Системы горячего водоснабжения открытого и закрытого типа. Базовые принципы подачи горячей воды

При возведении хозяйственных и жилых построек используются системы горячего водоснабжения открытого и закрытого типа. Решения различаются особенностями прокладки и принципом работы. Каждое из них имеет собственные преимущества и недостатки.

В рамках сегодняшнего материала мы расскажем, что такое открытое и закрытое горячее водоснабжение. Будут рассмотрены параметры обеих линий, обозначены особенности их эксплуатации.

Общие сведения об открытых и закрытых системах

Открытые и закрытые системы работают по разному принципу. Горячее водоснабжение в центральной закрытой системе предполагает нагрев целевой жидкости посредством теплообменника. Вода не взаимодействует с теплоносителем напрямую, а проходит через специальный нагреватель.

Горячее водоснабжение в центральной открытой системе подразумевает смешивание холодной воды и исходного теплоносителя. Конечный продукт поставляется потребителю через общую магистраль.

Федеральный закон N 416-ФЗ (ред. от 25.12.2018) «О водоснабжении и водоотведении»

Система открытого водоснабжения в деталях

Открытый тип водоснабжения оптимален для построек малой этажности. Он применяется в коттеджах, хозяйственных зданиях, небольших производственных цехах. Обязательное условие — длительный и интенсивный разбор горячей воды.

К достоинствам систем открытого вида относятся:

• малые затраты на прокладку магистрали;
• простота обслуживания и монтажа;
• оперативное расширение и модернизация.

Среди недостатков выделяют высокие тепловые потери и длительное ожидание набора требуемой температуры.

Эксплуатация отрытой системы

Система горячего водоснабжения работает по следующему принципу.

1. Холодная вода подается в элеваторный узел.
2. Путем смешивания с паром или кипятком жидкость доводится до требуемой температуры.
3. Нагретая вода под давлением подается потребителям.

При закрытии магистрали жидкость быстро остывает. Включив кран, приходится несколько минут спускать холодную воду.

Подробнее о системах закрытого типа

Что значит закрытая система горячего водоснабжения? Что это за решение и где оно используется? Давайте разбираться.

В закрытой системе вода находится в непрерывной циркуляции, нагревается от тепловой сети. Это поддерживает ее температуру на уровне 70 градусов. Жидкость подходит для прямого водоразбора и наполнения отопительного контура.

В отличие от открытых решений, закрытые сложнее в реализации. При этом они обеспечивают высокое качество конечного продукта и минимальные тепловые потери.

Закрытые системы применяются в большинстве новых зданий, устанавливаются в домах после капремонта.

Комплектующие для открытых и закрытых линий

Обратившись в компанию «ЭкоМонтаж», вы сможете приобрести продукцию для систем горячего водоснабжения. Предприятие реализует трубы, запорную арматуру, сопутствующее оборудование. Ассортимент изделий периодически расширяется, регулярно появляются новые решения.

Сотрудничество с «ЭкоМонтаж» позволит:

• получить консультацию по открытому и закрытому водоснабжению;
• приобрести необходимую продукцию без переплат и комиссий;
• заказать доставку товара в любую точку РФ.

Ознакомиться с представленными изделиями поможет онлайн-каталог. Заявки принимаются по телефону и посредством электронной формы.

Заказать консультацию

Какие бывают виды систем горячего водоснабжения

Современные комфортные условия жизни в основном ассоциируются не столько с новостройками и улучшенной планировкой квартир и домов, сколько с наличием в них такой необходимой функции, как горячее водоснабжение. Один из элементов обеспечения комфорта и удобства связан напрямую с возможностью постоянного наличия в жилище именно горячей воды, требуемой температуры и объема необходимого для полного удовлетворения потребности жителей. Решить проблему обеспечения горячей водой позволяют оснащение зданий системами горячего водоснабжения.

Содержание

Принципы проектирования систем горячего водоснабжения
Технологические особенности процесса нагрева воды
Способы постоянного поддержания высокой температуры воды в системе

Принципы проектирования систем горячего водоснабжения

Для наиболее эффективного решения проблемы обеспечения жилых помещений горячей водой в проектировании и реализации строительных проектов применяется несколько подходов к реализации систем ГВС.

Основными параметрами для выбора варианта системы водоснабжения выступают:

• Предполагаемое количество потребителей;
• Объем потребления;
• Климатические условия региона;
• Себестоимость услуги ГВС.

Проводя анализ всего строительного проекта и системы горячего водоснабжения как одной из его составных частей для частного дома, коттеджа или многоэтажного многоквартирного жилого здания в процессе проектирования выбирается система в зависимости от варианта непосредственного приготовления горячей воды:

• Локальная или местная установка;
• Система централизованного снабжения горячей водой.

Первая, локальная система чаще всего используется для оснащения отдельного домовладения или, в крайнем случае, нескольких потребителей расположенных в одном небольшом здании. Для реализации на практике такой вариант может быть применение в качестве:

• Газовой водогрейной колонки;
• Твердотопливных водогрейных котлов и бойлеров;
• Накопительных электроводонагревателей или водогрейных установок проточного типа.

Плюсом такой системы горячего водоснабжения выступает простота устройства, относительная легкость монтажа, простота учета потребляемой энергии и расхода ресурсов для владельцев жилища.

Система централизованного горячего водоснабжения предусматривает установку для подогрева воды большого объема, рассчитанную для одновременного обеспечения нескольких потребителей находящихся в разных помещениях и зданиях. Централизованная система включает в себя один или несколько тепловых пунктов, в которых проводится нагрев воды, а далее по трубопроводам вода поставляется к потребителям. Чаще всего такие системы проектируются для многоэтажных многоквартирных домов и даже целых районов. Для городской застройки такой вариант обеспечивает более дешевый способ поставки потребителям горячей воды.

Технологические особенности процесса нагрева воды

Для потребителей к кому проводится подача горячей воды особой разницы нет, каким способом она нагревается до стандартной температуры. Однако для проектирования это имеет существенное значение. Сегодня различают два основных способа нагрева воды в системе горячего водоснабжения:

• Прямой цикл нагрева воды;
• Нагрев воды двухконтурным циклом.

Прямой цикл нагрева чаще всего практикуется в индивидуальных системах горячего водоснабжении, когда непосредственно источник тепловой энергии нагревает воду до необходимой температуры. Прямой цикл нагрева обеспечивает нагрев воды в электрических бойлерах, газовых колонках, проточных водонагревателях, когда вода проходит сквозь керамический нагревательный элемент.

Двухконтурный цикл нагрева воды заключается в нагреве определенного теплоносителя и далее уже теплоноситель проводит нагрев воды для системы. В качестве первичного теплоносителя обычно используется водяной пар или вода, нагреваемая от источника тепловой энергии. На втором этапе теплоноситель, находящийся под давлением, нагревает основной объем воды. Такие установки в основном используются в городских теплоэлектроцентралях и промежуточных тепловых пунктах, когда после остывания на 15-20 градусов от нормы вода, возвращаясь по обратному трубопроводу, снова подогревается до нужной температуры перед подачей в центральную магистраль.

В технологическом плане первый, прямой цикл нагрева воды более выгодный, поскольку затрачивает меньше ресурсов и не требует слишком большого и громоздкого оборудования.

В технической литературе и практическом применении водонагревательных установок оборудование прямого цикла получило название открытой схемы горячего водоснабжения, а двухконтурный нагрев называется закрытой схемой.

Способы постоянного поддержания высокой температуры воды в системе

Классификация систем горячего водоснабжения жилых помещений невозможна без разделения по способу поддержания высокой температуры воды в системе. В теплотехнике термин рециркуляция дает возможность группировать системы горячего водоснабжения:

• С системой рециркуляционного трубопровода;
• Системы без трубопровода, обеспечивающего рециркуляцию воды.

Для больших жилых массивов с системой центрального водоснабжения, когда от одного источника осуществляется поставки воды в несколько домов, или даже микрорайонов, в обязательном порядке предусматривается устройство рециркуляционного трубопровода. Вода, которая не используется потребителями, но находящаяся в трубах постепенно остывает, при этом температура снижается на 15 или даже 20 градусов. Для более экономного расходования энергоресурсов, такая вода направляется для подогрева до 60 градусов на тепловой пункт и дальше снова поступает к потребителям. Несмотря на то, что это довольно дорогостоящий способ поддержания температурного режима воды, но он вполне оправдан, поскольку позволяет получить наибольшую экономию энергоресурсов.

Если горячее водоснабжение, обеспечивающее небольшое по потребляемым объемам воды домохозяйство, то такая установка вполне может обойтись и без системы рециркуляции. Чаще всего если трубопровод имеет небольшую длину, то систему рециркуляции просто не делают. Проблему остывшей воды, как правило, решают двумя способами – утепления трубопровода или простого спуска холодной воды, тем более что в трубопроводах небольшого диаметра это всего 2-3 литра, что не имеет большого значения при постоянном пользовании горячей водой.

5.3. Горячее водоснабжение / КонсультантПлюс

5.3.1. Расход воды на горячее водоснабжение жилых зданий должен обеспечиваться исходя из установленных норм.

Качество воды, подаваемой в системы горячего водоснабжения жилого дома, должно отвечать требованиям ГОСТов.

Температура воды, подаваемой к водоразборным точкам (кранам, смесителям), должна быть не менее 60 град. С в открытых системах горячего водоснабжения и не менее 50 град. С — в закрытых. Температура воды в системе горячего водоснабжения должна поддерживаться при помощи автоматического регулятора, установка которого в системе горячего водоснабжения обязательна. Температура воды на выходе из водоподогревателя системы горячего водоснабжения должна выбираться из условия обеспечения нормируемой температуры в водоразборных точках, но не более 75 град. С.

5.3.2. Инженерно-технические работники и рабочие, обслуживающие систему горячего водоснабжения, обязаны:

изучить систему в натуре и по чертежам;

обеспечить исправную работу системы, устраняя выявленные недостатки.

Инженерно-технические работники обязаны проинструктировать жителей обслуживаемых домов о необходимости своевременного сообщения об утечках и шумах в водопроводной арматуре, об экономном расходовании горячей воды и осуществлять контроль за выполнением этих требований.

5.3.3. Системы горячего водоснабжения здания, а также трубопроводы внутриквартальной сети по окончании ремонта следует испытывать на давление, равное 1,25 рабочего, но не выше 1,0 МПа (10 кгс/см2) и не ниже 0, 75 МПа (7,5 кгс/см2).

5.3.4. Работа по ремонту систем горячего водоснабжения должна выполняться в соответствии с проектом и требованиями инструкций и правил. Трубы в системах следует применять, как правило, оцинкованные. Магистрали и подводки системы должны быть проложены с уклоном не менее 0,002 с повышением в сторону точек водоразбора без образования прогибов. Конструкция подвесок креплений и подвижных опор для трубопроводов должна допускать свободное перемещение труб под влиянием изменения температуры.

После ремонта система должна быть испытана с участием лица, ответственного за безопасную эксплуатацию, с составлением соответствующего акта.

На вводе системы ГВС в здание должна быть установлена запорная арматура и приборы учета тепловой энергии и теплоносителя (термометры и манометры) до и после задвижек.

5.3.5. Давление в системе следует поддерживать 0,05 — 0,07 Мпа (0,5 — 0,7 кгс/см) выше статического давления.

Водонагреватели и трубопроводы должны быть постоянно наполненными водой.

5.3.6. Основные задвижки и вентили, предназначенные для отключения и регулирования системы горячего водоснабжения, необходимо два раза в месяц открывать и закрывать.

Открытие и закрытие указанной арматуры необходимо производить медленно.

Применение газовых клещей и обрезков труб для открывания задвижек, вентилей и кранов не допускается.

В процессе эксплуатации необходимо следить за отсутствием течей в стояках, подводках к запорно-регулирующей и водоразборной арматуре, устранять причины, вызывающие их неисправность и утечку воды.

5.3.7. Осмотр систем горячего водоснабжения следует производить согласно графику, утвержденному специалистами организации по обслуживанию жилищного фонда, результаты осмотра заносить в журнал.

5.3.8. Действие автоматических регуляторов температуры и давления систем горячего водоснабжения следует проверять не реже одного раза в месяц. В случае частого попадания в регуляторы посторонних предметов необходимо установить на подводящих трубопроводах фильтры.

Наладку регуляторов следует проводить в соответствии с инструкцией завода-изготовителя.

5.3.9. Эксплуатацию циркуляционных насосов систем горячего водоснабжения следует производить в соответствии с требованиями п. 5.2.29.

5.3.10. Перебои в горячем водоснабжении верхних этажей многоэтажного жилого дома необходимо устранять с участием специалистов проектной, наладочной или другой специализированной организации.

5.3.11. Для снижения теплопотерь следует изолировать стояки систем горячего водоснабжения эффективным теплоизоляционным материалом.

5.3.12. Установку датчиков температуры и давления для контроля работы систем горячего водоснабжения следует, как правило, выполнять с выводом сигналов на диспетчерский пункт.

5.3.13. На вводе системы горячего водоснабжения должны быть установлены приборы учета (теплосчетчики или водосчетчики) с выводом показаний на диспетчерский пункт.

На трубопроводах, обслуживающих отдельные группы приборов, и на подводках к газовым водонагревателям установка диафрагм и регуляторов не допускается.

5.3.14. Калибр и пределы измерения водосчетчика должны соответствовать максимальному и минимальному количеству воды, идущему на водоразбор. В случае завышения объемов воды, проходящей через водомер, необходимо заменить его на водомер требуемых пределов измерения и допустимого перепада давлений на нем.

что это такое, закрытая и открытая системы, отличия каждого типа, температура воды для теплоснабжения и правила обустройства

В современном мире люди привыкли жить в комфортных условиях. И чем выше уровень жизни, тем больше благ окружает людей. К одним из таких неотъемлемых на сегодняшний день условий комфортной жизни населения можно отнести наличие горячего водоснабжения в квартирах и частных домах. Сегодня потребление горячей воды приравнивается к употреблению холодной и даже иногда превышает его.

Что это такое?

Горячее водоснабжение – это обеспечение населения, в том числе его бытовых нужд, а также производственных потребностей, водой высокой температуры (до +75 градусов Цельсия). Оно является важным показателем уровня и качества жизни, а также условием соблюдения санитарно-гигиенических норм. Система горячего водоснабжения состоит из специального оборудования, функционирующего в совокупности, которое служит для разогрева воды до нужной температуры, а также для подачи ее к водозаборным точкам.

Чаще всего данная система состоит из следующих элементов:

• водонагревателя;
• насоса;
• труб;
• арматуры для подачи воды.

В нормативных документах часто используется аббревиатура к словосочетанию горячее водоснабжение – ГВС.

Виды устройств

Система горячего водоснабжения может быть двух видов.

• Открытая система имеет теплоноситель. Вода подается из центральной отопительной системы. Она названа так потому, что подача происходит из отопительной системы. Такую систему обычно используют в многоквартирных домах. Что касается частных домов, то открытая система там окажется слишком дорогостоящей.
• Закрытая система функционирует по-другому и имеет свои отличия. Сначала холодная питьевая вода забирается из центрального водопровода или наружной сети, затем она нагревается в теплообменнике и только после этого подается к водозаборным точкам. Такую воду можно использовать для приготовления пищи, так как в ней нет вредных для здоровья элементов.

А также существует независимая система горячего водоснабжения. Вода нагревается в котельной или тепловом пункте, затем подается в дом. Она называется независимой, поскольку функционирует отдельно и не связана с системой теплоснабжения. Она используется в частных домах или коттеджах.

Что касается водонагревателей, то они подразделяются на два вида.

Их выбор зависит только от желания владельца, а также от бытовых условий помещения.

• Проточные. Они не накапливают воду, а нагревают ее по мере необходимости пользования. Такой нагреватель приводится в действие моментально, как только включается вода. Они могут быть электрическими либо газовыми.
• Накопительные. Такие водогрейные котлы собирают воду в специальном баке и нагревают ее. Горячей водой можно пользоваться в любое время. Электрокотлы имеют большие габариты.

Принцип работы

Система горячего водоснабжения может быть тупиковой или циркуляционной. Тупиковая схема используется при постоянном использовании горячей воды. При непостоянном водозаборе вода в трубах остывает и поступает уже не слишком горячей. Для того чтобы получить воду необходимой горячей температуры, придется довольно долго ее сливать, что не слишком удобно. При циркуляционной схеме вода всегда подается горячей, но такая система стоит дороже. Такая схема хорошо подходит в случаях периодического водозабора. Температура воды постоянно поддерживается, а пользователи получают горячую воду.

Система циркуляции в таких системах может быть двух видов.

• Принудительная. При этом типе используются насосы, как при системе отопления зданий. Принудительные системы применяют в многоэтажных постройках, высотностью от двух этажей.
• Естественная. В одно- и двухэтажных домах применяется обустройство естественной циркуляции, так как протяженность трубопроводов небольшая. Она функционирует по системе циркуляционных труб, основываясь на разности массы воды при разных температурах. Этот способ такой же, как и способ водяного отопления с использованием естественной циркуляции.

Горячее водоснабжение состоит из следующих элементов:

• водонагревателя или генератора;
• трубопровода;
• водозаборных точек.

Генераторами могут быть водонагреватели нескольких типов.

• Скоростные водо-водяные нагреватели работают на основе того, что горячая вода, которая поступает либо из котельной, либо из центрального теплоснабжения, проходит по латунным трубам. Они находятся внутри стальных труб, а пространство между ними наполнено нагреваемой водой. Таким образом, происходит подогрев.
• Пароводяной водонагреватель функционирует за счет пара, поступающего в нагреватель. Вода нагревается, проходя по латунным трубам, расположенным внутри. Такие системы применяют в жилищах с постоянным расходом воды и большим ее потреблением.
• В домах с периодическим и низким водопотреблением используются накопительные водонагреватели. Они не только нагревают, но и аккумулируют горячую воду.

Трубопроводы и горячего, и холодного водоснабжения являются единой системой, они укладываются параллельно. На водозаборных точках устанавливаются смесители, которые позволяют получать разную температуру (от +20 до +70 градусов Цельсия) благодаря перемешиванию горячей и холодной воды. В системе горячего водоснабжения лучше использовать оцинкованные или пластиковые трубы для того, чтобы не возникало коррозии. Трубопроводы и стояки лучше теплоизолировать во избежание лишней потери тепла. В современных домах на горячую и холодную воду устанавливаются счетчики для учета расхода воды, что позволяет не переплачивать за потребление, а платить только за расходованную воду.

Плюсы и минусы

Если говорить о преимуществах и недостатках горячего водоснабжения, то лучше рассматривать по отдельности системы открытого и закрытого типов.

Плюсами открытой системы можно считать следующие:

• ее просто заполнить и спустить воздух, что происходит автоматически через расширительный бак;
• довольно просто осуществлять подпитку. Так как давление в системе не требует особого внимания, то воду набирать можно без опасений;
• система хорошо функционирует даже при наличии протечек, что связано с большим рабочим давлением в ней.

К минусам можно отнести следующие:

• постоянный контроль уровня воды в резервуаре;
• необходимость его пополнения.

К преимуществам закрытой системы горячего водоснабжения можно отнести такие как:

• экономия, связанная с постоянной температурой;
• имеется возможность установки полотенцесушителя.

Недостатком является обязательное наличие водонагревателей. Они могут быть проточными или накопительными, позволяющими всегда иметь резервное водоснабжение.

Очень важным моментом в системе горячего водоснабжения является наличие гидроаккумулятора. Он помогает предотвратить некоторые проблемы, связанные с перепадами давлений в системе. Гидроаккумулятор представляет собой герметичный бак, в котором находится мембрана, частично наполненная водой. Она разделяет бак на водную и воздушную части. Если в гидробаке увеличивается объем воды, то, соответственно, уменьшается объем воздуха.

При возникновении повышенных параметров давления в системе, подается сигнал и насос отключается. Для регулировки давления имеется пневматический клапан. Воздух закачивается через ниппель. Его количество можно как добавить, так и уменьшить.

Гидроаккумулятор обладает такими преимуществами, как:

• предотвращение быстрого износа насоса. Так как в баке имеется запас воды, то насос будет включаться реже, что способствует его более долгому сроку службы;
• стабильное давление воздуха в системе. Устройство помогает избежать резких перепадов давления и температур в системе горячего водоснабжения;
• устойчивость к гидроударам. Они практически не возникают и не могут нанести вред насосу и всей системе;
• увеличенные запасы горячей воды. В баке гидроаккумулятора всегда имеется ее запас, к тому же он постоянно обновляется.

Таким образом, наличие данного устройства только положительно влияет на функционирование всей системы в целом.

Нормы

Согласно «Правилам предоставления коммунальных услуг» норма температуры горячей воды должна соответствовать значению от +60 до +75 градусов Цельсия. Это значение полностью соответствует санитарным нормам и правилам по Законодательству Российской Федерации.

