то это явно не в пользу чугунных батарей. В процессе нагрева примерно ⅓ тепловой энергии уходит на прогрев металла. У чугуна коэффициент теплопроводности равен 52, а у алюминия 220 и у меди 380. Значит эффективность теплоотдачи у биметаллических приборов больше, чем у аналогов из чугуна в четыре раза.

Необходимо иметь в виду еще один момент. Биметаллические радиаторы охлаждаются фактически сразу после отключения котла, а чугун остается теплым еще некоторое время.

ИТАК, АЛЬТЕРНАТИВА РАДИАТОРОВ ОТОПЛЕНИЯ – БИМЕТАЛЛИЧЕСКИЕ ИЛИ ЧУГУННЫЕ

Что же всё-таки лучше, биметаллические или чугунные батареи? Биметаллические вернее. Чтобы удостовериться в этом, достаточно провести параллельную характеристику биметаллических и чугунных приборов отопления.

• Тепловая отдача биметаллических радиаторов выше в четыре раза, чем у чугунных.
• Свойство выдерживать напор давления и не вступать в химические реакции с агрессивной средой теплоносителя примерно одни и те же. Но при резком скачке напора в системе до 15 атм. чугун может дать трещину, а алюминиево-стальная система выдержит.
• Соотношение сегментов радиаторов. Мощность тепла одного «ребра» из чугуна составляет 100-160 Вт, у биметалла 150-180 Вт.

Поменять чугунные радиаторы на биметаллические – это разумное и рациональное решение . Несмотря на то, что цена последних немного выше, но финансовые затраты возместятся благодаря высокой отдаче тепла.

Какие преимущества имеет новая батарея перед чугунной

Сравнение чугунных радиаторов со стальными вполне корректно, поскольку обе группы изделий относятся к приборам отопления, пригодным для широкого использования. При этом сталь и чугун имеют существенные отличия в свойствах, которые влияют на эксплуатационные характеристики готовых изделий. Рассмотрим ключевые особенности каждого типа приборов.

При выборе радиатора отопления потенциальный покупатель ориентируется на основные характеристики:

• размеры и вес полного изделия;
• возможность выбора из разных форматов;
• возможность простого крепления с учетом имеющихся стандартных решений;
• износостойкость и долговечность с учетом условий эксплуатации;
• для радиатора большое значение имеет скорость нагрева и способность удерживать температуру (тепловая инерционность);
• прочность при возникновении сторонних усилий.

У отопительных приборов из разных материалов эти показатели будут отличаться.

Какие радиаторы тяжелее

Первое, что бросается в глаза при сравнении чугунных и стальных радиаторов, это их вес. Первые гораздо тяжелее, несмотря на то, что плотность большинства видов стали больше плотности чугуна. Дело в том, что для получения равнопрочных изделий потребуется увеличить толщину чугунной стенки в сравнении со стальной. Это сказывается на конечном весе изделия - вес стального радиатора Гармония 1-155-3 из трех одноколоночных секций высотой 200 мм составит 3,3 кг (без заполнения). Вес аналогичного чугунного радиатора окажется в пределах 5 - 5,5 кг из-за большего количества металла.

Разница в вариантах дизайна и простоте монтажа

При использовании современной технологии возможность придать чугуну разные формы существенно расширилась. Сейчас выпускаются радиаторы трубчатые и пластинчатые, в корпусе и без него. Есть модели с красивой имитацией ковки на поверхности. При этом вариантов дизайна чугунных батарей заметно меньше в силу большей сложности производства.

То же касается и простоты монтажа, крепления к стене - чугунные батареи требуют более прочных деталей и особо надежного монтажа в стену. Стальные батареи трубчатого типа не требуют столь большого внимания к прочности крепежа.

Долговечность и прочность радиаторов

Реакция стали и чугуна на нагрузки принципиально разная. Чугунный радиатор чувствителен к нагрузке на излом, ударам, внутреннему воздействию при скачке давления - гидроудару. При неосторожном приложении усилия во время монтажа, толчке или перепаде давления батарея может дать трещину. Стальной трубчатый радиатор, способный прослужить 15 - 25 лет в зависимости от модели, переносит такие нагрузки без потерь.

