Galwanizernia wymieniła grzałkę zanurzeniową z PTFE w nieizolowanym zbiorniku stalowym na grzałkę dobraną na podstawie tych samych obliczeń, co poprzednio. Nowa grzałka zapewniała prawidłową moc, ale osiągnięcie wartości zadanej w zbiorniku trwało dłużej, a grzałka działała nieprzerwanie podczas produkcji. Zbiornik zaizolowano dwa lata wcześniej, ale izolację usunięto podczas prac konserwacyjnych i nigdy nie zamontowano ponownie. Straty ciepła wzrosły, a grzejnik był teraz za mały w stosunku do rzeczywistego obciążenia.
Izolacja zbiornika ma bezpośredni wpływ na wymaganą moc grzałki zanurzeniowej PTFE. Nieizolowany zbiornik traci ciepło przez ściany z szybkością, która może być 5–10 razy większa niż zbiornik izolowany. Aby utrzymać nastawę, nagrzewnica musi uzupełnić utracone ciepło.
Jak izolacja zmniejsza straty ciepła
Strata ciepła przez ścianę zbiornika zależy od różnicy temperatur pomiędzy kąpielą a otaczającym powietrzem, powierzchni ściany oraz oporu cieplnego ściany i ewentualnej izolacji. Izolacja zwiększa opór cieplny, co zmniejsza straty ciepła przy danej różnicy temperatur.
W przypadku stalowej ściany zbiornika ustawionej pod kątem 60 stopni w pomieszczeniu o temperaturze 20 stopni strata ciepła bez izolacji wynosi około 200–300 W/m². Przy izolacji o grubości 50 mm straty spadają do 20–40 W/m². Przy 100 mm spada do 10–20 W/m².
| Grubość izolacji | Straty ciepła przez ścianę przy 60 stopniach | Względna strata | Roczny koszt energii (100 m²) |
|---|---|---|---|
| Nic | 200–300 W/m² | 1.0× | $12,000–18,000 |
| 25 mm | 50–80 W/m² | 0.25× | $3,000–4,800 |
| 50 mm | 20–40 W/m² | 0.12× | $1,200–2,400 |
| 75 mm | 12–25 W/m² | 0.08× | $720–1,500 |
| 100 mm | 8–15 W/m² | 0.05× | $480–900 |
Straty ciepła przez ściany i koszt energii według grubości izolacji dla kąpieli o temperaturze 60 stopni
Jak izolacja zmienia wymaganą moc
Grzejnik musi dostarczać wystarczającą moc, aby zastąpić ciepło utracone przez ściany i powierzchnię oraz ogrzać dostarczane elementy. Jeśli zbiornik nie jest izolowany, straty na ścianie są większe, a grzejnik musi być większy.
Dla zbiornika o pojemności 2000 litrów przy temperaturze 60 stopni i 100 m² zwilżonej powierzchni straty na ścianie bez izolacji wynoszą 20–30 kW. Przy izolacji 50 mm straty spadają do 2–4 kW. Różnica wynosi 18–26 kW mocy grzewczej, którą musi zapewnić grzejnik.
| Objętość zbiornika | Zwilżona powierzchnia | Utrata nieizolowanej ściany | Izolowany ubytek ściany (50 mm) | Potrzebna dodatkowa wydajność grzejnika |
|---|---|---|---|---|
| 1,000 L | 50 m² | 10–15 kW | 1–2 kW | 9–13 kW |
| 1,500 L | 75 m² | 15–23 kW | 1,5–3 kW | 13–20 kW |
| 2,000 L | 100 m² | 20–30 kW | 2–4 kW | 18–26 kW |
| 3,000 L | 150 m² | 30–45 kW | 3–6 kW | 27–39 kW |
Straty ciepła przez ściany i dodatkowa moc grzejnika wymagana w przypadku zbiorników nieizolowanych
Wpływ na straty powierzchniowe
Straty powierzchniowe powstają w wyniku parowania i promieniowania. Otwarta powierzchnia zbiornika pod kątem 60 stopni traci 300–500 W/m². Pływający koc z kulkami lub pokrywa zbiornika zmniejszają tę stratę o 60–70%.
Dla zbiornika o pojemności 2000 litrów i powierzchni 1,5 m² strata na otwartej powierzchni wynosi 450–750 W. Z pokrywą strata spada do 135–225 W. Różnica wynosi 315–525 W mocy grzewczej.
Dobór izolacji i grzejnika
Grzejnik należy dobrać pod kątem rzeczywistych strat ciepła w zbiorniku. Jeśli zbiornik jest izolowany, grzałka może być mniejsza. Jeśli zbiornik nie jest izolowany, grzałka musi być większa.
Praktycznym podejściem jest obliczenie strat ciepła dla rzeczywistego stanu izolacji i dobranie grzejnika do tego obciążenia plus margines obciążenia produkcyjnego. Grzejnik dostosowany do izolowanego zbiornika, ale zainstalowany w nieizolowanym zbiorniku, będzie za mały i będzie działał w sposób ciągły.
Kiedy izolacja zmienia wymagania dotyczące gęstości watów
Dodanie izolacji zmniejsza straty ciepła, co zmniejsza wymaganą moc. Ale izolacja wpływa również na temperaturę powierzchni grzejnika. Aby zapewnić zmniejszoną moc w dostępnej przestrzeni, może być potrzebny mniejszy grzejnik działający z większą gęstością watów. Wyższa gęstość watów podnosi temperaturę powierzchni i przyspiesza degradację.
Optymalne jest zaizolowanie zbiornika i zastosowanie grzejnika o dużej powierzchni i niskiej gęstości watów. Izolacja zmniejsza zapotrzebowanie na moc, a duża powierzchnia utrzymuje niską gęstość mocy.
Gdy standardowe grzejniki nie są w stanie dopasować stanu izolacji
Zbiorniki z uszkodzoną lub brakującą izolacją często wymagają większych grzejników niż oryginalna specyfikacja. Niestandardowa konfiguracja grzałki zanurzeniowej z PTFE o dużej powierzchni, małej gęstości mocy i położeniu zoptymalizowanym-przepływie eliminuje pierwotną przyczynę niedowymiarowania. Proces specyfikacji wymaga wymiarów zbiornika, stanu izolacji, temperatury roboczej i wymaganej mocy. W przypadku obiektów o różnych warunkach izolacji to podejście-specyficzne dla danego zastosowania zapewnia, że grzejnik dopasowuje się do rzeczywistych strat ciepła.