Стоит учесть, что существуют некоторые допустимые отклонения, а именно:

• в ночное время (от 00: 00 до 05: 00 часов) допускается отклонение до 5 градусов Цельсия;
• в дневное время (с 05: 00 до 00: 00 часов) отклонение не должно быть более 3 градусов Цельсия.

Согласно правилам, если подаваемая горячая вода холоднее, чем значение нормативов, пользователь может сделать перерасчет и оплатить ее по стоимости холодного водоснабжения. Но для этого придется выполнить замеры температуры. Самостоятельно этого сделать не получится. Первым делом нужно позвонить в ЖКХ или в управляющую компанию и оставить заявку на замер. Если данный спад температуры обусловлен неисправностями, ремонтом или другой причиной, об этом обязан сообщить диспетчер.

Если же все в порядке, необходимо зафиксировать заявку. После визита мастера нужно составить акт замера температуры в двух экземплярах. Именно на основании этого акта и будет производиться перерасчет стоимости.

Во время замера необходимо обратить внимание на следующие факторы:

• сливать воду обязательно в течение нескольких минут;
• отметить, откуда производится замер – из трубы полотенцесушителя либо из независимой трубы.

Согласно статье СанПиНа данное нарушение предполагает оплату штрафа.

Установленные нормы температурного режима связаны со следующими факторами:

• данная температура не позволяет размножаться бактериям;
• при такой температуре исключается возможность получения ожогов.

Температура воды в хранилищах должна быть очень высокой, но ее использование в домашних условиях должно быть обязательно в сочетании с холодной.

Схемы и расчеты

Для того чтобы рассчитать расход горячей воды, необходимо учесть количество проживающих в доме или квартире, а также образ жизни. Главным требованием является минимальный срок течения горячей воды из крана. К тому же согласно действующим нормам (10 минут), предполагается использование в нескольких точках в любом количестве.

Чтобы рассчитать подачу горячей, воды необходимо учесть следующие факторы:

• количество пользователей;
• частоту использования в ванной;
• количество ванных и санузлов;
• объем сантехнических устройств;
• необходимую температуру воды.

Самым лучшим на сегодняшний день считается проектирование при помощи специальных измерительных приборов. Хотя этот вариант возможен не для всех. Только при учете потребностей всей семьи есть возможность подобрать оптимальный вариант горячего водоснабжения для дома, квартиры или дачи.

Рекомендации по эксплуатации

Что касается эксплуатации системы горячего водоснабжения, то ее хороший результат достигается только при слаженной бесперебойной работе всех ее составляющих. Главным фактором является получение качественного ресурса, соответствующего всем требованиям. В связи с этим периодически должна проводиться профилактика. Трубопроводы необходимо промывать. Это выполняется после монтажа, затем после ремонтов и дезинфекции.

Промывка может продолжаться от нескольких минут до нескольких часов. Время зависит от длины трубопровода. Чтобы в процессе не возникло коррозии, нужно полное отсутствие воздуха. Для его вывода используются специальные выпускные клапаны. Перед первым вводом в эксплуатацию системы горячего водоснабжения необходимо провести проверку на герметичность и прочность. Давление должно быть на полбара выше предположительно используемого, но в то же время оно не должно превышать десяти бар. Температура окружающей среды при проведении таких мероприятий должна быть не менее пяти градусов Цельсия выше ноля.

Чтобы продлить срок службы горячего водоснабжения, лучше время от времени производить контроль арматуры, фильтров, утеплителей. Есть способы совмещения подачи горячей воды. При наличии и автономного нагрева, и централизованного водоснабжения водонагреватель необходимо подключать к отдельным отводам, имеющим перекрывающую арматуру. Во время циркуляции воды в теплоносителе не должно быть воздуха, так как это может повлечь за собой образование воздушной пробки, которая не будет давать поступать горячей воде, а также может возникнуть разрыв трубопровода. При возникновении каких-либо неисправностей в системе, лучше обратиться к специалистам для своевременного выявления и решения проблемы. При условии аккуратного и бережного использования системы горячего водоснабжения вероятность возникновения аварийных ситуаций, поломок и сбоев сводится к минимуму.

Таким образом, при подключении системы горячего водоснабжения необходимо ознакомиться с ее разновидностями и понять, какая именно модель подходит для конкретной квартиры или дома. К тому же правильная установка, соблюдение всех норм и правил эксплуатации, использование качественных материалов и своевременная профилактика поможет долгие годы пользоваться выбранной системой без возникновения неприятных и неожиданных проблем.

О том, какие существуют разновидности и особенности систем горячего водоснабжения, смотрите в следующем видео.

Утечка во времени: 60% домов в России могут остаться с плохой водой | Статьи

Около 60% жилых домов в России могут остаться с горячей водой низкого качества. Речь о зданиях с открытой системой теплоснабжения, при которой из кранов течет такая же горячая вода, как в батареях. Она опасна для здоровья, плюс такие системы отличаются низкой энергоэффективностью. В 2011 году правительство приняло поправку в закон, по которой горячая вода для кранов и для батарей в жилых домах должна подаваться раздельно. Но существенных шагов для этого не предпринято до сих пор, рассказали «Известиям» участники отрасли. Теперь Минстрой намерен внести в Госдуму законопроект об отмене обязательного перехода к закрытым системам, говорится в документах правительства, с которыми ознакомились «Известия».

Риски и сроки

В сентябре 2021 года Минстрой намерен внести в Госдуму законопроект об отмене в жилых домах обязательного перехода к закрытым системам теплоснабжения с открытых. Об этом говорится в плане законопроектной деятельности правительства, с которым ознакомились «Известия». В настоящее время законопроект внесен в правительство РФ, сказали «Известиям» в Минстрое.

С 1 января 2022-го эксплуатация централизованных открытых систем теплоснабжения в многоквартирных жилых домах станет незаконной, предусматривает действующая редакция ФЗ-190 «О теплоснабжении».

В Минэнерго «Известиям» сообщили, что «с учетом ретроспективного анализа темпов закрытия открытых систем горячего водоснабжения до 1 января 2022 года невозможно провести все необходимые мероприятия». При этом в ведомстве отметили, что введение нормы, предусматривающей обязательное закрытие открытых систем горячего водоснабжения, в первую очередь было направлено на обеспечение безопасности населения и соблюдение санитарно-гигиенических требований.

Фото: ИЗВЕСТИЯ/Александр Казаков

В открытой системе горячая вода проходит химическую подготовку и нагревается на тепловых электростанциях или в котельных. Она отбирается из тех же труб, по которым течет к батареям, рассказал «Известиям» доцент департамента менеджмента и инноваций Финансового университета при правительстве РФ Станислав Шубин. То есть в краны жителей поступает такая же вода, как и в батареи. А она не всегда соответствует санитарным требованиям и может быть вредна для здоровья, подчеркнул эксперт.

Горячая вода из открытых систем может приводить к химической интоксикации организма — поражению внутренних органов, особенно печени, аллергиям и экземам на коже, рассказал председатель технического комитета ТК «Качество воды» Росстандарта, заведующий кафедрой экологии и промышленной безопасности РТУ МИРЭА Георгий Самбурский.

— При открытой системе теплоснабжения в кране с горячей водой оказывается теплоноситель — вода, прошедшая химводообработку для защиты от коррозии металла и накипеобразования в подогревателях, — добавил Станислав Шубин.

Открытая система теплоснабжения от закрытой отличается более низкой энергоэффективностью, отметила председатель экспертного совета комитета Госдумы по жилищной политике и ЖКХ Ирина Булгакова. Закрытая система позволяет нагревать воду уже в здании при помощи теплообменников — поэтому она не содержит опасных примесей, уточнила она.

Фото: РИА Новости/Евгений Биятов

Обеспечить обязательный переход к закрытым системам теплоснабжения должны были поправки, внесенные в федеральный закон еще в 2011 году, рассказал «Известиям» профессор факультета городского и регионального развития НИУ ВШЭ Сергей Сиваев.

— Поправки дали регионам 10 лет на перевод систем в закрытые. До указанного срока осталось не так много времени — очевидно, что положение закона не будет выполнено. В целом по России около 70% домов получали горячее водоснабжение именно по открытой схеме, однако «закрыться» за минувшие годы успело не более 10% из них, — рассказал Сергей Сиваев.

Законопроект сохраняет действие нормы части 8 статьи 29 ФЗ-190, исключающей возможность подключения объектов капитального строительства потребителей к открытым системам теплоснабжения, подчеркнули в Минстрое. Это позволит обеспечить постепенное строительство закрытых систем горячего водоснабжения, добавили в ведомстве.

Комплексная задача

Согласно разработанному Минстроем законопроекту, правительство должно будет утвердить порядок оценки экономической эффективности перевода систем на закрытые, сказал Сергей Сиваев. И без нее схемы нельзя будет заменять, уточнил он. В Минстрое указали, что решение позволит обеспечить постепенный переход к закрытым системам там, где это необходимо экономически и технологически.

— Но самым простым решением в такой ситуации станет отмена обязательного перехода с открытой на закрытую систему горячего водоснабжения. Причем навсегда, потому что это затратная и комплексная задача, которую без адекватных механизмов институциональной и бюджетной поддержки не решить. Это практика последних десяти лет и показала, — сказал Сергей Сиваев.

В расходы входит установка подогревателей горячего водоснабжения с насосным оборудованием, строительство новых и реконструкция существующих тепловых сетей и вентиляции тепловых пунктов, реконструкция сетей холодного водоснабжения, рассказал эксперт тематической площадки ОНФ «Жилье и городская среда» Павел Склянчук.

Фото: ТАСС/Юрий Смитюк

Поправки, отменяющие запрет, Минстрой разработал еще в 2019 году, сообщил он. Ведомство предлагало осуществлять переход к закрытой системе теплоснабжения только после предварительной оценки экономической целесообразности таких изменений, но инициатива вызвала неоднозначную реакцию экспертного сообщества и не была направлена в Госдуму, заявил Павел Склянчук. Теперь же министерство вновь пытается отменить неудобное требование, добавил он.

Для решения столь сложной проблемы не были созданы необходимые условия, в том числе и финансовые, считает Ирина Булгакова.

— Задача закрытия систем горячего водоснабжения абсолютно правильная, ее главной целью было повышение уровня санитарной безопасности и энергоэффективности коммунальных систем. Но организационных и финансовых механизмов для ее решения на федеральном и региональном уровнях предложено не было, — отметила она.

Эксперт объяснила, что запрещающим открытые системы законом не было определено, за чей счет осуществлять переоборудование. Минстрой не может найти финансирование на такие работы, у ресурсоснабжающих организаций (РСО) также нет на это средств. Поэтому за десять лет почти никто не смог этого сделать, заключила она.

Фото: ТАСС/Владимир Смирнов

«Известия» направили запросы в крупные РСО. В ресурсоснабжающей компании «Фортум» сообщили, что использование открытых систем горячего водоснабжения приводят к технологическим и экологическим рискам. В компании отметили, что переход на закрытую схему горячего водоснабжения — это в большинстве случаев окупаемый проект. Для этого необходимо внести правки в основы ценообразования и отдельно предусмотреть льготное кредитование в реализации подобного рода проектов, считают там.

Циркуляция горячей воды | Grundfos

Находящаяся в трубопроводах горячая вода для бытовых нужд будет охлаждаться из-за потерь тепла, если в течение длительного времени не будет осуществляться ее отбор. Циркуляция горячей воды для бытовых нужд обеспечивает расход внутри трубопроводов, даже если отбор горячей воды не осуществляется.

Находящаяся в трубопроводах горячая вода для бытовых нужд будет охлаждаться из-за потерь тепла, если в течение длительного времени не будет осуществляться ее отбор. В больших системах горячего водоснабжения для бытовых нужд с протяженной сетью распределительных трубопроводов для удаления такой холодной воды из трубопроводов потребуется относительно много времени, прежде чем можно будет осуществлять отбор горячей воды. Из-за возникающих в связи с этим проблем с комфортом подобный подход часто является неприемлемым.

Циркуляция горячей воды для бытовых нужд обеспечивает расход внутри трубопроводов, даже если отбор горячей воды не осуществляется. Таким образом, время ожидания поддерживается на приемлемом уровне. Циркуляция горячей воды для бытовых нужд осуществляется при заданной минимальной температуре для сведения к минимум энергопотребления. Для управления данным процессом используются циркуляционные клапаны, которые специально устанавливают на нескольких участках системы горячего водоснабжения. Для обеспечения циркуляции горячей воды для бытовых нужд обратно к технологической системе (теплообменнику или установке подогрева воды) используется циркуляционный насос.

Забота о сведении к минимуму роста бактерий в системе трубопроводов часто приводит к необходимости обеспечения циркуляции горячей воды для бытовых нужд при более высокой температуре. Систематическое повышение температуры в системе горячего водоснабжения для бытовых нужд позволяет уничтожить ряд нежелательных бактерий. В больших системах горячего водоснабжения для бытовых нужд можно легко управлять процессом циркуляции с помощью инженерной системы здания (BMS).

Циркуляционные насосы для горячей воды от компании Grundfos включают в себя циркуляционные насосы и насосы для перекачивания воды. Они используются для обеспечения оптимального получения и рециркуляции горячей воды для бытовых нужд.

Системы отопления и горячего водоснабжения

Комфортное проживание в доме невозможно без эффективно работающих систем горячего водоснабжения (ГВС) и отопления. Современный рынок предлагает внушительный выбор теплового оборудования и множество технических решений, с помощью которых можно устроить эффективные системы отопления и горячего водоснабжения. Однако, как показывает практика, далеко не всегда результат отвечает ожиданиям. Чтобы избежать ошибок в устройстве инженерных сетей дома, следует тщательно изучить технологию монтажа и использовать качественные материалы и оборудование.

Виды отопительных систем

Система отопления загородного дома может быть централизованной либо децентрализованной (автономной, индивидуальной). При централизованной системе отопления трубопроводы потребителя подключают напрямую к основной магистральной тепловой сети.

Индивидуальные системы отопления могут быть:

• воздушные,
• водяные,
• с использованием этиленгликоля;
• с использованием масла;
• электрического обогрева.

Водяные системы отопления в качестве теплоносителя используют воду, которая в свою очередь нагревается котлом и, проходя по трубопроводу, отдает свое тепло. При разных конструкциях и схемах происходит это через теплообменники или радиаторы.

Работа воздушного отопления основана на подогреве котлом воздуха, который впоследствии движется по воздуховодам. Также воздух может отдавать тепло и через дутьевые вентиляторы, установленные в стенах или на потолке. Сами же воздуховоды, как правило, утеплены и спрятаны в стены.

Этиленгликоль применяется в слабо используемых системах, когда существует возможность замерзания теплоносителя. Подобный раствор не боится низких температур и хорошо выдерживает высокие. Из минусов — слишком дорогое оборудование и последующая эксплуатация.

Масло используют при необходимости постоянных высоких температур. Долгий процесс остывания такого теплоносителя позволяет прогревать помещения до 25-30 градусов, а иногда ещё и выше. В жилом секторе, где приемлемой температурой считается 18-22 ^оС, применяется очень редко.

Электрический нагрев помещения происходит без использования теплоносителя — электроэнергия преобразуется в тепловую. Стоимость и количество потраченной энергии здесь напрямую зависит от заданной температуры.

Автономное отопление дома

Данный тип устройства обогрева помещения может основываться на естественной или принудительной циркуляции теплоносителя. Для принудительного перемещения жидкости используется циркуляционный насос. Неоспоримыми достоинствами такого устройства является: высокий комфорт (есть возможность регулировки температуры в помещении), использование труб небольшого диаметра, увеличение срока службы нагревательного котла. К недостаткам относится повышенный расход электроэнергии.

При естественной циркуляции вода движется по трубопроводу под действием гидравлики, когда возникает неоднородность среды (благодаря плотности и температуре). Недостатки – более низкий КПД и соответственно повышенный расход топлива и ресурса.

Кроме того, индивидуальные системы отопления могут быть закрытого и открытого типа. Последние использует открытый расширительный бак, в то время как закрытые сети предусматривает установку закрытого мембранного бака. Вторая система  имеет массу преимуществ:

• нет необходимости устанавливать бак в самой высокой точке системы;
• отсутствует контакт воды с воздухом, что исключает насыщение жидкости кислородом и преждевременный износ водопровода и котла, минимизируется риск образования воздушных пробок;
• есть возможность создавать необходимое давление даже в самых высоких точках системы.

Автономная система горячего водоснабжения.

Несмотря на то, что на протяжении многих лет центральная система горячего водоснабжения была приоритетной, сегодня все большее число граждан выбирает автономные схемы и самостоятельную их комплектацию оборудованием. Современный домовладелец может выбрать наиболее приемлемый вариант из приведенных ниже:

• проточная схема, предусматривающая расходный прогрев воды. Иными словами, когда открывается кран иначинает течь вода, тогда и происходит непосредственный нагрев.
• емкостные схемы. Используют электрические нагреватели и баки-накопители, со встроенными теплообменниками. Нагрев происходит независимо от разбора. самый дешевый способ получения горячей воды.
• комбинированные схемы. Такие системы горячего водоснабжения используют двухконтурные котлы  и накопительные баки для ГВС, емкостные водонагреватели и теплообменники промежуточного типа. Все это позволяет работать системе горячего водоснабжения в поточном режиме, если потребление горячей воды отвечает номинальной мощности теплообменника, а при пиковых расходах, превышающих номинальную мощность устройства, – в емкостном режиме с использованием воды из бака-накопителя.

Теплоносителем для ГВС может быть вода, воздух или электричество. Система водоснабжения при этом (как и в отоплении) делится на открытую или закрытую, циркуляционную или естественную. Каждый из вариантом подбирается индивидуально с учетом потребностей потребителя и технических характеристик трубопроводов.

Выбор нового водонагревателя

Выбирая новый водонагреватель для дома, выбирайте систему водяного отопления, которая не только обеспечит достаточное количество горячей воды, но и будет обеспечивать ее энергоэффективность, экономя ваши деньги. Это включает в себя рассмотрение различных типов доступных водонагревателей и определение правильного размера и источника топлива для вашего дома. Ознакомьтесь с инфографикой Energy Saver 101: Water Heating, чтобы узнать больше о различных типах водонагревателей и о том, как выбрать правильную модель для вашего дома.

Типы водонагревателей

Перед покупкой рекомендуется ознакомиться с различными типами водонагревателей:

Критерии выбора

При выборе наилучшего типа и модели водонагревателя для вашего дома учитывайте следующее:

• Вид топлива, наличие и стоимость. Тип топлива или источник энергии, который вы используете для нагрева воды, повлияет не только на годовые эксплуатационные расходы водонагревателя, но также на его размер и энергоэффективность.См. Ниже более подробную информацию о выборе типов топлива.
• Размер. Чтобы обеспечить дом достаточным количеством горячей воды и максимизировать эффективность, вам нужен водонагреватель подходящего размера. Посетите страницы, посвященные различным типам водонагревателей (ссылки выше), чтобы узнать больше о размерах.
• Энергоэффективность. Чтобы добиться максимальной экономии энергии и затрат, вы хотите знать, насколько энергоэффективен водонагреватель, прежде чем покупать его. Посетите страницы, посвященные различным типам водонагревателей (ссылки выше), чтобы узнать больше об оценке энергоэффективности.
• Затраты. Перед покупкой водонагревателя также неплохо оценить его годовые эксплуатационные расходы и сравнить их с другими менее или более энергоэффективными моделями. Посетите страницы, посвященные различным типам водонагревателей (ссылки выше), чтобы узнать больше об оценке затрат.

Также обязательно сделайте все возможное, чтобы сократить потребление горячей воды. Вы также можете изучить другие стратегии, такие как рекуперация тепла сточной воды, чтобы сэкономить деньги на счетах за отопление воды.

Типы топлива, наличие и стоимость нагрева воды

При выборе нового водонагревателя важно учитывать, какой тип топлива или источник энергии вы будете использовать, включая его доступность и стоимость. Топливо, используемое в системе водяного отопления, повлияет не только на годовые эксплуатационные расходы, но также на размер водонагревателя и энергоэффективность.

Изучение вариантов водонагревателя по типу топлива

Тип топлива и его доступность в вашем регионе могут сузить выбор вашего водонагревателя.Ниже приведен список вариантов водонагревателей в зависимости от вида топлива или источника энергии:

• Электроэнергия
  Широко доступны в Соединенных Штатах для использования в качестве топлива для обычных аккумуляторов, безбактовых водонагревателей или водонагревателей по запросу, а также для водонагревателей с тепловым насосом. Его также можно использовать с комбинированными системами водяного отопления и обогрева помещений, в том числе безрежимными змеевиками и косвенными водонагревателями.