Долговечность чугуна бесспорна, но многое зависит от условий эксплуатации. При изготовлении стальных трубчатых радиаторов внутри секций создается защитное покрытие, предотвращающее коррозию. Аналогичная обработка чугуна обходится дороже.

Какие проблемы решает замена чугунной батареи

• Большой вес. Чугун – очень тяжелый металл, вес одной секции чугунного радиатора может достигать нескольких килограмм. В среднем, это в 2-3 раза больше, чем вес секции биметаллической батареи, и в 4-6 раз больше по сравнению с весом алюминиевого радиатора. .
• Цена. Одна секция чугунного радиатора заметно дороже, чем аналогичная по размерам и теплоотдаче секция биметаллической или алюминиевой батареи.
• Невозможность установки в систему с автоматической регулировкой. Конструктивные особенности батареи и свойства металла будут препятствовать получению датчиками актуальной информации о температуре теплоносителя и поверхности. При выборе того, какие лучше поставить батареи отопления в квартире, обязательно учтите этот нюанс.
• Низкая эффективность. За счет тепловой инерционности на обогрев квадратного метра площади уйдет гораздо больше энергии и теплоносителя, чем в случае с другими типами батарей. Это может быть совершенно непринципиально, если отопление у вас централизованное, и вы платите исходя из квадратуры дома. Но если у вас газовый котел – придется тратить больше собственных денег, причем уходить они будут преимущественно на обогрев самой батареи, а не на повышение температуры в помещении.
• Неэстетичный внешний вид. Отметим, что это касается лишь старых батарей, но, если у вас как раз такие – едва ли они гармонично впишутся в современную обстановку. Чугунные батареи нового образца в этом плане ничем не отличаются от биметаллических или алюминиевых «собратьев» – они смотрятся современно и стильно, отлично впишутся в интерьер любой квартиры.

Какие технологии используются при производстве новой батареи

За создание литий-ионной технологии трое ученых получили Нобелевскую премию по химии в 2019 году. Ведь в том числе благодаря их изобретению расширились возможности по использованию портативной техники (ноутбуков, смартфонов, планшетов). Сегодня к накопителям энергии предъявляют все более высокие требования, и это подталкивает к поиску новых технологий. Важен баланс между габаритами, энергетическими характеристиками и ценой. Первые два параметра можно настраивать в широком диапазоне, но цена остается серьезным препятствием. Да и технологии, использующие литий, упираются в ограничение: лития в природе не так много, а его добыча обходится достаточно дорого. Прогресс последних лет затрагивает, скорее, энергоэффективность, а не качественные характеристики. Хотя разработок много, инновации не так быстро попадают на массовый рынок.

Развитие батарей для электротранспорта, складской техники и космической отрасли происходят существенно быстрее. Технологический рывок произойдет и на массовом рынке, но для этого производители мобильной техники должны выбрать автономность устройств как ключевой элемент добавленной стоимости. Однако ожидание будет долгим. По оценкам Международного энергетического агентства, основной технологией в ближайшие десятилетия останутся литиевые аккумуляторы. Выход новых разработок на рынок прогнозируются не ранее 2025 года. Но фундамент будущих изменений закладывается уже сейчас, основные тренды связаны с технологией быстрой зарядки, уменьшением габаритов и повышением срока службы аккумуляторов.

Как новая батарея влияет на экологию

Повод - Бородкин Тимофей Михайлович 1 Бариленко С.С. 1

---

1 ФГКОУ "Ставропольское президентское кадетское училище"

Автор работы награжден дипломом победителя III степени

Диплом школьника Свидетельство руководителя Свидетельство руководителя

Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

Различными аккумуляторами и батарейками мы пользуемся повсеместно. Это и карманный фонарик, и электронные часы, и пульт управления проектором, и проведение лабораторных работ на уроках физики, а также в процессе службы: в походе, при использовании автономных станций, устройств, военнослужащему необходимо пользоваться батарейками. Возникает ряд вопросов: какие батарейки наиболее эффективны и обладают лучшими электрическими свойствами? Как их правильно использовать, а затем утилизировать? Необходимо оценить степень экологической опасности использованных батареек для человека и окружающей среды и привлечь внимание к экологической проблеме использованных батареек и необходимости их правильной утилизации. Как в походных условиях автономного использования техники продлить ресурс батарейки?

