Radionica za oplatu zamijenila je PTFE uronjeni grijač u neizoliranom čeličnom spremniku s grijačem koji je veličine prema istom izračunu kao prije. Novi grijač isporučivao je ispravnu snagu u vatima, ali spremniku je trebalo više vremena da postigne zadanu vrijednost i grijač je neprekidno radio tijekom proizvodnje. Spremnik je bio izoliran prije dvije godine, ali je izolacija uklonjena tijekom projekta održavanja i nikada nije ponovno postavljena. Gubitak topline se povećao, a grijač je sada premalen za stvarno opterećenje.
Izolacija spremnika ima izravan učinak na potrebnu snagu PTFE uronjenog grijača. Neizolirani spremnik gubi toplinu kroz svoje stijenke brzinom koja može biti 5-10 puta veća od izoliranog spremnika. Grijač mora nadomjestiti izgubljenu toplinu kako bi održao zadanu vrijednost.
Kako izolacija smanjuje gubitak topline
Gubitak topline kroz stijenku spremnika ovisi o razlici temperature između kupke i okolnog zraka, površini stijenke i toplinskom otporu stijenke i eventualne izolacije. Izolacija dodaje toplinsku otpornost, što smanjuje gubitak topline za određenu temperaturnu razliku.
Za čeličnu stijenku spremnika na 60 stupnjeva u prostoriji od 20 stupnjeva, gubitak topline bez izolacije iznosi približno 200–300 W/m². S 50 mm izolacije gubici padaju na 20–40 W/m². Sa 100 mm pada na 10–20 W/m².
| Debljina izolacije | Zidni gubitak topline na 60 stupnjeva | Relativni gubitak | Godišnji trošak energije (100 m²) |
|---|---|---|---|
| Nijedan | 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 |
Gubitak topline zida i trošak energije prema debljini izolacije za kupku od 60 stupnjeva
Kako izolacija mijenja potrebnu snagu u vatima
Grijač mora isporučiti dovoljno snage da nadomjesti toplinu izgubljenu kroz zidove i površinu i da zagrije ulazne izratke. Ako je spremnik neizoliran, gubici u stijenci su veći, a grijač mora biti veći.
Za spremnik od 2000 litara na 60 stupnjeva sa 100 m² navlažene površine, gubitak zida bez izolacije iznosi 20–30 kW. S 50 mm izolacije gubici padaju na 2–4 kW. Razlika je 18–26 kW ogrjevnog kapaciteta koji mora dati grijač.
| Volumen spremnika | Navlažena površina | Gubitak neizoliranog zida | Gubitak izoliranog zida (50 mm) | Potreban dodatni kapacitet grijača |
|---|---|---|---|---|
| 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 |
Za neizolirane spremnike potreban je gubitak topline na zidu i dodatni kapacitet grijača
Učinak na površinske gubitke
Površinski gubici nastaju isparavanjem i zračenjem. Otvorena površina spremnika na 60 stupnjeva gubi 300–500 W/m². Plutajuća kuglasta deka ili poklopac spremnika smanjuju taj gubitak za 60-70%.
Za spremnik od 2000 litara s površinom od 1,5 m², gubitak otvorene površine je 450–750 W. S poklopcem gubitak pada na 135–225 W. Razlika je 315–525 W kapaciteta grijanja.
Dimenzioniranje izolacije i grijača
Dimenzioniranje grijača mora odgovarati stvarnom gubitku topline spremnika. Ako je spremnik izoliran, grijač može biti manji. Ako je spremnik neizoliran, grijač mora biti veći.
Praktičan pristup je izračunati gubitak topline za stvarno stanje izolacije i odrediti veličinu grijača za to opterećenje plus maržu za proizvodno opterećenje. Grijač dimenzioniran za izolirani spremnik, ali instaliran u neizolirani spremnik, bit će premali i radit će neprekidno.
Kada izolacija promijeni zahtjev za gustoću u vatima
Dodavanje izolacije smanjuje gubitak topline, što smanjuje potrebnu snagu. Ali izolacija također utječe na temperaturu površine grijača. Manji grijač koji radi na većoj gustoći vata može biti potreban za isporuku smanjene snage unutar dostupnog prostora. Veća gustoća vata podiže površinsku temperaturu i ubrzava razgradnju.
Optimum je izolirati spremnik i odrediti grijač s velikom površinom i niskom gustoćom u vatima. Izolacija smanjuje potrebnu snagu u vatima, a velika površina održava nisku gustoću u vatima.
Kada standardni grijači ne mogu zadovoljiti uvjete izolacije
Spremnici s oštećenom izolacijom ili izolacijom koja nedostaje često zahtijevaju veće grijače od izvorne specifikacije. Prilagođena konfiguracija PTFE uronjenog grijača s velikom površinom, niskom gustoćom u vatima i položajem-optimiziranim protokom rješava glavni uzrok premale veličine. Proces specifikacije zahtijeva dimenzije spremnika, stanje izolacije, radnu temperaturu i potrebnu snagu u vatima. Za objekte s različitim uvjetima izolacije, ovaj-pristup specifičan za primjenu osigurava da grijač odgovara stvarnom gubitku topline.