• Мазут
  Доступно в некоторых районах США для заправки обычных водонагревателей и косвенных комбинированных систем водяного отопления и отопления помещений.

• Природный газ
  Доступно во многих регионах США для использования в обычных накопительных и требующихся (проточных или проточных) водонагревателях, а также в комбинированных системах водяного отопления и отопления помещений, которые включают безбаковые змеевики и косвенные водонагреватели.

• Пропан
  Доступен во многих регионах США для использования в обычных накопительных и требующихся (проточных или проточных) водонагревателях, а также в комбинированных системах водоснабжения и отопления помещений косвенного действия.

• Солнечная энергия
  Солнечные водонагреватели доступны на всей территории Соединенных Штатов, особенно на Юго-Западе.

Сравнение затрат на топливо и типов водонагревателей

Если в вашем районе доступно более одного типа топлива, рекомендуется сравнить затраты на топливо, особенно если вы строите новый дом. Даже если вы заменяете водонагреватель, вы можете обнаружить, что в конечном итоге сэкономите больше денег, если будете использовать другое топливо или источник энергии.Свяжитесь с вашим коммунальным предприятием для получения информации о текущих расходах на топливо или тарифах.

Тип водонагревателя, который вы выберете, также повлияет на ваши расходы на нагрев воды. Один тип водонагревателя может использовать один вид топлива более эффективно, чем другой тип водонагревателя. Например, водонагреватель с электрическим тепловым насосом обычно более энергоэффективен, чем обычный накопительный водонагреватель. Кроме того, водонагреватель с электрическим тепловым насосом может иметь более низкие затраты на энергию из-за его более высокой эффективности, чем традиционный водонагреватель, работающий на газе, даже если местные затраты на природный газ могут быть ниже, чем тарифы на электроэнергию.

Оценка затрат и эффективности водонагревателей для хранения, потребления и теплового насоса

Прежде чем вы сможете выбрать и сравнить стоимость различных моделей, вам необходимо определить водонагреватель правильного размера для вашего дома. Если вы еще этого не сделали, см. Определение размера нового водонагревателя. Чтобы оценить годовые эксплуатационные расходы на водонагреватель, водонагреватель с тепловым насосом (без резервуара или мгновенный) или с тепловым насосом, вам необходимо знать следующее о модели:

• Коэффициент энергии (EF) (см. Выше)
• Тип и стоимость топлива (текущие расценки могут предоставить местные коммунальные службы)

Затем используйте следующие вычисления:

Для газовых и масляных водонагревателей

Вам необходимо знать удельную стоимость топлива в британских тепловых единицах (Btu) или термиках.(1 терм = 100 000 британских тепловых единиц)

365 дней в году X 0,4105 терм / день ÷ EF X Стоимость топлива (терм) = расчетная годовая стоимость эксплуатации

Пример: водонагреватель, работающий на природном газе, с EF 0,58 и стоимостью топлива 0,00000109 долл. США / терм

365 X 0,4105 / 0,58 X 1,09 доллара (стоимость природного газа на этикетке энергоэффективности) = 282 доллара

Для электрических водонагревателей, в том числе тепловых насосов

Вам необходимо знать или пересчитать удельную стоимость электроэнергии в киловатт-час (кВтч).

365 дней в году x 12.03 кВтч / день ÷ EF x Стоимость топлива ($ / кВтч) = годовая стоимость эксплуатации

Пример: водонагреватель с тепловым насосом с EF 0,0 (это агрегат с наивысшей эффективностью на рынке) и стоимостью электроэнергии 0,1301 долл. США / кВт · ч

365 X 12,03 ÷ 4,0 X 0,1301 доллара США (это последняя стоимость электроэнергии, указанная в энергетической этикетке) = 143 доллара США

Ежедневное потребление энергии в приведенных выше уравнениях основано на процедуре испытания DOE для водонагревателей, которая предполагает температуру воды на входе 58 ° F, температуру горячей воды 135 ° F и общее производство горячей воды 64.3 галлона в день, что является средним показателем для семьи из трех человек.

Сравнение затрат и определение срока окупаемости

Когда вы узнаете стоимость покупки и годовые эксплуатационные расходы моделей водонагревателей, которые хотите сравнить, вы можете использовать приведенную ниже таблицу, чтобы определить экономию затрат и окупаемость более энергоэффективных моделей.

Пример:

Сравнение двух газовых водонагревателей с местной стоимостью топлива 1 доллар.09 за терм.

В приведенном выше примере следует учитывать, что высокоэффективный водонагреватель представляет собой блок с прямым вытяжным воздухом, отвод которого можно отводить через ПВХ, а не из металлических каналов. Это значительно снижает затраты на установку и может привести к гораздо более быстрой окупаемости.

Накопительные водонагреватели | Министерство энергетики

Обычные накопительные водонагреватели остаются самым популярным типом систем водяного отопления для дома. Здесь вы найдете основную информацию о том, как работают накопительные водонагреватели; какие критерии использовать при выборе подходящей модели; а также некоторые советы по установке, обслуживанию и безопасности.

Как они работают

Накопительный водонагреватель на одну семью предлагает готовый резервуар — от 20 до 80 галлонов — горячей воды. Он работает, выпуская горячую воду из верхней части бака, когда вы открываете кран с горячей водой. Чтобы заменить эту горячую воду, холодная вода поступает на дно бака, гарантируя, что бак всегда полон.

Обычные источники топлива для водонагревателей включают природный газ, пропан, мазут и электричество. Узнайте больше о доступных видах топлива при выборе нового водонагревателя.

Поскольку вода в баке постоянно нагревается, энергия может быть потрачена впустую, даже если кран с горячей водой не работает. Это называется потерей тепла в режиме ожидания . Только водонагреватели без резервуара, такие как водонагреватели по запросу и водонагреватели без резервуара, позволяют избежать потерь тепла в режиме ожидания. Некоторые модели накопительных водонагревателей имеют сильно изолированный бак, что значительно снижает потери тепла в режиме ожидания и снижает годовые эксплуатационные расходы. Ищите модели с резервуарами, которые имеют тепловое сопротивление (R-значение) от R-12 до R-25.

Газовые и масляные водонагреватели также имеют потери энергии, связанные с удалением воздуха. Два типа водонагревателей — газовый водонагреватель с вентилятором и атмосферный водонагреватель герметичного горения — уменьшают эти потери. Посетите сайт Energy Basics, чтобы узнать больше о том, как работают обычные водонагреватели.

Вы также можете рассмотреть некоторые менее традиционные накопительные водонагреватели — водонагреватели с тепловым насосом и солнечные водонагреватели. Эти водонагреватели обычно более дорогие, но они обычно имеют более низкие годовые эксплуатационные расходы.

Выбор накопительного водонагревателя

Самый дешевый накопительный водонагреватель может оказаться самым дорогим в эксплуатации и обслуживании в течение всего срока службы. Хотя установка слишком большого размера может показаться привлекательной, она требует более высокой покупной цены и увеличения затрат на электроэнергию из-за более высоких потерь энергии в режиме ожидания.

Перед покупкой нового водонагревателя примите во внимание следующее:

Установка и обслуживание

Правильная установка и обслуживание вашего водонагревателя может повысить его энергоэффективность.

Правильная установка зависит от многих факторов. Эти факторы включают тип топлива, климат, местные строительные нормы и правила и вопросы безопасности, особенно в отношении сжигания воды в водонагревателях, работающих на газе и жидком топливе. Поэтому для установки накопительного водонагревателя лучше обратиться к квалифицированному специалисту по сантехнике и отоплению. При выборе подрядчика обязательно сделайте следующее:

• Запросите смету расходов в письменной форме
• Спросите рекомендации
• Обратитесь в местное бюро Better Business Bureau
• Узнайте, получит ли компания местное разрешение, если необходимо, и понимает ли местные строительные нормы и правила и т. д.

Если вы решили установить его самостоятельно, сначала проконсультируйтесь с производителем водонагревателя. У производителей обычно есть необходимые инструкции по установке и эксплуатации. Кроме того, свяжитесь с вашим городом для получения информации о получении разрешения, если необходимо, и о местных нормах и правилах строительства водонагревателей.

Периодическое обслуживание водонагревателя может значительно продлить срок его службы и минимизировать потерю эффективности. Прочтите руководство пользователя для получения конкретных рекомендаций по обслуживанию.

Текущее обслуживание водонагревателей, в зависимости от типа / модели, может включать:

• Промывка литра воды из накопительного бака каждые три месяца
• Проверка клапана температуры и давления каждые шесть месяцев
• Осмотр анодный стержень каждые три-четыре года.

Повышение энергоэффективности

После того, как ваш водонагреватель правильно установлен и обслуживается, попробуйте некоторые дополнительные стратегии энергосбережения, которые помогут снизить ваши счета за нагрев воды.Некоторые энергосберегающие устройства и системы дешевле устанавливать вместе с водонагревателем.

Руководство по покупке лучших водонагревателей

Водонагреватели резервуаров обычно вмещают 40, 50 или 55 галлонов или более. Размер, который вы покупаете, зависит от количества людей, живущих в вашем доме, и вашего максимального потребления воды. Семья из четырех человек, например, может несколько раз принять душ, запустить посудомоечную машину и выстирать одну или две партии белья в среднем в день, что в сумме составляет 100 галлонов горячей воды или более. Но это не означает, что домохозяйству нужен резервуар на 100 галлонов.

Для водонагревателей с накопительным баком важно учитывать рейтинг за первый час, который представляет собой количество галлонов, которое водонагреватель может подать за час, начиная с полного резервуара. Вы найдете FHR на этикетке EnergyGuide. Чтобы рассчитать, какая частота сердечных сокращений будет работать для вашего дома, используйте калькулятор на веб-сайте Energy Saver.

В результате недавно обновленных стандартов эффективности водонагреватели объемом менее 55 галлонов теперь имеют повышение эффективности на 4 процента, а водонагреватели объемом 55 галлонов или более имеют прирост эффективности от 25 до 50 процентов, в зависимости от используемой технологии — тепловой насос или конденсация.(См. Типы водонагревателей ниже.)

И не думайте, что новый водонагреватель поместится там, где был ваш старый. Из-за повышенной изоляции и других улучшений эффективности некоторые новые модели могут быть шире и / или выше, чем ваш старый водонагреватель.

Бесконтактные водонагреватели, конечно, не удерживают много воды, поэтому нужно искать показатель галлонов в минуту (галлонов в минуту). Это число, которое говорит вам, сколько горячей воды водонагреватель может подать за установленный период времени. Чем выше GPM, тем больше горячей воды может подать агрегат.Если у вас большая семья и несколько ванных комнат, вам понадобится безрезервуарный водонагреватель с более высоким GPM. Например, в обычном душе расходуется до 2,5 галлона в минуту. Более новые стиральные машины используют от 7 галлонов (фронтальная загрузка) до 19 галлонов (мешалка с верхней загрузкой) на одну стирку, но более старые модели могут использовать до 32 галлонов на загрузку, как указано ниже. Соответственно рассчитайте свои потребности.

Для получения дополнительной информации, вы можете проверить наши характеристики водонагревателя.

Горячая вода для промышленности | Армстронг Интернэшнл

Независимо от того, какой метод нагрева воды вы используете, у нас есть необходимые интеллектуальные решения.

Наши специалисты покажут вам, как избежать масштабирования, повысить эффективность и безопасность, а также увеличить производство и доходность. Мы также можем помочь вам удовлетворить мировые стандарты качества воды, предоставив чистую, безопасную исходящую воду, которая соответствует стандартам USFDA и ЕС для воды в бутылках и пищевых ингредиентов для непосредственного использования без дополнительной фильтрации. (Это заявление предполагает, что поступающая вода соответствует требованиям USFDA и ЕС.)

Отопление водяным паром Отопление водой газом

Готовое комплексное решение, разработанное для удовлетворения ваших непосредственных потребностей в увеличении производительности.

Надежные и проверенные, наши мобильные механические помещения с быстрой доставкой по принципу «включай и работай» удовлетворяют ваши высокие производственные потребности, обеспечивая безопасную, надежную и горячую воду с температурой, необходимой для мытья, санитарии и мытья рук.

УЗНАЙТЕ БОЛЬШЕ О МОБИЛЬНЫХ ТЕПЛОВЫХ УТИЛИТАХ ARMSTRONG

Armstrong обеспечивает новаторскую точность, простоту и непревзойденную производительность с нашим передовым решением для пара / воды.

Наши решения для горячего водоснабжения для пара — от одного продукта до полной, полностью интегрированной системы — могут удовлетворить самые взыскательные требования.

Армстронг все делает.

Мы можем решить ваши проблемы и предотвратить их с помощью комплексного решения, разработанного специально для ваших уникальных параметров. Armstrong — это комплексное решение для вас: от полного спектра современной продукции до полной, полностью интегрированной системы горячего водоснабжения для нового предприятия или индивидуальных решений и решений «под ключ» для каждого из ваших существующих заводов по всему миру.

На переднем крае технологий и инноваций.

Мы представили миру цифровой контроль температуры воды, и наша компания имеет более 50 патентов на исключительные продукты и программное обеспечение.Интеллектуальные решения Armstrong работают по всему миру, постоянно экономя время, деньги и энергию для некоторых из крупнейших и наиболее эффективных компаний в вашей отрасли.

Попадание в горячую воду: Практическое руководство по системам водяного отопления

Одним из положительных результатов недавнего энергетического кризиса стало развитие и совершенствование технологий использования альтернативных форм энергии.Нигде эти усилия не были более очевидными, чем рост использования древесины в качестве источника топлива. Многие односемейные дома, построенные в последние годы, предусматривают хотя бы частичное отопление дровами. Некоторые коммерческие, промышленные и сельскохозяйственные предприятия, которым требуется большое количество тепла, также либо перешли на древесину, либо рассмотрели ее.

Один из наиболее удобных, эффективных и рентабельных способов, с помощью которых жилые, сельскохозяйственные и небольшие коммерческие пользователи могут пользоваться преимуществами энергии на базе древесины, — это использование системы водяного отопления (часто называемой гидравлической).Системы горячего водоснабжения, работающие на древесном топливе, особенно подходят для малых и средних предприятий. Основным преимуществом этих систем является то, что они обеспечивают постоянный нагрев при относительно нечастой загрузке. Они также безопасны и могут сжигать недорогое древесное топливо во многих различных формах. Хотя этой технологии как минимум 200 лет, сегодня стоит подумать о ней.

Расширение биологической и сельскохозяйственной инженерии в Государственном университете Северной Каролины спроектировало и протестировало ряд гидравлических систем различных размеров за последние годы.Планы для этих систем доступны за небольшую плату. В настоящее время в Северной Каролине действует несколько тысяч жилых систем горячего водоснабжения, работающих на дровах. Кроме того, около 60 единиц используется для сушки табака и около 300 — для обогрева теплиц. Хотя многие из этих систем были построены на основе проверенных планов, некоторые из них — нет. Когда в системе возникают проблемы, это часто происходит из-за того, что некоторые важные конструктивные или эксплуатационные требования были упущены из виду.

Для эффективной работы важно понимать и соблюдать определенные основные правила.Эта публикация предоставляет оператору системы водяного отопления важную базовую информацию об этом типе системы и ее работе. В первых двух разделах описывается система горячего водоснабжения и ее части, объясняются функции каждой части и даются некоторые простые расчеты конструкции для тех, кто хочет построить свою собственную систему. Третий раздел поможет читателю развить понимание древесного топлива, а четвертый описывает и объясняет экономику систем горячего водоснабжения.

В системе водяного отопления вода используется для хранения тепловой энергии и передачи ее от горящего топлива к месту, где будет использоваться тепло.Все системы горячего водоснабжения (гидроники) состоят из пяти основных частей:

• А топка , камера, в которой сжигается топливо;
• A резервуар для воды , в котором тепло поглощается и хранится;
• A насосно-трубопроводная система для транспортировки нагретой воды;
• Теплообменник для отвода тепла там, где оно необходимо;
• Система управления для управления скоростью использования тепла.

При проектировании водонагревателя на дровах важны три фактора:

1. Горение . Система должна быть спроектирована так, чтобы топливо сгорало максимально полно.
2. Теплообмен . Конструкция должна позволять как можно большему количеству выделяемого тепла попадать в воду.
3. Сохранение тепла . Система должна позволять как можно меньше тепла уходить неиспользованным.

Самая важная часть любой системы горячего водоснабжения — топка или камера сгорания.Если он неправильного размера или плохо спроектирован, производительность всей системы пострадает. Самая частая проблема домашних систем горячего водоснабжения — это плохо спроектированная топка. К сожалению, это также одна из самых сложных проблем, которую можно решить без изменения конструкции и восстановления топки.

Как горит древесина

Чтобы оценить необходимость правильно спроектированной топки, необходимо понимать, как горит дрова. Горение (горение) — это процесс, в котором кислород химически соединяется с топливом, выделяя тепло.Тепло также необходимо для запуска процесса. Однако, однажды начавшись, реакция может быть самоподдерживающейся.

Большинство людей знают, что для сжигания необходимы топливо и кислород. Однако многие не осознают, что тепло также необходимо. Многие проблемы в системах водяного отопления связаны с недостаточным количеством тепла в камере сгорания.

Двумя основными компонентами древесины являются целлюлоза и лигнин. Эти два химических вещества состоят в основном из углерода, водорода и кислорода.При повышении температуры древесины некоторые летучие вещества, содержащиеся в ней — вода, воск и масла — начинают выкипать. При температуре около 540 ° F тепловая энергия приведет к разрыву атомных связей в некоторых молекулах древесины. Когда тепловая энергия разрывает связи, которые удерживают вместе атомы, составляющие лигнин или целлюлозу, образуются новые соединения — соединения, которых изначально не было в древесине. Этот процесс известен как пиролиз. Эти новые соединения могут быть газами, такими как водород, окись углерода, двуокись углерода и метан, или они могут быть жидкостями и полутвердыми веществами, такими как смолы, пиролитовые кислоты и креозот.Эти жидкости в виде мелких капель и полутвердых частиц вместе с водяным паром образуют дым. Дым, который выходит из трубы (дымохода) несгоревшим, является потраченным топливом.

По мере того, как температура продолжает расти, производство пиролитических соединений резко возрастает. При температуре от 700 до 1100 ° F (в зависимости от присутствующих пропорций) кислород соединяется с газами и смолами с выделением тепла. Когда это происходит, происходит самоподдерживающееся горение.

В какой-то момент во время горения куска дерева все смолы и газы улетучатся.Остается в основном древесный уголь. В обиходе мы говорим, что древесина сгорела дотла. Эти угли медленно горят снаружи и почти без огня. Количество угля или древесного угля, которое остается после того, как другие части древесины выкипят, зависит в первую очередь от породы древесины, а также от того, как быстро и при какой температуре она была сожжена. Как правило, чем быстрее и горячее сгорает кусок дерева, тем меньше древесного угля остается в виде углей.

Лучше всего быстро обжечь дрова, чтобы получить от них как можно больше тепла.Медленный дымный огонь может тратить до трети тепловой энергии топлива. Для эффективного горения огонь должен получать достаточно кислорода. Высокая дымовая труба, механический вытяжной вентилятор или и то, и другое обычно используются для обеспечения достаточной тяги (потока воздуха в топку).

Однако существуют пределы того, насколько быстро можно заставить дрова гореть. Если воздух нагнетается в камеру сгорания слишком быстро, он имеет тенденцию «задуть» огонь. Результат почти такой же, как недостаток воздуха.

Слишком большое количество воздуха в камере сгорания также может привести к вздутию воздуха.Дыхание на самом деле представляет собой серию взрывов, возникающих в результате резкого смешивания воздуха и древесных газов. Чаще всего это происходит, когда свежее топливо добавляется в слой очень горячих углей. Сильное тепло от углей может отогнать большие объемы горючих газов, которые периодически воспламеняются по мере поступления кислорода. Эти взрывы редко вызывают какие-либо повреждения системы, но возникающий в результате обратный огонь может вызвать ожоги и летящий пепел.

Многие соединения образуются при горении древесины. Только в дыме было идентифицировано более 160 различных видов.В наибольшем объеме выделяются окись углерода, метан, метанол и водород. Хотя эти соединения будут гореть при относительно низких температурах, большая часть оставшихся выделенных соединений, таких как дым и смола, не сгорит полностью, пока температура не достигнет более 1000 ° F. Таким образом, для полного сгорания необходима горячая топка.

В большинстве хорошо спроектированных систем горячего водоснабжения топка окружена водой. По этой причине эти системы иногда называют «водяными плитами».«В агрегатах этого типа стенки топки поглощают большую часть выделяемого тепла. Вода сохраняет стенки топки относительно прохладными, что приводит к хорошей теплопередаче, но не способствует хорошему сгоранию. В большинстве случаев необходимо изолировать стены и пол топки из огнеупорного кирпича. Огнеупорный кирпич замедляет отвод тепла от огня и, таким образом, увеличивает эффективность сгорания.