Нами была сформулирована цель работы: изучить физико-химические свойства батареек для разработки предложений по их использованию и утилизации.

Для решения поставленной цели были осуществлены следующие основные задачи:

Изучить состав и строение щелочной и солевой батареек, разработать и изготовить устройство для выяснения их физических и химических характеристик.

Провести социологический опрос среди кадет и сотрудников СПКУ о необходимости утилизации батареек, изучить влияние тяжелых металлов, содержащихся в батарейках на живую среду и растительные организмы.

Проверить экспериментальным путем способы реабилитации батареек.

Сформулировать практические рекомендации по использованию химических источников тока и способах утилизации.

Гипотеза: мы предполагаем,что батарейки негативно воздействуют на окружающую среду, поэтому необходимо найти способы их восстановления или утилизации.

Методология и методы исследования. В работе использованы физико-химические, биохимические методы исследования, а также методы математической и статистической обработки полученных данных. Применены общепринятые методы научного познания: поисковый, анкетирование, эксперимент, наблюдение, сравнение.

Приборы и оборудование : разрядное устройство, амперметр, вольтметр, батарейки различного типа, датчик портативный pН-метр Цифровой лаборатории по химии SCIENCE CUBE, химические реактивы.

Научное и практическое значение работы заключается в обосновании способов утилизации батареек, подбор наиболее результативных приемов восстановления батареек, сведения об этом могут быть использованы в качестве рекомендаций для применения обучающимися и сотрудниками учреждения. Данная исследовательская работаповышает уровень экологической культуры школьников и взрослых по вопросам охраны окружающей среды.

ГЛАВА 1. Обзор литературы

Состав и принцип работы солевых и щелочных батареек

Для определения электрических свойств батареек выбрано два вида: щелочная и солевая. Солевые батарейки - источники электрического тока, возникающего в простейшем устройстве благодаря химической реакции. Вид элементов считается наиболее дешевым, но с малой энергоемкостью, поэтому хорошо подходят для маломощных устройств. В приборах с высоким энергопотреблением, либо с характерными скачками тока нагрузки и температуры, они проработают недолго, поэтому не используются . Устройство солевой батарейки достаточно простое и представляет собой (рис.1 стр. XII ): катод - он же корпус солевой батарейки сделан из высоко очищенного цинка, с улучшенными антикоррозийными свойствами и высокой степенью очистки (минус). Анод - агломерат, изготовлен методом прессовки, смесь MnO _2, графита, с пропиткой электролитом (плюс). Электролит - хлорид аммония либо хлорид цинка, с добавлением загустителя (крахмал). Угольный токовод - проходит по центру, обработан парафиновым составом. Газовая камера - находится вверху, предназначена для сбора газов от химической реакции Защитный футляр - картонный или жестяной для защиты от коррозии, протечек электролита. Щелочная батарея имеет изнаночное строение если сравнивать ее с солевыми источниками тока (рис.2 стр. 12).

Какие отрасли экономики могут быть затронуты заменой чугунной батареи

Характерным трендом для рынка чугунных радиаторов отопления является увеличение ценовых индикаторов на продукцию.

С учетом текущей экономической ситуации и существенного ослабления рубля, а также введенных санкционных мер, для рынка чугунных радиаторов отопления в 2022 году будут характерны следующие тенденции: переориентация экспортных потоков, существенное падение экспорта, замещение традиционных поставщиков-импортеров на субрегиональный импорт, изменение традиционной структурности. Кроме того, ключевые тренды на рынке чугунных радиаторов отопления, согласно прогнозу ROIF EXPERT, изменят свою векторность.

Российский рынок чугунных радиаторов отопления ранее продемонстрировал устойчивую тенденцию роста средних контрактных экспортных цен и контрактных цен на импортируемую продукцию.

С учетом специфики и сезонности импортных закупок чугунных радиаторов отопления наиболее низкий уровень средних контрактных цен при импорте продукции наблюдался по итогам января, а наиболее высокий ценовой параметр зафиксирован в рамках августа. В целом в течение годового рассмотрения средние контрактные цены на импортируемую продукцию показали рост на 416 долл./т.