Обычный красный строительный кирпич, особенно с отверстиями, работает так же хорошо, как белый огнеупорный кирпич для облицовки топки.Хотя красный кирпич не так эффективен, он стоит примерно в пятую часть стоимости белого огнеупорного кирпича.

Конструкция топки

На рис. 1 показано поперечное сечение типичного водонагревательного агрегата. Очень важно, чтобы камера сгорания с водяной рубашкой была достаточно большой. Он должен быть такого размера, чтобы он не только принимал заряд топлива, но и позволял полностью сгореть расширяющимся газам сгорания, прежде чем они потеряют слишком много тепла и перейдут в дымовые трубы.

Одна из наиболее распространенных проблем домашних систем горячего водоснабжения заключается в том, что камера сгорания слишком мала для нормального сгорания. В этом случае трудно разжечь огонь достаточно горячим; он имеет тенденцию курить, даже когда ему дают много воздуха. Если топка еще не слишком мала, добавление облицовки из огнеупорного кирпича может помочь, потому что это сделает огонь более горячим. Однако иногда единственным выходом является замена топки на более крупную.

Мощность системы горячего водоснабжения можно описать двумя способами: с точки зрения ее мощности горелки или сгорания и с точки зрения ее способности аккумулировать тепло.(Последнее будет обсуждаться в другом разделе.) Мощность горелки системы определяется как наибольшее количество тепла, которое горелка может выделить из топлива за заданный период времени. Мощность горелки можно рассматривать как практический предел устойчивой мощности системы. Если вы продолжите увеличивать скорость подачи топлива в камеру сгорания, в конечном итоге будет достигнута точка, в которой топливо будет потребляться с той же скоростью, с которой оно добавляется. В этот момент горелка работает с номинальной мощностью.Более быстрое добавление топлива может фактически помешать процессу горения.

С практической точки зрения мощность горелки системы определяется размером топки и тем, насколько хорошо воздух может подаваться и распределяться по топливу. В общем, вы можете рассчитывать получить около 40 000 БТЕ в час на каждый квадратный фут площади решетки при условии, что глубина будет достаточной. Это означает, что вы можете ожидать около 800000 БТЕ в час от топки 5 футов в длину и 4 фута в ширину.

Между площадью колосниковой решетки и глубиной топки существует более чем случайная зависимость.Топка должна быть максимально глубокой. Большая глубина позволяет большему перемещению пламени и лучшему перемешиванию поднимающихся горячих газов для улучшения сгорания. В общем, глубина должна быть равна или больше наименьшего размера решетки. Например, если размер колосниковой решетки составляет 5 на 8 футов, глубина топки должна быть не менее 5 футов. В таблице 1 показано предполагаемое соотношение между объемом топки и емкостью системы. Размеры не указаны, потому что размер и форма резервуара для хранения воды и свободное пространство, необходимое для пожарных труб, ограничивают глубину топки.Важно помнить, что высокие тонкие топки лучше, чем короткие толстые.

Выбор вытяжного вентилятора

Практические ограничения размеров топки и конструкции дымовой трубы обычно требуют создания тяги с помощью вентилятора.Были использованы следующие схемы и их комбинации:

• Вентилятор для подачи свежего воздуха под решетку;
• Баллончик для нагнетания свежего воздуха в топку над решеткой;
• Вытяжной вентилятор для подачи свежего воздуха в топку и через систему.

Использование вентиляторов для подачи воздуха в камеру сгорания имеет то преимущество, что вентиляторы остаются чистыми и охлаждаются воздухом, который они перемещают. Недостатком является то, что дым и искры могут выходить из любой трещины в топке, потому что давление внутри топки выше, чем снаружи.Если используется вытяжной вентилятор, любые утечки происходят внутрь. Недостатком является то, что тепло и копоть в дымовой трубе сильно воздействуют на систему вентиляторов, хотя существуют вентиляторы, специально разработанные для этой цели.

Скорострельность зависит от тяги. Вентилятор или вентиляторы с принудительной тягой должны подавать достаточно кислорода для максимальной ожидаемой скорости горения, но не должны обеспечивать больше этого количества. Слишком много воздуха охладит огонь и выбросит пепел в дымовые трубы. Например, чтобы определить размер стекового вентилятора, предположим, что максимальная мощность системы составляет 2 миллиона БТЕ в час.

2000000 БТЕ / час ÷ 6680 БТЕ / фунт древесины = 300 фунтов древесины / час

Для сжигания 1 фунта дров требуется около 6 фунтов воздуха. Следовательно, потребность в воздухе составляет:

.

6 фунтов воздуха / фунт древесины x 300 фунтов древесины / час = 1800 фунтов воздуха / час

Один фунт воздуха эквивалентен примерно 13,5 кубическим футам. Таким образом, необходимый объем воздуха составляет:

.

1800 фунтов воздуха / час x 13,5 кубических футов / фунт воздуха = 24 300 кубических футов воздуха / час или 405 кубических футов / мин (куб. Футов / мин)

Обычно для эффективного сгорания требуется около 50 процентов избыточного воздуха.Следовательно, требуемый объем:

405 кубических футов в минуту x 1,5 = 608 кубических футов в минуту

Поскольку мы определяем объем воздуха и газов, перемещаемых вытяжным вентилятором, мы должны учитывать добавление продуктов сгорания и влажности древесины к дымовым газам. Для древесины с влажностью 20 процентов, влажная основа (w.b.), отношение объема дымовой трубы к входящему воздуху составляет 1,16 моль дымовых газов на моль свежего воздуха.

Это соотношение рассчитано исходя из 100-процентного сгорания. Таким образом, объем выходящих продуктов сгорания составляет:

608 кубических футов в минуту входящего воздуха x 1.16 = 705 куб. Футов в минуту

Наконец, объем необходимо отрегулировать в соответствии с температурой. Закон Чарльза гласит, что объем газа линейно увеличивается с его температурой. Чтобы использовать закон Чарльза, температуры по Фаренгейту должны быть преобразованы в температуры по шкале Ренкина (R), что достигается добавлением 460 ° к температуре по Фаренгейту.

При температуре входящего воздуха 510 ° R (50 ° F) и температуре дымовой трубы 760 ° R (300 ° F) скорректированный объем дымового газа составляет:

760/510 x 705 кубических футов в минуту = 1050 кубических футов в минуту

Таким образом, 608 кубических футов в минуту входящего воздуха соответствует общему объему 1050 кубических футов в минуту, выходящему через дымовую трубу.Подойдет типичный вентилятор мощностью 1100 кубических футов в минуту при статическом давлении воды 1 дюйм. Статического давления воды в 1 дюйм будет более чем достаточно для компенсации газового трения в системе.

Вышеприведенные расчеты можно применить к системам различного размера. Размеры вентиляторов указаны в таблице 2 для различных систем.

Двери с водяным охлаждением

Одной из наиболее часто встречающихся проблем в системах водяного отопления является коробление дверок топки.Двери должны быть большими для удобной топки. Одна сторона подвержена сильному нагреву камеры сгорания, а другая часто окружена зимними температурами. Возникающие в результате сильные термические нагрузки могут деформировать двери. Хотя дверь, показанная на Рисунке 2, была сделана из стали ^1, ⁄ ₂ дюймов с существенным усилением, вскоре она так сильно покоробилась, что ее нельзя было закрыть.

Опыт показал, что полностью решить эту проблему невозможно, хотя ее можно существенно уменьшить, охладив двери водой.Водяное охлаждение не только предотвращает коробление, но и позволяет рекуперировать больше тепла.

Двери с водяным охлаждением обычно имеют внутреннюю и внешнюю металлические поверхности, разделенные 2- или 3-дюймовыми полостями, через которые может циркулировать вода. Часть выхода циркуляционного насоса воды отводится в полость двери. В полость обычно устанавливаются перегородки для обеспечения хорошей циркуляции и равномерного охлаждения.

Решетка Дизайн

Для максимального удобства и эффективности в нижней части топки необходимо предусмотреть решетку.Идеальная решетка позволяет золе просачиваться сквозь нее, но удерживает большую часть древесины и древесного угля и обеспечивает непрерывный поток воздуха через всю площадь решетки без периодического перемешивания или встряхивания. На каждые 1000 БТЕ номинальной мощности требуется не менее 5 квадратных дюймов площади решетки. Например, для системы мощностью 200 000 БТЕ / час потребуется:

200 x 5 = 1000 квадратных дюймов

Одна тысяча квадратных дюймов равна примерно 7 квадратным футам. Следовательно, решетки шириной 2 фута и длиной 3 ¹ ⁄ ₂ футов будет достаточно для системы с номинальной производительностью 200 000 БТЕ / час.

Создать удовлетворительную решетку сложно. Лучше всего подходят чугунные решетки, но их трудно найти, они дороги и имеют тенденцию со временем треснуть и выгореть. Пластина из мягкой стали толщиной от ¹ ⁄ _{2 от} дюймов до 1 дюйма будет деформироваться при нагревании, если она не будет хорошо поддерживаться снизу. Однако решетчатые опоры затрудняют удаление золы. Использованные железнодорожные рельсы, перевернутые вверх ногами, с умеренным успехом использовались для формирования решеток. Стандартные 80-фунтовые рельсы, расположенные на расстоянии ¹ ⁄ ₂ на расстоянии 1 дюйма друг от друга, будут охватывать 6 футов без поддержки.Рельсы изготовлены из марганцевой легированной стали, их трудно сваривать и резать. Однако они умеренно устойчивы к высокотемпературной эрозии и относительно недороги, если их покупать на свалке металлолома.

Накопление древесного угля во время непрерывного обжига может привести к закупорке решеток и нарушению циркуляции воздуха. Установка вентилятора высокого давления под решеткой гарантирует поддержание минимального потока воздуха и ускоряет сжигание древесного угля. Остальной воздух для горения может подаваться через вентиляционное отверстие или дополнительный вентилятор над решеткой.

Рисунок 1. Типовая система водяного отопления.

Рисунок 2.Двери должны иметь водяное охлаждение, чтобы они не коробились от сильного жара.

Самая заметная часть системы горячего водоснабжения — это бак для воды. Стандартные резервуары, подходящие для систем водяного отопления, доступны в различных размерах, объемах и толщинах стенок.Подземные резервуары имеют более толстые стенки, чем надземные, что делает их намного лучше для сварки. Если у вас есть выбор, лучше использовать короткий резервуар большого диаметра, чем длинный и тонкий, потому что более короткий резервуар имеет меньшую площадь поверхности, что снижает потери тепла и стоимость изоляции. В таблице 3 приведены размеры и вместимость широкого диапазона стандартных резервуаров для хранения нефти.

Хотя лучше всего использовать новый резервуар, многие успешные системы были созданы с использованными резервуарами.Резервуары для хранения отработанного масла часто можно получить просто по запросу. Если вы решили попробовать использованный резервуар, внимательно осмотрите его на предмет дырок или тонких пятен. Также узнайте, какая жидкость хранилась в резервуаре. Внимание: Никогда не сваривайте и не резайте резервуар, который, как вы подозреваете, содержит легковоспламеняющиеся материалы, если он не будет тщательно очищен и провентилирован. Один из методов удаления остатков масла или бензина из большого бака — смешать примерно 2 фунта моющего средства на тысячу галлонов емкости с достаточным количеством воды, чтобы растворить его, и вылить этот раствор в бак.Затем полностью наполните резервуар водой и дайте ему постоять несколько дней, прежде чем слить его и приступить к работе.

Теплоемкость

Как упоминалось в предыдущем разделе, одним из показателей емкости системы является ее способность аккумулировать тепло. Вода — одно из наименее дорогих и наиболее легко перемещаемых и контролируемых веществ. Это также один из лучших известных носителей тепла. Вода может хранить в четыре или пять раз больше тепла, чем камень, в десять раз больше, чем большинство металлов, и примерно в четыре раза больше, чем воздух на единицу веса.Его единственный недостаток в том, что он не может сохранять тепло при температуре выше 212 ° F, если он не находится под давлением. Это ограничивает его пригодность для высокотемпературных применений. Однако для систем отопления помещений в теплицах и других сельскохозяйственных, коммерческих или жилых помещениях это ограничение обычно не является проблемой.

По определению, одна британская тепловая единица (BTU) — это количество тепла, необходимое для повышения температуры фунта воды на 1 ° F. Галлон воды весит примерно 8.3 фунта, поэтому тепловая энергия, необходимая для повышения температуры галлона на 100 ° F, составляет:

8,3 фунта x 100 ° F = 830 БТЕ

Для сравнения, для повышения температуры 8,3 фунта гравия на 100 ° F потребуется всего около 166 БТЕ.

Как указывалось ранее, воду нельзя нагревать до температуры выше 212 ° F при атмосферном давлении. Эта температура определяет верхний предел количества тепла, которое может хранить безнапорная вода. Нижний предел устанавливается желаемой температурой нагрузки.Например, если в теплице должна поддерживаться температура 65 ° F, то эта температура является нижним пределом. Разница между верхним и нижним пределом,

212 ° F — 65 ° F = 147 ° F

указывает, сколько тепла может удержать данный объем воды.

На самом деле, снижать температуру хранения до нижнего предела непрактично. Скорость передачи тепла нагрузке (например, от радиаторов к воздуху внутри теплицы) значительно снижается, поскольку температура нагретой поступающей воды приближается к температуре воздуха нагрузки.По этой причине желательно поддерживать нижнюю температуру хранения воды, по крайней мере, на 35 ° F выше желаемой температуры загрузки. Следовательно, в предыдущем примере нижний предел температуры будет 100 ° F, а разница температур будет не 147 ° F, а

.

212 ° F — (65 ° F + 35 ° F) = 112 ° F

Следовательно, диапазон температур хранения воды ограничен 112 ° F. Используя эту информацию в качестве руководства, теперь мы можем определить, какой объем памяти необходим.

Если заданная тепловая нагрузка определена как 200000 БТЕ в час и желательно иметь 6 часов нагрева после тушения пожара, количество воды должно быть достаточным для хранения:

200000 БТЕ / час x 6 часов = 1200000 БТЕ

Для подъема одного фунта воды на 1 ° F требуется 1 БТЕ.В каждом фунте воды может храниться только 112 БТЕ. Следовательно, необходимое количество воды составляет:

.

1,200,000 БТЕ ÷ 112 БТЕ / фунт = 10714 фунтов

Поскольку вода весит 8,3 фунта на галлон, 10 714 фунтов воды равны 1291 галлону.

На практике максимальная температура воды редко превышает 200 ° F; следовательно, требуется емкость, немного превышающая 1291 галлон.

Эти расчеты предполагают, что тепло не теряется из резервуара или из труб, по которым вода подается к загрузке и от нее.Эти потери могут быть значительными в зависимости от того, насколько хорошо изолирована труба, расстояния от резервуара до груза и температуры наружного воздуха.

Очень хорошая идея — установить термометр на выпускной линии резервуара. Это даст точную индикацию температуры воды внутри резервуара. Падение температуры воды более чем на 20 ° F в час является хорошим признаком того, что резервуар для воды слишком мал, поскольку цель системы горячего водоснабжения — обеспечить постоянный источник тепла без необходимости постоянно разжигать огонь.

Также хорошей идеей является установка термометра на линиях с обеих сторон нагрузки — например, на впускной и выпускной линиях радиатора или ряда радиаторов. Это позволяет определить не только, сколько энергии теряется между баком и грузом, но и насколько эффективно радиаторы извлекают тепло из воды.

Для оптимальной конструкции системы емкость накопителя должна основываться на максимальной номинальной мощности горелки, требуемой тепловой нагрузке и максимальном промежутке времени между загрузками топлива.Следующее обсуждение показывает, как взаимодействуют эти три фактора.

Предположим, как в приведенном выше примере, что требуемая средняя тепловая нагрузка составляет 200 000 БТЕ в час. Это означает, что в течение обычного часа работы требуется 200 000 БТЕ тепла. Вероятно, что посреди очень холодной ночи количество необходимого тепла превысит это количество. Но для того, чтобы иметь достаточно тепла, мощность горелки должна как минимум равняться средней нагрузке плюс потери. С практической точки зрения желательно, чтобы горелка была рассчитана на 1,5–2-кратную среднюю тепловую нагрузку.Горелка большего размера может производить тепло для хранения, а также для немедленного использования в периоды средней нагрузки.

Помимо энергии, хранящейся в горячей воде (накопительный бак), в системе также можно хранить тепловую энергию в виде несгоревшей древесины. Это называется хранилищем топки. В ожидании очень холодной ночи оператор теплицы может топить систему в течение дня, чтобы постепенно поднять температуру воды примерно до 212 ° F. Несмотря на то, что вода уже удерживает количество тепла, близкое к максимальному, оператор может снова заполнить топку непосредственно перед тем, как уйти на ночь.Это дополнительное топливо добавляет энергии системе. Горящее топливо может просто заменить уходящее тепло и, таким образом, поддерживать высокую температуру воды. Однако, если дополнительное топливо слишком быстро добавляет слишком много тепла, вода в баке закипит, и энергия будет потрачена впустую в виде пара.

Маловероятно, что система горячего водоснабжения во время реальной работы будет подвергаться очень большим колебаниям нагрузки. Другими словами, не требуется производить максимальную производительность один час и никакой в ​​последующие.Скорее, постепенное увеличение и уменьшение обычно происходит в течение дня по мере изменения наружной температуры и многих других факторов. С другой стороны, тепло, подаваемое в систему от огня, обычно бывает довольно спорадическим, в зависимости от того, сколько и как часто добавляется топливо. Ценность системы горячего водоснабжения частично основана на ее способности быстро накапливать тепловую энергию, но медленно выделять ее с контролируемой скоростью.

Если горелка вырабатывает больше тепла, чем используется системой, дополнительное тепло будет сохраняться при условии, что емкость аккумулирования не была превышена.При превышении емкости вода закипает. Когда это происходит, избыточное тепло уходит из системы в виде пара. Энергия, необходимая для кипячения воды, просто тратится зря. Частое кипение в системе горячего водоснабжения указывает на то, что горелка слишком велика, или она слишком часто зажигается, или что емкость аккумулирующей тепло системы слишком мала.

Если емкость аккумулирования тепла недостаточна, одно решение — добавить еще один резервуар. Тандемный резервуар обычно располагается как можно ближе к основному резервуару и соединяется впускной и выпускной трубой и насосом (Рисунок 3).Таким образом, емкость хранилища может быть легко увеличена без нарушения работы остальной системы. Между двумя баками всегда необходимо непрерывно перекачивать воду, чтобы тепло распределялось равномерно. Это можно сделать, добавив дополнительный насос или используя часть потока от существующего насоса, если он имеет избыточную производительность.

Система горячего водоснабжения не является паровой; то есть в системе никогда не бывает другого давления, кроме давления, создаваемого насосами. Из бака для горячей воды необходимо удалить воздух, чтобы предотвратить повышение давления, когда вода нагревается и расширяется или превращается в пар.Невентилируемый накопительный бак чрезвычайно опасен . В верхней части бака требуется как минимум два вентиляционных отверстия. Более того, люк, который обычно вырезается в верхней части резервуара во время строительства, можно оставить открытым, но прикрыть листом листового металла.

Изоляция

Необходимо изолировать бак и все трубы, чтобы предотвратить утечку тепла. Для наружных резервуаров подходит полиуретановая изоляция, напыляемая напылением, особенно если она окрашена и защищена от прямого воздействия огня и солнечных лучей.Покрытие толщиной 1 дюйм, обеспечивающее степень изоляции R-7, стоит около 1 доллара за квадратный фут. Например, для резервуара емкостью 2000 галлонов диаметром 64 дюйма и длиной 12 футов изоляция будет стоить приблизительно 250 долларов. В таблице 4 приведены расчетные значения теплоизоляции резервуаров различной толщины из полиуретана.

Эта таблица показывает, что затраты на нанесение минимального количества изоляции можно легко оправдать за счет экономии затрат на электроэнергию.Однако дополнительные затраты на изоляцию толщиной более ¹ ⁄ ₂ дюйма трудно оправдать.

Один из вариантов — разместить систему под односкатной крышей, где ее можно изолировать относительно недорогими войлоками из стекловолокна. Стекловолокно, которое может иметь основу из алюминиевой фольги, может удерживаться на месте проволочной сеткой с крупными ячейками. Стоимость навеса, изоляции, пленки, провода и рабочей силы может быть больше, чем стоимость напыляемой полиуретановой изоляции, но этот тип изоляции, вероятно, прослужит намного дольше и даст лучшее значение R.