Анализ средних контрактных цен при экспорте чугунных радиаторов отопления на рынки зарубежных стран наглядно свидетельствует о существенной скорости подъема. Экспортные цены на чугунные радиаторы отопления показали увеличение на 447 долл./т. В годовом рассмотрении наиболее демократичный порядок средних цен на чугунные радиаторы отопления по экспортным контрактам зафиксирован в сентябре, а верхняя граница характерна для экспортных поставок в ноябре.

Подробнее ознакомиться с содержанием исследования по рынку чугунных радиаторов отопления в России, с охватом временных периодов и детализацией по наполняемости можно по ссылке Анализ рынка чугунных радиаторов отопления в России, влияние санкций 2022.

Как новая батарея может повлиять на энергетику в целом

Для Земли в целом источником энергии служит Солнце, выделяющее эту самую энергию в форме электромагнитного излучения. Излучение согревает все живое, а также используется фотосинтезирующими организмами длянеорганических веществ в органику. Последняя, в свою очередь, становится основой всей пищевой цепочки, которая с физической точки зрения представляет собой череду преобразований энергии.

Люди пошли дальше и научились не только утолять голод, но и повышать эффективность своей жизнедеятельности. То есть более полно использовать доступную энергию, что и определило облик современной цивилизации. Началось это свыше миллиона лет назад —надежные свидетельства того, что к этому моменту представители нашего с вами рода Homo уже умели пользоваться как минимум природными очагами возгораний. А 400 тысяч лет назад кострища встречались на стоянках древних людей по всему миру.

До второго-третьего тысячелетия до наступления нашей эры, дрова (гораздо реже — уголь, торф и экскременты животных) оставались единственным доступным людям первичным источником энергии. Затем почти одновременно мы обуздали воду и ветер с помощью соответствующих мельниц. Позднее к ним добавились другие горючие полезные ископаемые — нефть и газ. Лишь с конца XIX века люди начали осваивать геотермальную, атомную и солнечную энергию / ©Mansell Collection, TimeLife

Дрова стали первым доступным человечеству. Этот термин особенно важен — так называется любая форма энергии, которая еще не была преобразована или использована для выполнения работы. В этом случае первичная энергия применялась практически в неизменном виде (с минимальным числом преобразований): горючее превращалось в тепло, которое использовалось для обогрева, приготовления пищи, а также обработки инструментов.

Это очень примитивные способы освоения энергии свыше тех ее форм, что доступны при естественных процессах. Но даже они позволили нашим предкам стать самыми успешными млекопитающими на Земле и во многом подстегнули их эволюцию.

Какие изменения могут произойти в сфере транспорта после замены чугунной батареи

Если с вопросами стоимости и экологии будет покончено, то остальные недостатки современных аккумуляторов можно будет решить с помощью технического прогресса. Одним из вариантов повышения эффективности батареи является добавление в ее состав кремния. Даже если кремний будет составлять менее десяти процентов от состава аккумулятора, это увеличит плотность накапливаемой энергии до 400 ватт-час. Также будет увеличен срок службы и огнестойкость элементов. Батареи с добавлением кремния подходят для быстрой зарядки, а значит, время на полную заправку электрокара можно будет сократить.

Специалисты ABI Research предсказывают постепенное добавление кремния в аккумуляторы в период с 2023 по 2025 годы. Через несколько лет будет создана батарея с показателем плотности энергии 400 ватт-час.

«Литий-кремниевые и твердотельные аккумуляторы — это технологии, на которых будут основаны будущие электрокары», — заявил ведущий аналитик ABI Research Джеймс Ходжсон. Твердотельные батареи отличаются от традиционных тем, что основаны на плотных материалах, например, керамике или стекле. Преимущества подобных аккумуляторов очевидны. Во-первых, чем меньше деталей в компоненте, тем ниже риск поломки. Во-вторых, твердотельные батареи сохраняют 90 процентов емкости даже после пяти тысяч циклов, в-третьих, рассчитаны на быструю зарядку — до 80 процентов за 15 минут.