Защита от ржавчины

Рекомендуется использовать какие-либо меры по предотвращению ржавчины для защиты внутренней части резервуара и труб от коррозии. Доступен ряд коммерческих химикатов, предназначенных в основном для использования в высокотемпературных котлах. Некоторые из них были бы довольно дорогими в количестве, необходимом для защиты системы горячего водоснабжения среднего размера.

Один метод, который был признан подходящим для систем горячего водоснабжения, — это добавление некоторых относительно недорогих химикатов для повышения pH воды.Среди них карбонат калия, карбонат натрия (стиральная сода) и гексаметафосфат натрия (Calgon). Эти химические вещества предотвращают коррозию, покрывая металлические стенки систем. Из упомянутых выше химикатов лучше всего работает Калгон. Его можно купить в большинстве продуктовых магазинов. Используйте 5 фунтов на каждые 1000 галлонов воды. В нормальных условиях ни один из этих химикатов не разлагается и, следовательно, остается активным в системе в течение длительного времени.

Пожарные трубы

Хотя некоторое количество тепла проходит к воде через стенки топки, основной путь тепла от огня к воде проходит через дымовые трубы.Большинство систем спроектировано таким образом, что горячие газы, выделяемые при пожаре, проходят через серию пожарных труб, которые проходят от одного конца резервуара для хранения к другому. Во многих системах газы проходят через резервуар более одного раза.

Очень важно, чтобы количество и размер трубок были достаточными, чтобы большая часть тепла передавалась от горячих газов воде до выхода газов. Как показывает практика, на каждые 2000 БТЕ номинальной мощности требуется около 1 квадратного фута площади теплообмена.Например, если система рассчитана на производство 200 000 БТЕ в час, потребуется около 100 квадратных футов площади теплообмена. Эта область может включать охлаждаемую водой поверхность топки, а также сами дымовые трубы. Обе эти области часто называют поверхностью очага.

Наружный диаметр трубок используется для расчета площади. В таблице 5 перечислены несколько часто используемых размеров стандартных труб с указанием их фактического внешнего диаметра и количества ходовых футов, необходимых для получения 1 квадратного фута площади поверхности.

Правильный размер трубы зависит от ряда факторов.В примере системы с производительностью 200 000 БТЕ в час требуется 100 квадратных футов площади теплообмена. Из таблицы 1 рекомендуемый объем топки составляет 9 кубических футов. Подходящая топка с таким объемом должна иметь длину 1 ¹ ⁄ ₂ фута, ширину 2 фута и высоту 3 фута. Площадь топки составляет 27 квадратных футов (включая дверь с водяным охлаждением). Таким образом, топка обеспечит 27 квадратных футов необходимых 100 квадратных футов. Остальные 73 квадратных фута должны обеспечивать пожарные трубы.

Чтобы найти длину трубы заданного диаметра, необходимую для обеспечения желаемой площади поверхности, умножьте числа в третьем столбце таблицы 5. Например, если вы выбрали 1 ¹ ⁄ ₂ -дюймовая труба, умножьте 73 погонных футов на 2,01:

73 фута x 2,01 фут / кв. Фут = 146,72 фута

Около 147 погонных футов 1 ¹ ⁄ ₂ -дюймовой трубы требуется для получения 73 квадратных футов площади теплообмена. С другой стороны, если вы используете 3-дюймовую трубу, вам понадобится всего около 80 футов:

73 фута x 1.09 фут / кв фут = 79,73 фут

Какой размер лучше? Если рассматривать строго с точки зрения затрат, нет большой разницы между 147 футами трубы 1 ¹ ⁄ ₂ дюйма и 80 футами трубы 3 дюйма. Однако большую трубу сваривать намного проще. Кроме того, время от времени необходимо будет очищать внутреннюю часть трубы от золы, сажи и других отложений. Очистить меньшую длину и большую трубу проще. Однако большее количество труб меньшего размера будет несколько более эффективным в передаче тепла.Опыт показал, что в целом лучше всего подходят трубы диаметром от 2 до 3 дюймов.

Отложения золы в дымовых трубах значительно снизят скорость теплопередачи. Хорошо иметь способ определить, насколько хорошо они работают. Один из лучших и наименее дорогих методов — разместить высокотемпературный термометр в точке, где газы покидают пожарные трубы и запускают дымовую трубу. Чем ближе температура воды, тем эффективнее отвод тепла от пожарных труб. Температура газа от 300 до 350 ° F указывает на эффективную теплопередачу.Температура газа более 450 ° F указывает на то, что площадь теплообмена слишком мала или на пожарные трубы нанесено покрытие.

Стратификация

Любопытное состояние иногда возникает в средних и больших системах. Несмотря на то, что топка постоянно топится, и видно, как вода кипит из верхней части резервуара, температура воды, забираемой из резервуара для распределения, составляет всего 170–180 ° F. Такая ситуация возникает в системах, где вход и выход находятся около дна резервуара и нет вспомогательного циркуляционного насоса, поддерживающего движение воды.Это состояние называется стратификацией и возникает, когда вода при разных температурах разделяется на отдельные слои, причем самая теплая вода остается наверху. Стратификация может происходить в любой системе, но обычно более выражена в крупных.

Плотность воды при 100 ° F примерно на 3,5 процента больше, чем при 200 ° F. Как и воздух, горячая вода поднимается, а холодная опускается. Чтобы предотвратить расслоение, воду необходимо поддерживать в движении. Один из способов — подсоединить возвратные трубы в верхней части бака над топкой (самая горячая часть системы) и забрать воду из нижней части бака с другого конца.Проблема с этим подходом заключается в том, что распределительные насосы могут не работать все время, и при выключении насосов может происходить расслоение.

Лучшее решение — установить непрерывно работающий вспомогательный циркуляционный насос для перемещения воды из самой холодной в самую горячую часть резервуара. Постоянное перемешивание воды предотвратит расслоение. Циркуляционный насос не обязательно должен быть большим, так как необходимо преодолеть очень небольшой напор. Он должен быть способен перекачивать от 0,2 до 0,5 производительности системы в час.Например, система на 2000 галлонов должна иметь насос, способный перекачивать от 400 до 1000 галлонов в час. Обычно достаточно электрического насоса мощностью ¹ ⁄ _{6 от} до ¹ ⁄ ₂ .

Рисунок 3. Дополнительный резервуар увеличит емкость хранилища.

Трубопровод

Вода не только сохраняет тепло, но и передает тепло туда, где оно используется.Распределительный насос должен иметь подходящий размер для работы. Если насос слишком мал, он не будет перекачивать достаточно тепла к нагрузке. Если он слишком большой, это приведет к потере энергии. Подбор насоса — довольно сложный вопрос, поскольку он зависит от ряда взаимосвязанных факторов. К ним относятся размер груза, расстояние между баком и грузом, количество различных теплообменников в системе и размер используемой трубы. В таблице 6 приведены размеры труб для различных тепловых нагрузок. Эти скорости потока и размеры труб рассчитаны с учетом нормального падения температуры на 25 ° F при прохождении воды через теплообменник.

За исключением жилых помещений, большинство систем горячего водоснабжения поставляют тепло более чем в одно место.Например, несколько отдельных теплиц или помещений для выдержки могут потреблять тепло от одной и той же системы. Горячая вода подается к каждой нагрузке по большим магистральным распределительным и обратным линиям. Каждая нагрузка имеет свой собственный насос и подключена к основным линиям параллельно, что делает ее управляемой независимо (Рисунок 4). Каждое параллельное соединение должно иметь обратный клапан для предотвращения обратного потока, когда тепло не требуется.

Насосы

обычно оцениваются по количеству галлонов в минуту, которые они могут подавать при определенном напоре или общем сопротивлении.Это полное сопротивление является суммой сопротивлений каждой отдельной части системы, через которую вода проходит в своем контуре к насосу и от него. Сопротивление обычно выражается в количестве футов «головы», хотя с таким же успехом оно может быть выражено в фунтах на квадратный дюйм. Напор — это гипотетическая высота воды, против которой должен работать насос; чем больше голова, тем больше сопротивление.

По мере увеличения сопротивления расход уменьшается. Например, определенный насос может быть рассчитан на 50 галлонов в минуту на высоте 10 футов, но только 15 галлонов в минуту на высоте 30 футов.Один фут напора эквивалентен 0,43 фунта на квадратный дюйм (psi). При выборе насоса важно выбрать насос, рассчитанный на работу с горячей водой при температурах до максимально ожидаемых.

Во многих системах используются стандартные стальные трубы и резьбовые соединения. Они относительно недороги и подходят для горячего водоснабжения. В некоторых новых системах используются пластиковые трубы. Полиэтилен (черный пластик) и трубы из ПВХ не выдержат длительного использования горячей воды при умеренном давлении. Однако два типа пластиковых труб — ХПВХ и полибутилен — предназначены для горячего водоснабжения.ХПВХ — это жесткая пластиковая труба, похожая на ПВХ. Если используется труба из ХПВХ, все фитинги, такие как соединители, переходники и колена, также должны быть изготовлены из ХПВХ. Полибутиленовая труба также требует специальных соединителей, но она гибкая и с ней значительно легче работать. Однако он еще не доступен в размерах более 1 дюйма.

Изоляция труб

Для повышения эффективности важно, чтобы распределительные трубы, идущие к нагрузке и от нее, были изолированы. Количество тепла, которое может быть потеряно из-за длины трубы, является значительным и зависит от ряда факторов.К ним относятся температура воды, проходящей через трубу, температуру и движение воздуха, окружающего трубу, тип материала трубы, а также состояние поверхности и толщину стенки трубы. Неизолированная распределительная труба горячей воды может терять от нескольких сотен до нескольких тысяч БТЕ в час, в зависимости от условий и длины.

Если трубы будут прокладываться над землей, будет достаточно покрытия из стекловолокна, защищенного от дождя несколькими слоями устойчивой к солнечному свету пластиковой пленки.Любая изоляция, особенно стекловолокно, пропитанная водой, теряет почти все свои изоляционные свойства. Изоляция труб из пенопласта в виде разъемных трубок также хорошо работает, если она защищена от солнечных лучей.

Гораздо труднее изолировать трубу, когда она проложена под землей. просто закапывать трубы в землю без изоляции — очень плохая практика, потому что влажная холодная почва является очень хорошим проводником тепла. Большинство изоляционных материалов из пенопласта, таких как изоляционные материалы с разъемными трубками, изготовлены из пенопласта с закрытыми порами, что означает, что он не пропитается водой и, следовательно, сохранит свои изоляционные свойства под землей.Если вам необходимо проложить трубу под землей, убедитесь, что земля остается как можно более сухой.

Напыляемая полиуретановая изоляция, обычно используемая на резервуарах, также может использоваться для изоляции подземных трубопроводов, поскольку она относится к типу с закрытыми ячейками. Чтобы использовать этот метод, вырывается траншея шириной от 4 до 6 дюймов и глубиной от 12 до 14 дюймов. Трубы опираются на 2 или 3 дюйма от дна, а в траншею распыляется от 4 до 5 дюймов изоляции, полностью окружая и покрывая трубы. После схватывания изоляции траншея засыпается грунтом.

Независимо от того, какой метод используется для изоляции трубы, важно не забыть изолировать обратную трубу, а также трубу, идущую к нагрузке. Несмотря на то, что большая часть тепла была удалена из возвратной воды, любая энергия, потерянная в трубе, должна быть восполнена. Для повышения температуры 1 фунта воды с 80 до 85 ° F требуется такое же количество тепла, как и для повышения температуры с 200 до 205 ° F.

Рисунок 4.Типовая схема мультизагрузочной системы.

Важной частью любой системы горячего водоснабжения является теплообменник или радиатор. Если его размер неверен или поток воздуха через него недостаточен, производительность системы может сильно пострадать.К счастью, теплообменники бывают разных размеров. Доступен широкий ассортимент коммерческих радиаторов, разработанных специально для систем горячего водоснабжения. Большинство из них могут работать при давлении воды от 50 до 60 фунтов на квадратный дюйм и имеют резьбовые фитинги для подключения к распределительной системе.

Очень подходящей альтернативой коммерческому радиатору является новый или подержанный автомобильный радиатор. Они доступны во многих различных размерах и могут быть куплены на большинстве складов и в пунктах снабжения запчастями.У многих дилеров есть новые радиаторы для старых автомобилей, которые они могут продать по сниженным ценам. Однако автомобильные радиаторы обычно не подходят для воды с давлением выше 15-20 фунтов на квадратный дюйм. Это ограничение не должно быть проблемой, если насос и распределительные трубы имеют правильный размер. Однако автомобильные радиаторы потребуют некоторых модификаций, включая закрытие заливных и переливных отверстий и изменение перехода от резинового шлангового фитинга к распределительной трубе.

Характеристики теплопередачи любого радиатора зависят от ряда факторов.Наиболее важными являются скорость потока и температура водяных и воздушных потоков. Как правило, чем больше разница температур между водой и воздухом, тем быстрее передается тепло. Кроме того, чем больше воды и воздуха проходит через радиатор, тем больше передается тепла. Также важны такие факторы, как конструкция радиатора, количество и расположение ребер, а также материал, из которого изготовлен радиатор. Например, в типичных условиях эксплуатации многие коммерческие теплообменники, разработанные специально для горячего водоснабжения, производят около 20 000 БТЕ в час на каждый квадратный фут площади поверхности.

Поскольку большинство радиаторов имеют схожие характеристики теплопередачи, решающим фактором при определении мощности является их физический размер. Испытания показали, что автомобильные радиаторы могут передавать от 16 000 до 20 000 БТЕ в час на квадратный фут поверхности лица (от 140 ° F воды до 70 ° F воздуха). Например, радиатор с шириной 1 ¹ ⁄ ₂ фута на 2 фута высотой имеет площадь 3 квадратных фута. Таким образом, он может передавать от 48 000 до 60 000 БТЕ в час.

Управление системой горячего водоснабжения довольно простое.Обычно они состоят из термостата, подключенного к реле, которое управляет отдельным насосом для каждой нагрузки. Электродвигатель вентилятора, который продувает воздух через радиатор, также может быть подключен к тому же реле, поскольку он не должен работать при выключенном насосе. Такое расположение позволяет управлять каждой нагрузкой независимо. В некоторых системах насосу разрешается работать непрерывно, а вентилятор управляется термостатом.

Для большинства крупных систем требуется вытяжной вентилятор, как описано ранее, для обеспечения надлежащего сгорания.Вытяжной вентилятор обычно работает всякий раз, когда в топке возникает пожар. Когда нет огня, он не должен работать, и его можно отключить вручную. Однако этот механизм не работает, когда систему топят, а затем оставляют без присмотра на длительное время, например, на ночь. Когда поле израсходовано, вентилятор продолжит работу, втягивая холодный воздух через пожарные трубы и, таким образом, охлаждая воду. Важно помнить, что дымовые трубы являются теплообменниками, и что тепло будет течь от горячей воды к охлаждающим трубам, а также наоборот.Одним из решений является установка термостата в дымовой трубе, чтобы останавливать вентилятор, когда температура падает примерно до 200 ° F, то есть когда в воду больше не поступает тепло. Может потребоваться ручное управление, чтобы разжечь огонь, когда система остыла.

Древесина — отличное топливо. По сравнению с большинством других видов топлива оно недорогое, его довольно легко хранить, его можно использовать в различных формах и размерах, и оно широко распространено в Северной Каролине.По оценкам, в этом штате в качестве топлива доступно более 14 миллионов тонн древесины в год.

Древесина, хотя и является хорошим топливом, имеет недостатки. Он содержит меньше энергии на фунт, чем большинство других видов топлива. Количество полезной энергии в образце древесины может широко варьироваться в зависимости от содержания влаги и породы.

Растущее дерево обычно наполовину состоит из воды. Когда дерево спиливается, древесина начинает терять влагу в окружающий воздух. Древесина, которая была свежесрезана и содержит высокий процент влаги, часто называется древесиной зеленая .После того, как древесина высохнет в течение определенного периода времени (обычно несколько месяцев или более, ее называют выдержанной или сухой древесиной. По мере того, как древесина теряет влагу, ее влажность постепенно приближается к содержанию влаги от 12 до 15 процентов. Это значение называется равновесное содержание влаги (EMC). Фактическое процентное содержание определяется долгосрочным усреднением температуры и относительной влажности воздуха, окружающего древесину. Хотя было бы желательно, но нецелесообразно удалять всю воду из дрова.

Влажность топливной древесины обычно выражается в процентах от общей сырой массы. Например, если определенный кусок дерева весит 7 фунтов 6 унций (118 унций), но после сушки кости весит всего 5 фунтов 4 унции (84 унции), исходное содержание влаги в древесине выражается следующим образом:

118-84 = 34 унции воды

34 ÷ 118 = 0,288 или 28,8 процента

Это означает, что вода составляла 28,8% от веса влажной древесины.Содержание влаги, выраженное в процентах от сырого веса, часто обозначается сокращенно m.c.w.b. (влажность, влажная основа).

Эффективное теплосодержание древесного топлива снижается за счет содержащейся в нем влаги двумя способами. Во-первых, чем больше воды в данном куске дерева, тем меньше в нем древесины. Во-вторых, часть топлива, содержащегося в древесине, используется для испарения воды при сжигании древесины. Приблизительно 1000 БТЕ тепловой энергии требуется для испарения каждого фунта воды в древесине.Кусок дерева содержит одинаковое количество энергии, независимо от того, является ли он зеленым или сухим. Однако зеленая древесина плохо горит, потому что часть энергии уходит на испарение лишней воды. В таблице 7 приведена чистая энергетическая ценность (теплотворная способность) древесины при различной влажности.

Обратите внимание, что правильно выдержанная древесина имеет на 88 процентов более высокую теплотворную способность (по весу), чем зеленая древесина.Также обратите внимание, что зеленая древесина весит почти вдвое больше, чем выдержанная древесина. Кусок зеленого дерева весом в 1 фунт весит всего 0,59 фунта после выдержки. Кусок дерева, сгоревший в «зеленом» состоянии, дает примерно половину тепла, чем при правильной выдержке. Вот почему очень важно правильно выдерживать дрова. Для древесины, оставленной в виде цельного бревна, диаметром 12 дюймов или меньше, может потребоваться целый год, чтобы приправить ее должным образом. В идеале древесину, которая будет использоваться зимой, следует заготавливать предыдущим летом и дать ей высохнуть.Таким образом, древесина сушится за счет летнего тепла, а не за счет части энергии, содержащейся в самой древесине. Конечно, древесина, которой разрешили сезон, высохнет намного быстрее, если ее расколоть и хранить под навесом.

Плотность

Опыт показал, что дуб лучше для обогрева древесины, чем сосна, потому что дуб намного плотнее. Кубический фут сушеного на воздухе дуба весит около 42 фунтов, тогда как кубический фут сушеного на воздухе сосны лоблолли весит около 32 фунтов. Таким образом, дуб примерно на 32 процента плотнее сосны, а дубовый шнур обычно содержит на треть больше энергии, чем сосновый шнур.Это важное соображение, поскольку дрова обычно покупаются и продаются за шнур, который является мерой объема, а не веса. Важно помнить, что почти все породы древесины содержат примерно одинаковое количество энергии. Вы получаете больше фунтов древесины — и, следовательно, больше тепловой энергии — в веревке из более плотной древесины.

Другие виды топлива

Очень широко распространено мнение, что некоторые мягкие породы древесины, такие как сосна, производят больше смолы или креозота, чем лиственные породы.Многочисленные тесты показали, что это не так. Фактически, недавние испытания не показали заметной разницы в выходе смолы между сосной и дубом. При правильном обжиге древесины не должно образовываться смолы.

Помимо более традиционных форм древесного топлива, таких как щепа и дрова, колотые или круглые, могут быть доступны древесные отходы. Это могут быть древесные отходы мебельных заводов или обрезки пиломатериалов со строительных площадок или сносов. Все эти породы дерева подходят для использования. Однако следует помнить одну очень важную вещь: ни в коем случае нельзя сжигать обработанную древесину.Древесина, обработанная креозотом из каменноугольной смолы, например железнодорожные шпалы или опоры, сильно горит и выделяет густой черный токсичный дым. Древесина, обработанная такими соединениями, как хромированный арсенат меди (CCA), обычно имеет зеленовато-желтый или коричневый цвет и при горении выделяет очень токсичный дым. Обработка или вдыхание золы пиломатериалов, обработанных CCA, может вызвать острое отравление. Даже относительно небольшое количество обработанной древесины, смешанной с необработанной древесиной, может вызвать серьезные проблемы. Будьте осторожны и знайте, какой вид топлива вы используете.

Сравнение стоимости топлива

Сравнение древесины и мазута № 2 показывает, что энергосодержание различных видов топлива, обычно называемое удельной энергией, может широко варьироваться. Например, мазут номер 2 содержит около 19 000 БТЕ на фунт, тогда как сухая древесина содержит около 8 600 БТЕ на фунт. В пересчете на фунт за фунт мазут имеет более чем в два раза больше энергии, чем древесина. Однако сравнение удельной энергии древесины и мазута говорит только об этом.