Основная проблема твердотельных элементов заключается в их дороговизне. Однако и литий-ионные батареи всего каких-то 20 лет назад были дороги в производстве и эксплуатации

Одной из новейших инициатив в улучшении батарей для электрокаров является разработка литий-железо-фосфатных аккумуляторов. Ученые Университета штата Пенсильвания в начале 2021 года создали прототип батареи, которая имеет запас хода 400 километров и заряжается всего за десять минут. Общий ресурс такого элемента составляет более трех миллионов километров. Ключевой особенностью батареи является ее способность быстро нагреваться до 60 градусов и так же быстро остывать. При подключении к источнику энергии тонкая никелевая фольга, один конец которой прикреплен к отрицательной клемме, а другой выходит за пределы ячейки, нагревает внутреннюю часть батареи.

В результате такого самонагрева можно не беспокоиться о неравномерном распределении лития в компоненте или — простыми словами — о возникновении опасной ситуации в процессе быстрой зарядки. Благодаря своей конструкции, литий-железо-фосфатные аккумуляторы предпочтительны в использовании в спортивных электромобилях. «Машина с такой батареей может разгоняться с нуля до 60 километров в час за три секунды и будет “топить”, как Porsche», — отметил заведующий кафедрой машиностроения университета Чао-Ян Ван.

Фото: Michele Tantussi / Reuters

Одним из трендов в автомобилестроении — конкретнее, в сегменте электрокаров последних лет — является постепенная ориентация на бюджетный сектор. Например, Tesla из-за государственных субсидий уже продает в Китае свои автомобили со скидкой, а в недалеком будущем компания намерена выпустить полностью автономный электрокар дешевле 25 тысяч долларов. Поэтому многие автопроизводители сейчас обращают внимание на натриево-ионные аккумуляторы.

Элементы такого типа использовались еще в 1970-х годах, однако литий-ионные аккумуляторы в конце XX века считались более перспективными. Проблемы последних заставляют продолжить работу над батареями на основе натрия. Натриево-ионные аккумуляторы не устроят революцию в отрасли, но могут дать развитие сегменту доступных электромобилей. В первую очередь такой тип компонентов безопасен — они имеют более низкую плотность энергии, медленнее заряжаются и не так предрасположены к воспламенению. В этой связи батареи могут прослужить дольше, чем литий-ионные аккумуляторы.

Также зарядные элементы такого типа гораздо дешевле в производстве. По оценке аналитиков Jefferies Group LLC, в земных недрах содержится в 300 раз больше натрия, чем лития. Распределение этого материала более равномерно, поэтому автопроизводители не страдают от дефицита и не зависят от политической конъюнктуры в одной конкретной стране, что наблюдается в случае с кобальтом.

Большая проблема натриево-ионных аккумуляторов заключается в том, что в мире еще не налажены стабильные цепочки поставок основного компонента. Однако к 2023 году ситуация изменится в лучшую сторону.

Перспективы развития электротранспорта

С появлением новых технологий в сфере аккумуляторных батарей, такие как литий-кремниевые и твердотельные батареи, можно ожидать значительных изменений в сфере транспорта.

Увеличение дальности и скорости зарядки

Батареи с добавлением кремния и твердотельные батареи обеспечивают более высокую плотность энергии, что позволит электрокарам проезжать более длинные расстояния без необходимости зарядки. Кроме того, эти батареи рассчитаны на быструю зарядку, что позволит сократить время на полную заправку электрокара.

Увеличение безопасности

Твердотельные батареи имеют более высокую огнестойкость и меньший риск поломки, что сделает их более безопасными для использования в электрокарах.

Увеличение срока службы

Литий-кремниевые и твердотельные батареи имеют более высокий срок службы, что позволит сократить количество замен батарей и уменьшить количество отходов.

Расширение использования электрокаров

С появлением новых технологий в сфере аккумуляторных батарей, электрокары станут более доступными и удобными для использования, что приведет к увеличению их популярности и расширению использования.

Влияние на окружающую среду

Увеличение использования электрокаров и других электрических транспортных средств приведет к уменьшению выбросов вредных веществ в атмосферу и снижению загрязнения окружающей среды.

В целом, новые технологии в сфере аккумуляторных батарей открывают новые возможности для развития электротранспорта и могут привести к значительным изменениям в этой сфере в ближайшем будущем.