При цене 1 доллар за галлон фунт мазута стоит около 13 центов. При цене 40 долларов за шнур фунт древесины белого дуба стоит менее одного цента. Таблица 7 показывает, что фунт правильно выдержанной древесины содержит около 7 160 БТЕ.

Следующие расчеты сравнивают эти виды топлива на основе стоимости на миллион БТЕ:

Мазут: 0,13 доллара за фунт ÷ 9000 БТЕ / фунт x 1000000 = 6,84 доллара за миллион БТЕ

Древесина: 0,008 долл. США / фунт ÷ 7 160 БТЕ / фунт x 1000000 = 1,12 долл. США за миллион БТЕ

Эти расчеты показывают, что стоимость мазута более чем в шесть раз превышает стоимость древесины, необходимой для производства того же количества тепла.Таким образом, древесина имеет большое преимущество в стоимости по сравнению с большинством других видов топлива.

Возражения против использования древесины в качестве источника энергии обычно связаны с удобством. В очень холодную погоду большинство систем горячего водоснабжения, работающих на древесном топливе, необходимо топить хотя бы один раз за ночь. Конечно, есть недостатки в том, чтобы вставать в 2 часа ночи, чтобы запустить систему. С другой стороны, использование дерева определенно дает преимущество в стоимости.

При рассмотрении системы горячего водоснабжения, работающей на древесном топливе, не следует упускать из виду два других важных сравнения.Один из них — системные затраты, а другой — эффективность. Стоимость установки системы правильного размера зависит от индивидуальных потребностей. Например, большинство нефтегазовых систем рассчитаны на индивидуальные теплицы и устанавливаются в них, тогда как одна большая система горячего водоснабжения может вместить множество теплиц или несколько помещений для сушки табака вместе с другими зданиями и жилым помещением.

Второй аспект, который следует учитывать, — это эффективность системы. Эффективность, которая обычно выражается в процентах, является мерой того, насколько хорошо система преобразует и доставляет химическую энергию, хранящуюся в топливе, в полезную тепловую энергию.Процентное соотношение описывает долю потребляемой энергии, которая фактически преобразуется и используется в качестве полезного тепла. Важно понимать, что общая эффективность также зависит от того, насколько хорошо система отводит тепло. Другими словами, для системы недостаточно эффективно сжигать топливо, но тепло также должно доставляться с минимальными потерями к месту, где оно должно использоваться. В следующем примере показано, как рассчитывается общая эффективность:

Система водяного отопления на древесном топливе, как известно, сжигает 200 фунтов высушенной на воздухе древесины в час, за это время 2300 галлонов нагретой воды проходит через теплообменники теплицы с понижением температуры на 45 ° F.Температура воды в накопительном баке остается постоянной.

Энергетическая ценность высушенной на воздухе древесины составляет 7 160 БТЕ на фунт. Таким образом, энергия, выделяемая при сжигании 200 фунтов в час, составляет:

7160 БТЕ / фунт x 200 фунтов / час = 1432000 БТЕ / час

По определению 1 БТЕ — это количество тепловой энергии, необходимое для повышения температуры 1 фунта воды на 1 ° F. Один галлон воды весит 8,3 фунта; следовательно, тепловая энергия, отдаваемая системой, составляет:

2300 галлонов / час x 8.3 фунта / галлон x 45 ° = 859 050 БТЕ / час

Эффективность системы — это отношение выходной энергии к вложенной энергии:

Общий КПД, E = выход энергии системы ÷ вход энергии в систему

E = 859 050 / 1,432 000

E = 0,60 или 60%

Эти расчеты предполагают, что температура воды в резервуаре для хранения остается постоянной и что падение температуры на 45 ° F включает потери в трубопроводах, по которым вода идет в теплицу и из нее.

Без некоторых довольно сложных тестов очень сложно определить точную эффективность нагревательного устройства. Однако таблица 8 показывает, что типичная эффективность обычных систем отопления сильно различается.

При исследовании общей стоимости отопления с использованием различных видов топлива очень важно сравнивать эффективность системы, особенно если разница в стоимости на миллион БТЕ между двумя альтернативными видами топлива очень мала. Эффективность системы в меньшей степени влияет на то, какой выбор лучше, поскольку разница в стоимости между видами топлива увеличивается.В настоящее время существует значительная разница в стоимости между древесным топливом и другими широко используемыми видами топлива, чтобы сделать древесные системы рентабельными даже при довольно низкой эффективности. Очевидно, что при правильном проектировании для обеспечения максимальной эффективности использование деревянных систем будет дешевле.

Значения в Таблице 9 основаны на эффективности, показанной в Таблице 8, и на предположениях, что корд из выдержанной древесины весит 3492 фунта и содержит 7,160 БТЕ на фунт, мазут содержит 138000 БТЕ на галлон и что Сжиженный нефтяной газ содержит 86 000 БТЕ на галлон.Стоимость владения и эксплуатации различных систем не включена.

Надеемся, что эта публикация помогла вам лучше понять, как работает правильно спроектированная система горячего водоснабжения, и определить, можете ли вы получить выгоду от ее установки.Если вы решите создать свою собственную систему, как это сделали многие, применение рекомендаций и процедур, приведенных в этой публикации, должно помочь вам построить высокоэффективную систему. Если вместо этого вы решите приобрести одно из имеющихся в продаже устройств, эта информация должна помочь вам выбрать лучшую систему для вашего приложения и эффективно управлять ею.

Для получения дополнительной информации о применении энергии на базе древесины см. Дополнительную публикацию AG-363, Руководство по использованию энергии на базе древесины для сельского хозяйства и малых коммерческих предприятий .Кроме того, вам могут быть полезны следующие публикации:

Информационное руководство по энергии древесины. Роли, Северная Каролина: Отдел энергетики, Министерство торговли Северной Каролины, 1982 г.

Энергия древесины для малой энергетики в Северной Каролине. Роли, Северная Каролина: Отдел энергетики, Министерство торговли Северной Каролины, 1978 год.

Руководство для лиц, принимающих решения по древесному топливу для малых промышленных потребителей энергии. Голден, Колорадо: Исследовательский институт солнечной энергии, 1980.

Древесина как энергия, обзор вопросов сельского хозяйства № 5.Вашингтон, округ Колумбия: Национальная сельскохозяйственная библиотека, Министерство сельского хозяйства США, 1984.

Водонагреватель на дровах — 1 000 000 БТЕ в час.

Водонагреватель на дровах — 2 000 000 БТЕ в час.

Майк Бойет

Филип Моррис Профессор
Биологическая и сельскохозяйственная инженерия

р.В. Уоткинс

Профессор
Биологическая и сельскохозяйственная инженерия

Дополнительную информацию можно найти на следующих веб-сайтах NC State Extension:

Дата публикации: янв.1, 1995
AG-398

N.C. Cooperative Extension запрещает дискриминацию и домогательства независимо от возраста, цвета кожи, инвалидности, семейного и семейного положения, гендерной идентичности, национального происхождения, политических убеждений, расы, религии, пола (включая беременность), сексуальной ориентации и статуса ветерана.

Системы горячего водоснабжения | 2018-01-03

Было много недоразумений по поводу того, как правильно спроектировать, установить и обслуживать систему горячего водоснабжения, чтобы одновременно контролировать опасность ожога и рост бактерий Legionella.Многие люди ошибочно полагают, что контроль температуры в системе горячего водоснабжения подобен уравновешивающему действию, выполняемому простым установлением шкалы термостата на водонагревателе где-то между температурой ожога и температурой роста бактерий легионеллы. К сожалению, средней температуры земли нет. Любая температура, которая сведет к минимуму ожоги в соответствии с температурными пределами, указанными в правилах водоснабжения модели, будет находиться в диапазоне температур роста бактерий Legionella. Единственное решение этой дилеммы — использовать клапаны контроля температуры горячей воды, чтобы поддерживать температуру хранения и распределения выше диапазона температур роста легионеллы, и снизить температуру в светильниках до безопасной температуры для купания, душа и стирки.

Точность термостата водонагревателя

Многие люди ошиблись, полагая, что шкала термостата на водонагревателе точно контролирует температуру на выходе из водонагревателя, но термостат неточно контролирует температуру на выходе. Использование термостата на водонагревателе для предотвращения ожогов запрещено моделями сантехнических правил, потому что промышленность знает, что шкала термостата на водонагревателе накопительного типа не предназначена для точного контроля горячей воды, поступающей из водонагревателя.На рынке существует несколько типов водонагревателей, наиболее распространенным из которых является накопительный бак. Другие типы проточных или проточных водонагревателей имеют свой собственный уникальный контроль температуры в зависимости от проблем с потоком, которые обычно приводят к использованию регулирующих клапанов с регулируемой температурой как части оборудования, или регулирующего клапана, необходимого как часть конструкции системы, или проточных водонагревателей. могут не достигать температуры дезинфекции. Однако термостат водонагревателя типа накопительного бака не предназначен для точного контроля температуры на выходе, поскольку он расположен рядом с нижней частью водонагревателя, чтобы определять температуру поступающей холодной воды и «включать» энергию для нагревательный элемент или топливо к горелке.

Термостаты не обнаруживают и не контролируют горячую воду, которая скапливается в верхней части водонагревателя. Термостаты водонагревателя спроектированы таким образом, что вызывает задержку в определении температуры горячей воды, потому что тепло должно течь от нагретой воды через пограничный слой воды, прилипающий к термостату, через стенку термостата, через воздушное пространство. в термостате, а затем на металлический стержень, который расширяется и сжимается, открывая и закрывая контакты в устройстве термостата.

Мне сказали, что эта задержка теплопередачи вызывает время задержки и превышение температуры примерно от 11 до 15 градусов в зависимости от производителя. Представитель одного производителя водонагревателей сказал мне, что технические специалисты на их заводе наблюдали отставание температуры до 18 градусов на некоторых протестированных моделях водонагревателей. Эта тепловая задержка приводит к диаграмме температуры, которая выглядит как американские горки. Температура воды на элементе термостата опускается ниже уставки перед включением горелки и поднимается выше уставки перед выключением.Вот почему два разных теста температуры воды водонагревателя в разное время могут дать совершенно разные результаты, даже если в настройках термостата не было сделано никаких изменений.

Укладка

В дополнение к вышеупомянутому термоциклированию, может происходить накопление горячей воды в то время, когда происходят периодические короткие заборы горячей воды. Скопление происходит, когда холодная вода периодически всасывается в нижнюю часть водонагревателя и приводит к включению горелки, даже если температура горячей воды в верхней части нагревателя намного превышает желаемую настройку температуры.С каждым последующим коротким забором горячей воды и результирующим циклом горелки температура горячей воды в верхней части водонагревателя продолжает повышаться, а температура на выходе может быть на 30 градусов или более выше заданного значения термостата. Поэтому правила сантехники запрещают термостату на водонагревателе регулировать температуру на выходе в целях предотвращения ожогов на арматуре.

Что такое температура ошпаривания?

Исследования травм, вызванных ожогами от ожогов, проведенные много лет назад в Гарвардской медицинской школе докторомМориц и доктор Энрикес показали, что взрослым потребовалось от 5 до 8 минут воздействия температур в диапазоне 120 F, чтобы развился серьезный необратимый ожог. Следует отметить, что у детей и пожилых людей кожа тоньше, чем кожа взрослых самцов и детенышей свиньи, полученная в результате исследований ожоговых травм, и поэтому у них может появиться ожог раньше, чем через 5 минут. Из-за этих исследований в рекомендациях различных комитетов по кодексу и стандартам температура 120 F используется в качестве максимально допустимой температуры душа и купания для купающихся, чтобы избежать опасности, прежде чем произойдет серьезное ожог.Предложения по изменению кодов были представлены во время предыдущего цикла, чтобы повысить температуру со 120 F, чтобы позволить термостату на водонагревателе установить на 130 F для решения проблем роста бактерий Legionella и ожогов без необходимости использования смесительных клапанов с регулируемой температурой в системе горячего водоснабжения. . Проблема в том, что изменение кода значительно увеличило бы вероятность ожога и легионеллеза, если бы работала в температурном диапазоне, который не мог бы адекватно устранить любую опасность.Предлагаемое изменение кодекса было единогласно отклонено на слушаниях по модельному кодексу сантехники. Максимальная температура 120 F была установлена ​​многочисленными отраслевыми комитетами по нормам и стандартам на протяжении десятилетий на основе исследований ожогов Moritz & Henriques как максимальная безопасная температура для минимизации ожогов в душах, ваннах и комбинированных ваннах / душах.

Химические и другие формы обработки для борьбы с бактериями Legionella

Метод

Commons для борьбы с бактериями Legionella в системах распределения как холодной, так и горячей воды заключается в добавлении в воду дополнительных дезинфицирующих средств.Это позволит поддерживать остаточные химические остатки дезинфицирующего средства для очистки воды на уровне, который эффективен для борьбы с бактериями Legionella. Наиболее распространенными химическими веществами для очистки воды являются хлор, гипохлорит натрия, диоксид хлора, монохлорамины. К другим методам лечения относятся: ионизация медью / серебром, озон и ультрафиолетовый свет. Это не химическая обработка, но иногда она используется в правильных целях. Если предприятие собирается добавить химикаты или обеспечить какую-либо дополнительную физическую обработку воды на месте, им может потребоваться зарегистрироваться в качестве поставщика водоочистки в местной юрисдикции.Уровни химикатов для обработки воды, добавляемых в воду, должны контролироваться, чтобы гарантировать, что остатки химикатов для обработки воды не превышают уровни, установленные законом о безопасной питьевой воде, и чтобы они не повредили систему трубопроводов. Многие химические вещества на основе хлора могут вызывать сильную коррозию трубопроводных систем, если остаточные химические вещества слишком высоки.

Какие существуют методы экстренной дезинфекции систем горячего водоснабжения, зараженных бактериями Legionella?

Методы экстренной дезинфекции обычно используются, когда в водопроводной системе положительный результат на бактерии Legionella, или если случай легионеллеза был приписан кому-то, кто находился в здании или вокруг него, и полученные результаты тестирования водопроводной системы положительны.

Промывка

Промывка — это просто пропускание большого количества воды через все части водопроводной системы, чтобы гарантировать, что любые застойные участки водопроводной системы были должным образом промыты свежей очищенной водой из городского водопровода. Важно убедиться, что в муниципальном водоснабжении имеется достаточный остаток водоподготовки для контроля роста бактерий Legionella. Проверка источника водоснабжения может потребоваться как часть плана управления водными ресурсами здания, предназначенного для борьбы с легионеллами и другими организмами, которые могут расти и колонизировать систему водораспределения здания.

Высокотемпературный нагрев и промывка

Высокотемпературный нагрев и промывка часто используются для уничтожения легионеллы и других бактериальных организмов в системе распределения и циркуляции горячей воды. Этот метод часто выполняется неправильно, и некоторые водопроводные системы неспособны выполнять тепловую дезинфекцию и промывку. Если необходимо использовать высокотемпературный обогрев и промывку, минимальная температура 158 F требуется для термической дезинфекции всей водопроводной системы.Необходимо учитывать потерю температуры в системе, и это не всегда делается новичками по техническому обслуживанию или неопытными специалистами по ремонту. Многие неудачные термические дезинфекции происходят, когда операторы установки просто устанавливают термостат водонагревателя на температуру дезинфекции и не принимают во внимание падение температуры в системе.

На рынке появились новые системные компоненты, которые делают практически невозможным термическую дезинфекцию систем распределения горячей воды из-за регулируемых по температуре балансировочных клапанов на обратном трубопроводе горячей воды, а также других устройств ограничения температуры или смешивания в системе горячего водоснабжения. распределительная система.

В обследованном мной гостиничном комплексе, у которого ранее была проблема с легионеллой, обслуживающий персонал здания решил продезинфицировать их систему горячей водой с температурой 150 F. На рис. 1 (см. Ниже) показаны с водой, установленной на 150 F, бактерии Legionella должен быть убит чуть более чем за 2 минуты. Однако, глядя на температуру обратной линии горячей воды на этом большом предприятии, можно увидеть падение температуры на 37 градусов в часы пиковой нагрузки и на 42 градуса в часы непиковой нагрузки.(Система распределения и рециркуляции горячей воды была плохо спроектирована.) Это создавало условия, при которых горячая вода выходила из водонагревателя при 150 F и возвращалась при 108 F в непиковые часы, когда выполнялись операции нагрева и промывки. Система горячего водоснабжения могла нагреваться только до 160 F из-за теплообменника отопительной воды. Система не могла нагреть воду во всей системе до температуры дезинфекции из-за плохой конструкции системы. Когда температура снова упадет до нормальной рабочей температуры системы 122 F, температура обратки будет колебаться между 80 F и 85 F в зависимости от использования в здании.Если 158 F требуется во всех частях водопроводной системы, а система циркуляции горячей воды рассчитана на перепад температуры на 20 градусов от выхода водонагревателя до возврата горячей воды после циркуляционного насоса, то температура на выходе из водонагревателя должно быть 178 F. Существуют и другие способы обеспечить надлежащий обогрев и промывку здания с несколько более низкой способностью нагревания воды. Глядя на диаграмму, легионелла начинает умирать при 131 F, но это занимает от 5 до 6 часов при 131 F.Таким образом, если температура обратной горячей воды поддерживается более 6 часов и немного выше 131 F, главный контур горячей воды следует продезинфицировать, однако ветви и мертвые ножки не будут дезинфицированы. Необходимо провести полное обследование трубопроводов в здании, чтобы определить все ответвления и мертвые опоры, и воду необходимо будет вытекать из каждого ответвления в течение периода времени, достаточного для уничтожения бактерий в биопленке. Помните, что бактерии, захороненные в биопленке, могут быть изолированы от температуры воды, протекающей по трубопроводу, поэтому потребуется дополнительное время для протекания при заданной температуре, чтобы гарантировать уничтожение бактерий, захороненных глубоко в биопленке, а также отложений и отложений кальция на трубе. стены.

Скорость потока через каждую ветвь должна быть по крайней мере на 25 процентов больше, чем показано на диаграмме на Рисунке 1, для эффективного уничтожения бактерий в чешуе и биопленке.

Например:

Вода, текущая из прибора при температуре 140 F, требует около 32 минут для уничтожения всех бактерий Legionella в лабораторных пробах. Добавление 50 процентов к 32 минутам означает, что вода должна течь примерно 48 минут при 140 F (140 градусов = 32 минуты из Рисунка 1 x 1.5 = 48 минут).

Пример крупномасштабного испытания промывки 140 F: Если в крупном учреждении есть 1200 приспособлений, а водонагреватель имеет мгновенную пропускную способность 20 галлонов в минуту, вы можете протекать около 20 приспособлений за раз, и им потребуется 1 галлон для каждого потока. в минуту в течение не менее 20 минут. Систему горячей воды в здании необходимо будет поднять, чтобы обеспечить температуру обратного потока 158 F, и, по крайней мере, 158 F или более высокая температура горячей воды должна течь из промывочных приспособлений в течение указанного периода времени.Этот процесс может занять более 60 часов, требуя при этом большого количества сотрудников для наблюдения за операциями по промывке, которые, скорее всего, займут 2 дня или около того. Это подвергнет жителей здания воздействию высоких температур в течение этого периода времени. Многие водонагреватели не имеют такой мощности нагрева и / или температуры. При планировании вариант высокотемпературного нагрева и промывки не работает во многих зданиях, потому что масштаб сдвига и сложность высокотемпературного нагрева и промывки могут привести к сокращению углов и обману в отчетах об испытаниях ручной дезинфекции.Цифровая регистрация температуры с помощью электронных смесительных клапанов, как правило, исключает этот человеческий фактор из уравнения.

Пример крупномасштабного испытания промывки 151 F: Минимальная рекомендуемая температура промывки в нормах составляет 158 F, однако, если промывка выполняется при немного более низкой температуре из-за ограничений температуры или расхода водонагревателя, вода течет из приспособления при 151 F. F требуется около 2 минут для уничтожения всех бактерий Legionella в лабораторных пробах.Однако минимальное время вытекания из каждого приспособления для термической дезинфекции обсуждается в директиве 12 ASHRAE, а минимально необходимая аварийная высокотемпературная термическая промывка ответвлений приспособлений может составлять до 20 минут при 158 F. При понижении температуры продолжительность промывки должна быть больше. Используя описанный выше метод, при 151 F воды, вытекающей из выпускного отверстия приспособления, и добавлении некоторого процента к рекомендуемому времени промывки, равному 20 минутам, может потребоваться более 30 минут, чтобы убить бактерии Legionella, глубоко внедрившиеся в биопленку, и накипь на поверхности. стенка водопровода горячего водоснабжения.График на Рисунке 1 (см. Выше) показывает 2-минутное уничтожение, однако отраслевые стандарты требуют минимальной 20-минутной промывки при температуре дезинфекции 158 F.

Гиперхлорирование

Гиперхлорирование, также известное как химический шок, представляет собой использование химических дезинфицирующих средств, таких как хлор или диоксид хлора, в течение относительно короткого периода времени. (Например, от 1 часа до 24 часов при концентрациях, превышающих максимальные уровни, разрешенные для питьевой воды.) Целью гиперхлорирования или химического шока является восстановление систем горячей и холодной питьевой воды, заселенных Legionella.Обычно химическое дезинфицирующее средство вводится перед обрабатываемой зоной и распределяется по всей системе питьевой воды здания с последовательной промывкой дезинфицирующим средством через каждую арматуру в течение нескольких минут. Поскольку при химическом ударе используются концентрации химических веществ, превышающие максимальные уровни, разрешенные для питьевой воды, необходимо принять соответствующие меры для предотвращения использования воды в период химического удара и защиты людей, которые могут подвергнуться воздействию воды с высокими концентрациями химических веществ.Вы должны уведомить жителей здания до начала процесса химического удара. Некоторые схемы использования зданий могут позволять планировать лечение химическим шоком при низкой загрузке.

Коррозия и другие повреждения могут возникнуть в компонентах водопроводной системы и трубопроводах при увеличении концентрации дезинфицирующего средства, времени, температуры и частоты проведения химического удара или гиперхлорирования.

Производители компонентов часто указывают максимальные химические концентрации, которым может подвергаться их продукция.Обработка более высокими концентрациями может привести к повреждению и аннулированию гарантии производителя. Высокие химические концентрации и продолжительность действия могут привести к повреждению водопроводной системы, а из-за повышенного окисления или коррозии водопроводной системы это может затруднить дальнейшие усилия по лечению колонизации легионеллами.

Конструкция системы горячего водоснабжения для контроля роста бактерий Legionella и ошпаривания

Правильный способ спроектировать систему горячего водоснабжения для борьбы с легионеллами и ожогами в таком порядке — хранить горячую воду с температурой от 140 до 150 F.Эта температура убьет бактерии Legionella или пастеризует воду в резервуаре для хранения и в системе распределительных трубопроводов. Тогда в правильной конструкции будет использоваться цифровой смесительный клапан, который будет подавать горячую воду в систему распределения с температурой 134 F плюс-минус 1 градус и непрерывно записывать температуру. Размер / расход циркуляционного насоса и толщина изоляции системы горячего водоснабжения должны быть спроектированы так, чтобы рециркуляционный трубопровод ограничивал скорость потока максимум 3 футами в секунду при 10-градусном перепаде температуры в циркуляционном контуре, чтобы горячая вода температура обратки не ниже 124 F.Причина минимальной температуры возврата горячей воды 124 F заключается в том, что в новом стандарте ASHRAE 188, Legionellosis: Control of Legionella in Building Water Systems , предлагается температура распределения горячей воды не ниже 122 F. Если вы посмотрите на рисунок 1, бактерии Legionella перестают расти примерно на 122 F. Следует применять коэффициент безопасности, чтобы гарантировать, что температура не упадет до диапазона температур роста ниже 122 F. Если в качестве минимальной температуры возврата горячей воды выбрано 124 F, температура горячей воды 124 F возвратная вода возвращается после циркуляционного насоса, где должен быть датчик для отслеживания самой низкой температуры в системе распределения и циркуляции горячей воды.Возвратный трубопровод горячей воды должен затем разделиться и перейти к входу холодной воды смесительного клапана и входу холодной воды водонагревателя. Возвратная горячая вода 124 F смешивается с горячей водой 140 F из водонагревателя в цифровом смесительном клапане, где он постоянно контролирует и записывает температуру в системе для подачи горячей воды 134 F в систему распределения. Это относительно близкий температурный запас, и некоторые типы термостатических смесительных клапанов будут иметь проблемы со смешиванием, когда температура обратной линии горячей воды приближается к температуре подачи.Именно здесь цифровые смесительные клапаны работают очень хорошо.

Последние обсуждения, связанные с контролем температуры в системе горячего водоснабжения

Во время нескольких недавних отраслевых встреч, посвященных контролю таких организмов, как бактерии Legionella, в системах водоснабжения, многие люди, казалось, не понимали, как работают водопроводные системы. Я слышал комментарии от людей, которые говорили: «Вам нужно установить термостат водонагревателя на 158 F градусов и пропускать воду из всех приспособлений в течение 20-минутного периода, чтобы продезинфицировать систему горячего водоснабжения.”

Важно отметить, что если вам требуется 158 F для дезинфекции, настройка температуры воды в водонагревателе должна быть примерно на такое же количество градусов выше, чем 158 F, так как температура обратной горячей воды ниже температуры распределения горячей воды. .

Я также слышал комментарии, в которых говорилось: «Должностное лицо кодекса или департамент здравоохранения требует, чтобы мы установили наш водонагреватель на 110 F или 120 F, чтобы предотвратить ожоги». Я указал, что в большинстве случаев в правилах по водопроводу конкретно не говорится о температуре хранения или распределения горячей воды.А в нескольких отдельных случаях департаменты здравоохранения допускают ошибки и предписывают формулировки, которые создают угрозу здоровью и безопасности, потому что большинство чиновников здравоохранения не понимают, как работают водопроводные системы. Некоторые из них устанавливают низкие температуры, чтобы защитить людей от ожогов, установив температуры хранения в диапазоне температур роста бактерий Legionella. Если бы они просто заявили, что максимальная температура, вытекающая из душа, составляет 110 F, ограничитель на душевом клапане можно было бы установить так, чтобы ограничить температуру горячей воды до 110 F.Вместо этого они, по-видимому, пытались обратиться к зданиям, где есть старые клапаны для ванн / душа, не соответствующие нормативам, и они установили низкие температуры хранения вместо того, чтобы требовать обновления душевых клапанов до совместимых с кодексом с настройками ограничителя максимальной температуры, которые установлены на 110 F.

Другой парень сказал: «Мой кодекс требует, чтобы я хранил и доставлял горячую воду с температурой 120 F. Таким образом, температура обратной линии всегда будет от 100 F до 110 F.» Затем я объяснил ему, что в правилах водоснабжения нет места, которое указывало бы на максимальную температуру в системе хранения или распределения, за исключением требования для комбинированных систем отопления и горячего водоснабжения, чтобы смесительный клапан был установлен на максимум 140 F. .Затем парень начал упоминать разделы правил по сантехнике и требований санитарных норм, которые касаются максимальной температуры воды, необходимой в резервуаре для горячей воды и трубопроводах. Он указывал на раздел о душевых и ваннах. Я указал ему, что раздел 4 кодов моделей — это требования к приспособлениям и фитингам и касается максимальных температур подачи горячей воды из приспособлений и не касается температур хранения или распределения.

За свою 40-летнюю карьеру я был свидетелем многих систем горячего водоснабжения, которые были спроектированы, установлены или обслуживались плохо.В рамках своей работы по судебно-медицинскому расследованию я расследовал множество инцидентов с ожогами, вспышек болезней легионеров, а также плохо работающих или вышедших из строя водопроводных систем.

Энергосбережение

Нет никаких оснований для программ экономии энергии или воды, которые допускают неадекватную работу системы и способствуют проблемам здоровья и безопасности.

Электрик из больницы Квинсленда сообщил информационным агентствам, что программа энергоэффективности правительства штата могла повысить риск распространения бактерий Legionella в системах водоснабжения домов и предприятий в Квинсленде, Австралия.

В больнице Уэлсли температура горячей воды ограничена до 45 C (113 F) в соответствии с правилами Квинсленда, разработанными для предотвращения ожогов пациентов. Электрик из Брисбена, работавший в ныне несуществующей программе правительства штата Climate Smart Program, сказал, что любому, кто пользовался этой услугой, для экономии энергии снизили бы температуру в системе горячего водоснабжения до 50 C (122 F).

Он сказал, что в то время электрики предупредили правительство, что снижение температуры будет способствовать росту вредных бактерий, но предупреждение было проигнорировано.

«Частью данного распоряжения было отключить все системы горячего водоснабжения по всему Квинсленду до 50 ° C (122 F)», — сказал человек, который не пожелал называться. «У любого, у кого была услуга Climate Smart, температура в системе горячего водоснабжения была снижена с 65 до 70 C (149 F — 158 F) до 50 C (122 F)».

Это был пример, когда программа энергосбережения была потенциально смертельной. Я считаю, что сбережение энергии и воды должно отойти на второй план по сравнению со здоровьем и безопасностью.

Водосбережение

Похоже, мы находимся в состоянии неопределенности по сохранению водных ресурсов с конкурирующими стандартами экологического дизайна и программами экономии воды и энергии, пытаясь выжать каждую каплю воды до неопределенного минимального расхода, чтобы получить очки за табличку, которая повесит на стену в здания и сэкономьте несколько капель воды. Как низко они могут опуститься? Экономия воды приводит к снижению расхода воды в водопроводных сетях и распределительных трубопроводах зданий. Эти более низкие потоки заставляют воду дольше поступать в конец системы.Текущие расходы на арматуру со сверхнизким расходом составляют около 20 процентов от общего расхода воды до принятия Закона об энергетической политике 1992 года. Это приводит к значительно меньшим расходам, тогда как в прошлом для воды из очистных сооружений требовалось несколько дней. концы системы распределения. Теперь, чтобы вода достигла концов распределительной системы, требуются недели. Это позволяет химическим веществам для очистки воды рассеиваться до неопределяемого уровня задолго до того, как они достигнут конца водораспределительной системы, и тогда не останется химических остатков для очистки воды, которые будут бороться с бактериями и организмами, растущими в биопленке наших водораспределительных труб.

Недавно Университет Дрексель и Университет Пердью получили грант Агентства по охране окружающей среды на исследование и составление отчетов о влиянии программ сохранения воды на качество воды.

Помимо проблем с качеством воды, водосбережение также вызывает проблемы с транспортировкой по дренажной линии с все более и более низкими расходами. Наши водосточные трубы выглядят как реки во время засухи; в реке недостаточно воды для плавания лодок. На недавнем отраслевом совещании, на котором активисты водосбережения выступили с предложением еще больше снизить расход для различных приспособлений, я призвал остановить безумие процентного уменьшения расхода в каждом цикле кода для экономии воды.Экономия воды ничего не будет значить, если сэкономленная вода пойдет фермерам, выращивающим орехи в пустыне, которые ежедневно добывают миллионы галлонов воды для полива деревьев. Что нам также нужно сделать, так это оплатить исследования, чтобы определить минимальные допустимые скорости потока для труб различного диаметра. У нас есть проблемы с транспортировкой по дренажной линии твердых частиц, высокопрочной туалетной бумаги, детских салфеток, салфеток для взрослых, женских товаров и т.

Какое сечение провода нужно для 6 квт?

Электрический ток, протекающий по проводам и кабелям, обеспечивает работу электроприборов в доме. Именно поэтому для качественной и безопасной работы электропроводки необходимо правильно рассчитать соответствие сечения проводов предполагаемым нагрузкам в соответствии с требованиям безопасности.

Медь или алюминий

Как правило, опытные хозяева используют для домашней открытой или скрытой электропроводки медные провода. Гораздо большее сечение провода (на 25-30%) требует скрытая проводка, которая охлаждается гораздо медленнее открытой проводки, не спрятанной в канал-трубы или стену дома.

В случае если в доме алюминиевая проводка, то лучше выбирать провода из алюминия. Можно использовать и медные провода, совместив их с алюминиевыми с помощью соединительных клемм. Недостатком такого дуэта является быстрое окисление места соединения и потеря контакта.

Конечно, стоимость медных проводов в несколько раз выше алюминиевых аналогов, но безопасность должна быть превыше всего. Вот основные преимущества меди перед алюминием:

• большая прочность и мягкость, соответственно меньший риск облома в местах сгиба;
• большая устойчивость к коррозии и подверженности воздействию химических веществ. При скрутке алюминиевых проводов места соединения быстрее окисляются, а работа контактов нарушается;
• высокая степень проводимости тока. К примеру, провода из меди, имеющие сечение 2,5 мм. выдерживают гораздо большую нагрузку тока, чем алюминиевый аналог.

Правильное соотношение мощности и сечения

Грамотный расчет сечения провода позволяет выбрать правильный вариант, обеспечивающий надежность и безопасность электропроводки. Основным показателем является длительно допустимая нагрузка тока — величина, пропускания в течение продолжительного промежутка времени.

Для того чтобы правильно определить сечение провода нужно подсчитать общий показатель мощности используемых электроприборов. Например, сумма мощностей электродуховки, электрического чайника, тостера и миксера составляет 5 кВт. Соответственно для качественной работы техники необходим провод, выдерживающий нагрузку от 6 кВт.

Оптимальным вариантом будет медный круглый провод, имеющий сечение 2,5 мм. с двойной изоляцией (ПВС 2×2,5). Также для мощности в 6 кВт подойдет медный круглый провод со скрученными жилами и двойной изоляцией (ШВВП 2×2,5).

Если в доме алюминиевая проводка, то для мощности в 6кВт потребуется алюминиевый плоский провод с одинарной изоляцией сечением от 4 мм. Аналогичный вариант нужен при общей мощности свыше 6 кВт.

Следует отнестись со всей ответственностью к выбору сечения провода. Нужно помнить, что несоответствие сечения провода и токовых нагрузок может привести к перегреву, плавлению изоляции, замыканию и пожару в доме. Покупать провода необходимо только у проверенных поставщиков, изготавливающих кабели и провода в соответствии с ГОСТами и техническими требованиями.

Таблица выбора сечения кабеля в зависимости от силы тока или мощности при прокладке проводов. Выбор сечения автомобильного провода — Ізолітсервіс

Таблица выбора сечения кабеля при прокладке проводов

Выбор сечения автомобильного провода:

*Примечание: при прокладке проводов сечением 0,5 — 4,0 мм² в жгутах, в поперечном сечении которых по трассе содержится от двух до семи проводов, сила допустимого тока в проводе составляет 0,55 от силы тока в одиночном проводе согласно таблице, а при наличии 8-19 проводов — 0,38 от силы тока в одиночном проводе.

Как выбрать сечение кабеля. Расчет сечения провода по нагрузке

При выборе кабельно-проводниковой продукции, в первую очередь, необходимо обращать внимание на материал, использованный при изготовлении, а также на сечение того или иного проводника. Чтобы сделать правильный выбор, необходимо произвести расчет сечения провода по нагрузке. При таком расчете, провода и кабели обеспечат, в дальнейшем, надежную и безопасную работу всей .

Параметры сечения провода

Основными критериями, по которым определяется сечение, является металл токопроводящих жил, предполагаемое напряжение, суммарная мощность и значение токовой нагрузки. Если провода подобраны неправильно и не соответствуют нагрузке, они будут постоянно нагреваться и, в конечном итоге, перегорят. Выбирать провода с сечением, большим, чем это необходимо, также не стоит, поскольку это приведет к значительным затратам и дополнительным сложностям при монтаже.

Практическое определение сечения

Сечение определяется еще и применительно к их дальнейшему использованию. Так, в стандартной , для розеток используется медный кабель, сечение жил которого 2,5 мм2. Для освещения могут применяться жилы с меньшим сечением — всего 1,5 мм2. А вот для электрических приборов с большой мощностью, применяются от 4-х до 6-ти мм2.

Такой вариант пользуется наибольшей популярностью, когда выполняется расчет сечения провода по нагрузке. Действительно, это очень простой способ, достаточно просто знать, что медный провод в 1,5 мм2 способен выдержать нагрузку по мощности свыше 4-х киловатт и силе тока в 19 ампер. 2,5-миллиметровый — соответственно выдерживает около 6-ти киловатт и 27-ми ампер. 4-х и 6-ти-миллиметровые свободно переносят мощность в 8 и 10 киловатт. При правильном подключении, этих проводов вполне хватит для нормальной работы всей электропроводки. Таким образом, можно создать даже определенный небольшой резерв на случай подключения дополнительных потребителей.

При расчете большую роль играет рабочее напряжение. Мощность электрических приборов может быть одинаковой, однако, токовая нагрузка, приходящая к жилам кабелей, подающих питание, может быть разной. Так провода, рассчитанные на работу при напряжении 220 вольт, будут нести нагрузку более высокую, чем провода рассчитанные на 380 вольт.

При прокладке электропроводки требуется знать, кабель с жилами какого сечения вам надо будет прокладывать. Выбор сечения кабеля можно делать либо по потребляемой мощности, либо по потребляемому току. Также учитывать надо длину кабеля и способ укладки.

Выбираем сечение кабеля по мощности

Подобрать сечение провода можно по мощности приборов, которые будут подключаться. Эти приборы называются нагрузкой и метод может еще называться «по нагрузке». Суть его от этого не меняется.

Собираем данные

Для начала находите в паспортных данных бытовой техники потребляемую мощность, выписываете ее на листочек. Если так проще, можно посмотреть на шильдиках — металлических пластинах или стикерах, закрепленных на корпусе техники и аппаратуры. Там есть основная информация и, чаще всего, присутствует мощность. Опознать ее проще всего по единицам измерения. Если изделие произведено в России, Белоруссии, Украине обычно стоит обозначение Вт или кВт, на оборудовании из Европы, Азии или Америки стоит обычно английское обозначение ваттов — W, а потребляемая мощность (нужна именно она) обозначается сокращением «TOT» или TOT MAX.

Если и этот источник недоступен (информация затерлась, например, или вы только планируете приобрести технику, но еще не определились с моделью), можно взять среднестатистические данные. Для удобства они сведены в таблицу.

Находите ту технику, которую планируете ставить, выписываете мощность. Дана она порой с большим разбросом, так что иногда трудно понять, какую цифру брать. В данном случае, лучше брать по-максимуму. В результате при расчетах у вас будет несколько завышена мощность оборудования и потребуется кабель большего сечения. Но для вычисления сечения кабеля это хорошо. Горят только кабели с меньшим сечением, чем это необходимо. Трассы с большим сечением работают долго, так как греются меньше.

Суть метода

Чтобы подобрать сечение провода по нагрузке, складываете мощности приборов, которые будут подключаться к данному проводнику. При этом важно, чтобы все мощности были выражены в одинаковых единицах измерения — или в ваттах (Вт), или в киловаттах (кВт). Если есть разные значения, приводим их к единому результату. Для перевода киловатты умножают на 1000, и получают ватты. Например, переведем в ватты 1,5 кВт. Это будет 1,5 кВт * 1000 = 1500 Вт.

Если необходимо, можно провести обратное преобразование — ватты перевести в киловатты. Для это цифру в ваттах делим на 1000, получаем кВт. Например, 500 Вт / 1000 = 0,5 кВт.

Чтобы найти нужное сечение кабеля в соответствующем столбике — 220 В или 380 В — находим цифру, которая равна или чуть больше посчитанной нами ранее мощности. Столбик выбираем исходя из того, сколько фаз в вашей сети. Однофазная — 220 В, трехфазная 380 В.

В найденной строчке смотрим значение в первом столбце. Это и будет требуемое сечение кабеля для данной нагрузки (потребляемой мощности приборов). Кабель с жилами такого сечения и надо будет искать.

Немного о том, медный провод использовать или алюминиевый. В большинстве случаев, при , используют кабели с медными жилами. Такие кабели дороже алюминиевых, но они более гибкие, имеют меньшее сечение, работать с ними проще. Но, медные кабели с большого сечения, ничуть не более гибкие чем алюминиевые. И при больших нагрузках — на вводе в дом, в квартиру при большой планируемой мощности (от 10 кВт и больше) целесообразнее использовать кабель с алюминиевыми проводниками — можно немного сэкономить.

Как рассчитать сечение кабеля по току

Можно подобрать сечение кабеля по току. В этом случае проводим ту же работу — собираем данные о подключаемой нагрузке, но ищем в характеристиках максимальный потребляемый ток. Собрав все значения, суммируем их. Затем пользуемся все той же таблицей. Только ищем ближайшее большее значение в столбике, подписанном «Ток». В той же строке смотрим сечение провода.

Например, надо с пиковым потреблением тока 16 А. Будем прокладывать медный кабель, потому смотрим в соответствующей колонке — третья слева. Так как нет значения ровно 16 А, смотрим в строчке 19 А — это ближайшее большее. Подходящее сечение 2,0 мм 2 . Это и будет минимальное значение сечения кабеля для данного случая.

При подключении мощных бытовых электроприборов от тянут отдельную линию электропитания. В этом случае выбор сечения кабеля несколько проще — требуется только одно значение мощности или тока

Обращать внимание не строчку с чуть меньшим значением нельзя. В этом случае при максимальной нагрузке проводник будет сильно греться, что может привести к тому, что расплавится изоляция. Что может быть дальше? Может сработать , если он установлен. Это самый благоприятный вариант. Может выйти из строя бытовая техника или начаться пожар. Потому выбор сечения кабеля всегда делайте по большему значению. В этом случае можно будет позже установить оборудование даже немного больше по мощности или потребляемому току без переделки проводки.

Расчет кабеля по мощности и длине

Если линия электропередачи длинная — несколько десятков или даже сотен метров — кроме нагрузки или потребляемого тока необходимо учитывать потери в самом кабеле. Обычно большие расстояния линий электропередачи при . Хоть все данные должны быть указаны в проекте, можно перестраховаться и проверить. Для этого надо знать выделенную мощность на дом и расстояние от столба до дома. Далее по таблице можно подобрать сечение провода с учетом потерь на длине.

Вообще, при прокладке электропроводки, лучше всегда брать некоторый запас по сечению проводов. Во-первых, при большем сечении меньше будет греться проводник, а значит и изоляция. Во-вторых, в нашей жизни появляется все больше устройств, работающих от электричества. И никто не может дать гарантии, что через несколько лет вам не понадобиться поставить еще пару новых устройств в дополнение к старым. Если запас существует, их можно будет просто включить. Если его нет, придется мудрить — или менять проводку (снова) или следить за тем, чтобы не включались одновременно мощные электроприборы.

Открытая и закрытая прокладка проводов

Как все мы знаем, при прохождении тока по проводнику он нагревается. Чем больше ток, тем больше тепла выделяется. Но, при прохождении одного и того же тока, по проводникам, с разным сечением, количество выделяемого тепла изменяется: чем меньше сечение, тем больше выделяется тепла.

В связи с этим, при открытой прокладке проводников его сечение может быть меньше — он быстрее остывает, так как тепло передается воздуху. При этом проводник быстрее остывает, изоляция не испортится. При закрытой прокладке ситуация хуже — медленнее отводится тепло. Потому для закрытой прокладке — в , трубах, в стене — рекомендуют брать кабель большего сечения.

Выбор сечения кабеля с учетом типа его прокладки также можно провести при помощи таблицы. Принцип описывали раньше, ничего не изменяется. Просто учитывается еще один фактор.

И напоследок несколько практических советов. Отправляясь на рынок за кабелем, возьмите с собой штангенциркуль. Слишком часто заявленное сечение не совпадает с реальностью. Разница может быть в 30-40%, а это очень много. Чем вам это грозит? Выгоранием проводки со всеми вытекающими последствиями. Потому лучше прямо на месте проверять действительно ли у данного кабеля требуемое сечение жилы (диаметры и соответствующие сечения кабеля есть в таблице выше). А подробнее про определение сечения кабеля по его диаметру можно прочесть тут
.

Стандартная квартирная электропроводка рассчитывается на максимальный ток потребления при длительной нагрузке 25 ампер
(на такую силу тока выбирается и автоматический выключатель , который устанавливается на вводе проводов в квартиру) выполняется медным проводом сечением 4,0 мм 2 , что соответствует диаметру провода 2,26 мм и мощности нагрузки до 6 кВт
.

Согласно требований п 7.1.35 ПУЭ сечение медной жилы для квартирной электропроводки должно быть не менее 2,5 мм 2 ,
что соответствует диаметру проводника 1,8 мм и силе тока нагрузки 16 А. К такой электропроводке можно подключать электроприборы суммарной мощностью до 3,5 кВт.

Что такое сечение провода и как его определить

Чтобы увидеть сечение провода достаточно его перерезать поперек и посмотреть на срез с торца. Площадь среза и есть сечение провода.
Чем оно больше, тем большую силу тока может передать провод.

Как видно из формулы, сечение провода легко по его диаметру. Достаточно величину диаметра жилы провода умножить саму на себя и на 0,785. Для сечения многожильного провода нужно вычислить сечение одной жилы и умножить на их количество.

Диаметр проводника можно определить с помощью штангенциркуля с точностью до 0,1 мм или микрометра с точностью до 0,01 мм. Если нет под рукой приборов, то в таком случае выручит обыкновенная линейка .

Выбор сечения

медного провода электропроводки по силе тока

Величина электрического тока обозначается буквой «А
» и измеряется в Амперах . При выборе действует простое правило, чем сечение провода больше, тем лучше, по этому округляют результат в большую сторону.

Приведенные мною данные в таблице основаны на личном опыте и гарантируют надежную работу электропроводки при самых неблагоприятных условиях ее прокладки и эксплуатации. При выборе сечения провода по величине тока не имеет значение, переменный это ток или постоянный. Не имеют значения также величина и частота напряжения в электропроводке, это может быть бортовая сеть автомобиля постоянного тока на 12 В или 24 В, летательного аппарата на 115 В частотой 400 Гц, электропроводка 220 В или 380 В частотой 50 Гц, высоковольтная линия электропередачи на 10000 В.

Если не известен ток потребления электроприбором, но известны напряжение питания и мощность, то рассчитать ток можно с помощью приведенного ниже онлайн калькулятора.

Следует отметить, что на частотах более 100 Гц в проводах при протекании электрического тока начинает проявляться скин-эффект, заключающийся в том, что с увеличением частоты ток начинает «прижиматься» к внешней поверхности провода и фактическое сечение провода уменьшается. Поэтому выбор сечения провода для высокочастотных цепей выполняется по другим законам.

Определение нагрузочной способности электропроводки 220 В

выполненной из алюминиевого провода

В давно построенных домах электропроводка, как правило, выполнена из алюминиевых проводов. Если соединения в распределительных коробках выполнены правильно, срок службы алюминиевой проводки может составлять и сто лет. Ведь алюминий практически не окисляется, и срок службы электропроводки будет определяться только сроком службы пластмассовой изоляции и надежностью контактов в местах присоединения.

В случае подключения дополнительных энергоемких электроприборов в квартире с алюминиевой электропроводкой необходимо определить по сечению или диаметру жил проводов способность ее выдержать дополнительную мощность. По приведенной ниже таблице это легко сделать.

Если у Вас проводка в квартире выполнена из алюминиевых проводов и возникла необходимость подключить вновь установленную розетку в распределительной коробке медными проводами, то такое соединение выполняется в соответствии с рекомендациями статьи Соединение алюминиевых проводов .

Расчет сечения провода электропроводки

по мощности подключаемых электроприборов

Для выбора сечения жил провода кабеля при прокладке электропроводки в квартире или доме нужно проанализировать парк имеющихся электробытовых приборов с точки зрения одновременного их использования. В таблице представлен перечень популярных бытовых электроприборов с указанием потребляемого тока в зависимости от мощности. Вы можете узнать потребляемую мощность своих моделей самостоятельно из этикеток на самих изделиях или паспортам, часто параметры указывают на упаковке.

В случае если сила потребляемого тока электроприбором не известна, то ее можно измерять с помощью амперметра .

Таблица потребляемой мощности и силы тока бытовыми электроприборами

при напряжении питания 220 В

Обычно мощность потребления электроприборов указывается на корпусе в ваттах (Вт или VA) или киловаттах (кВт или кVA). 1 кВт=1000 Вт.

Ток потребляют еще холодильник, осветительные приборы, радиотелефон, зарядные устройства, телевизор в дежурном состоянии. Но в сумме эта мощность составляет не более 100 Вт и при расчетах ее можно не учитывать.

Если Вы включите все имеющиеся в доме электроприборы одновременно, то необходимо будет выбрать сечение провода, способное пропустить ток 160 А. Провод понадобится толщиной в палец! Но такой случай маловероятен. Трудно представить, что кто-то способен одновременно молоть мясо, гладить утюгом, пылесосить и сушить волосы.

Пример расчета. Вы встали утром, включили электрочайник, микроволновую печь, тостер и кофеварку.
Потребляемый ток соответственно составит 7 А + 8 А + 3 А + 4 А = 22 А. С учетом включенного освещения, холодильника и в дополнение, например, телевизора, потребляемый ток может достигнуть 25 А.

для сети 220 В

Выбрать сечение провода можно не только по силе тока но и по величине потребляемой мощности. Для этого нужно составить перечень всех планируемых для подключения к данному участку электропроводки электроприборов, определить, какую мощность потребляет каждый из них по отдельности. Далее сложить полученные данные и воспользоваться ниже приведенной таблицей.

Если имеется несколько электроприборов и для некоторых известен ток потребления, а для других мощность, то нужно определить из таблиц сечение провода для каждого из них, а затем полученные результаты сложить.

Выбор сечения медного провода по мощности

для с бортовой сети автомобиля 12 В

Если при подключении к бортовой сети автомобиля дополнительного оборудования известна только его мощность потребления, то определить сечение дополнительной электропроводки можно с помощью ниже приведенной таблицы.

Выбор сечения провода для подключения электроприборов

к трехфазной сети 380 В

При работе электроприборов, например, электродвигателя, подключенных к трехфазной сети, потребляемый ток протекает уже не по двум проводам, а по трем и, следовательно, величина протекающего тока в каждом отдельном проводе несколько меньше. Это позволяет использовать для подключения электроприборов к трехфазной сети провод меньшего сечения.

Для подключения электроприборов к трехфазной сети напряжением 380 В, например электродвигателя, сечение провода для каждой фазы берется в 1,75 раза меньше, чем для подключения к однофазной сети 220 В.

Внимание
, при выборе сечения провода для подключения электродвигателя по мощности следует учесть, что на шильдике электродвигателя указывается максимальная механическая мощность, которую двигатель может создать на валу, а не потребляемая электрическая мощность. Потребляемая электрическая мощность электродвигателем с, учетом КПД и сos φ приблизительно в два раза больше, чем создаваемая на валу, что необходимо учитывать при выборе сечения провода исходя из мощности двигателя, указанной в табличке.

Например, нужно подключить электродвигатель потребляющий мощность от сети 2,0 кВт. Суммарный ток потребления электродвигателем такой мощности по трем фазам составляет 5,2 А. По таблице получается, что нужен провод сечением 1,0 мм 2 , с учетом вышеизложенного 1,0 / 1,75 = 0,5 мм 2 . Следовательно, для подключения электродвигателя мощностью 2,0 кВт к трехфазной сети 380 В понадобится медный трехжильный кабель с сечением каждой жилы 0,5 мм 2 .

Гораздо проще выбрать сечение провода для подключения трехфазного двигателя, исходя из величины тока его потребления, который всегда указывается на шильдике. Например, в шильдике приведенном на фотографии, ток потребления двигателя мощностью 0,25 кВт по каждой фазе при напряжении питания 220 В (обмотки двигателя подключены по схеме «треугольник») составляет 1,2 А, а при напряжении 380 В (обмотки двигателя подключены по схеме «звезда») всего 0,7 А. Взяв силу тока, указанную на шильдике, по таблице для выбора сечения провода для квартирной электропроводки выбираем провод сечением 0,35 мм 2 при подключении обмоток электродвигателя по схеме «треугольник» или 0,15 мм 2 при подключении по схеме «звезда».

О выборе марки кабеля для домашней электропроводки

Делать квартирную электропроводку из алюминиевых проводов на первый взгляд кажется дешевле, но эксплуатационные расходы из-за низкой надежности контактов со временем многократно превысят затраты на электропроводку из меди. Рекомендую делать проводку исключительно из медных проводов! Алюминиевые провода незаменимы при прокладке воздушной электропроводки, так как они легкие и дешевые и при правильном соединении служат надежно продолжительное время.

А какой провод лучше использовать при монтаже электропроводки, одножильный или многожильный? С точки зрения способности проводить ток на единицу сечения и монтажа, одножильный лучше. Так что для домашней электропроводки нужно использовать только одножильный провод. Многожильный допускает многократные изгибы, и чем тоньше в нем проводники, тем он более гибкий и долговечнее. Поэтому многожильный провод применяют для подключения к электросети нестационарных электроприборов, таких как электрофен, электробритва, электроутюг и все остальных.

После принятия решения по сечению провода встает вопрос о марке кабеля для электропроводки. Тут выбор не велик и представлен всего несколькими марками кабелей: ПУНП, ВВГнг и NYM.

Кабель ПУНП с 1990 года, в соответствии с решением Главгосэнергонадзора «О запрете применения проводов типа АПВН, ППБН, ПЕН, ПУНП и др., выпускаемых по ТУ 16-505. 610-74 вместо проводов АПВ, АППВ, ПВ и ППВ по ГОСТ 6323-79*» к применению запрещен.

Кабель ВВГ и ВВГнг – медные провода в двойной поливинилхлоридной изоляции, плоской формы. Предназначен для работы при температуре окружающей среды от −50°С до +50°С, для выполнения проводки внутри зданий, на открытом воздухе, в земле при прокладке в тубах. Срок службы до 30 лет. Буквы «нг» в обозначении марки говорят о негорючести изоляции провода. Выпускаются двух-, трех- и четырехжильные с сечением жил от 1,5 до 35,0 мм 2 . Если в обозначении кабеля перед ВВГ стоит буква А (АВВГ), то жилы в проводе алюминиевые.

Кабель NYM (его российский аналог — кабель ВВГ), с медными жилами, круглой формы, с негорючей изоляцией, соответствует немецкому стандарту VDE 0250. Технические характеристики и область применения, практически одинаковые с кабелем ВВГ. Выпускаются двух-, трех- и четырехжильные с сечением жил от 1,5 до 4,0 мм 2 .

Как видите, выбор для прокладки электропроводки не велик и определяется в зависимости от того, какой формы кабель более подходит для монтажа, круглой или плоской. Кабель круглой формы удобнее прокладывается через стены, особенно если делается ввод с улицы в помещение. Понадобится просверлить отверстие чуть больше диаметра кабеля, а при большей толщине стены это становится актуальным. Для внутренней проводки удобнее применять плоский кабель ВВГ.

Параллельное соединение проводов электропроводки

Бывают безвыходные ситуации, когда срочно нужно проложить проводку, а провода требуемого сечения в наличии нет. В таком случае, если есть провод меньшего, чем необходимо, сечения, то можно проводку сделать из двух и более проводов, соединив их параллельно. Главное, чтобы сумма сечений каждого из них была не меньше расчетной.

Например, есть три провода сечением 2, 3 и 5 мм 2 , а нужен по расчетам 10 мм 2 . Соединяете их все параллельно, и проводка будет выдерживать ток до 50 ампер. Да Вы и сами многократно видели параллельное соединение большего количества тонких проводников для передачи больших токов. Например, для сварки используется ток до 150 А и для того, чтобы сварщик мог управлять электродом, нужен гибкий провод. Его и делают из сотен параллельно соединенных тонких медных проволочек. В автомобиле аккумулятор к бортовой сети тоже подключают с помощью такого же гибкого многожильного провода, так как во время пуска двигателя стартер потребляет от аккумулятора ток до 100 А. А при установке и снятии аккумулятора необходимо провода отводить в сторону, то есть провод должен быть достаточно гибким.

Способ увеличения сечения электропровода путем параллельного соединения нескольких проводов разного диаметра можно использовать только в крайнем случае. При прокладке домашней электропроводки допустимо соединять параллельно только провода одинакового сечения, взятые из одной бухты.

Онлайн калькуляторы для вычисления сечения и диаметра провода

С помощью онлайн калькулятора, представленного ниже можно решить обратную задачу – определить по сечению диаметр проводника.

Как вычислить сечение многожильного провода

Многожильный провод, или как его называют еще многопроволочный или гибкий, представляет собой свитые вместе одножильные проволочки. Для вычисления сечения многожильного провода нужно сначала вычислить сечение одной проволочки, а затем полученный результат умножить на их число.

Рассмотрим пример. Есть многожильный гибкий провод, в котором 15 жил диаметром 0,5 мм. Сечение одной жилы равно 0,5 мм×0,5 мм×0,785 = 0,19625 мм 2 , после округления получим 0,2 мм 2 . Так как у нас в проводе 15 проволочек, то для определения сечения кабеля нужно перемножить эти числа. 0,2 мм 2 ×15=3 мм 2 . Осталось по таблице определить, что такой многожильный провод выдержит ток 20 А.

Можно оценить нагрузочную способность многожильного провода без замера диаметра отдельного проводника, измеряв общий диаметр всех свитых проволочек. Но так как проволочки круглые, то между ними находятся воздушные зазоры. Для исключения площади зазоров нужно полученный по формуле результат сечения провода умножить на коэффициент 0,91. При замере диаметра надо проследить, чтобы многожильный провод не сплющился.

Рассмотрим на примере. В результате измерений многожильный провод имеет диаметр 2,0 мм. Рассчитаем его сечение: 2,0 мм×2,0 мм×0,785×0,91 = 2,9 мм 2 . По таблице (смотри ниже) определяем, что данный многожильный провод выдержит ток величиной до 20 А.

Допустимые токовые нагрузки на провода, кабели и шины | Как выбрать сечение проводов и кабелей | Архивы

Страница 3 из 8

ВЫБОР СЕЧЕНИЙ ПРОВОДОВ И КАБЕЛЕЙ ПО УСЛОВИЮ НАГРЕВАНИЯ

Л. ДОПУСТИМЫЕ ТОКОВЫЕ НАГРУЗКИ НА ПРОВОДА, КАБЕЛИ И ШИНЫ

Электрический ток, протекающий по проводникам линий электрической сети, нагревает токоведущие жилы. Одновременно происходит охлаждение проводников путем отвода тепла в окружающую среду. Через некоторое время, если величина протекающего в проводниках тока не меняется, температура проводника достигает некоторого предельного значения, которое в дальнейшем остается неизменным.

Наибольшая допустимая температура для проводов и кабелей определяется условиями безопасности, надежности и экономичности.

Излишне высокая температура изолированного провода или кабеля служит причиной быстрого износа изоляции и сокращения срока службы проводки.

Особенно опасным является перегревание изоляции проводников в пожароопасных и взрывоопасных помещениях, где воспламенение изоляции может вызвать пожар или взрыв

Таким образом, величина токовой нагрузки на проводник заданного сечения должна быть ограничена, с тем чтобы наибольшая температура проводника не превышала определенного предела. ПУЭ устанавливают следующие наибольшие допустимые температуры при нагревании длительной токовой нагрузкой: голые провода и шины 70°С, провода и кабели с резиновой или пластмассовой изоляцией 65°С, кабели с бумажной изоляцией на напряжение до 3 000 Б 80 °С.

Допустимые токовые нагрузки зависят от сечений проводника, его конструктивного выполнения и условий охлаждения.

Б табл. П-2—П-4 приведены допустимые токовые нагрузки для изолированных проводов, кабелей с бумажной изоляцией и голых проводов. Эти таблицы составлены для проводников с алюминиевыми жилами, имеющими в настоящее время наибольшее распространение. Таблицы допустимых токовых нагрузок для проводов и кабелей других марок читатель может найти в справочниках или ПУЭ. [Л. 1, 5].

Допустимые нагрузки в указанных таблицах приведены для нормальных условий прокладки. Нормальными условиями при прокладке проводов и кабелей в воздухе считается температура воздуха +25 С, причем расстояние в свету между соседними кабелями при прокладке их внутри и вне зданий и в туннелях должно быть не менее 35 мм и при прокладке в каналах не менее 50 мм. Число прокладываемых кабелей не ограничивается. Нормальной температурой при прокладке кабелей в земле или в воде считается 15 °С. Допустимые нагрузки для кабелей, проложенных в земле, приведены при условии прокладки в траншее одного кабеля.

Пример 2. Определить допустимую нагрузку для трехжильного кабеля с алюминиевыми жилами с бумажной изоляцией сечением 95 мм2 при прокладке в земле, в воде и в воздухе.

Решение. По табл. П-3 находим для трехжильного кабеля указанного сечения допустимые нагрузки при прокладке в земле — 260. в воде — 340 и в воздухе — 90 А Допустимая нагрузка на один и тот же кабель меняется в зависимости от условий охлаждения: лучше всего кабель охлаждается при прокладке в воде, хуже — при прокладке в земле, а еще хуже — при прокладке в воздухе

Если условия прокладки проводов и кабелей отличаются от нормальных, величина допустимой нагрузки /д (А) на провод или кабель определяется с учетом поправочного коэффициента
(4)

где I д н —табличное значение допустимой нагрузки при нормальных условиях. А; Кп — поправочный коэффициент, учитывающий изменение условий охлаждения проводника.

Поправка на температуру окружающей среды. Если фактическая температура окружающей среды отличается от нормальной, вводится поправочный коэффициент Kni, величина которого определяется по табл. П-5 в зависимости от допустимой максимальной температуры проводника и фактической температуры среды.

Поправка на число кабелей, проложенных в одной траншее. При прокладке в общей траншее более одного кабеля вводится поправочный коэффициент Km, определяемый по табл. П-6.

Ненагруженные резервные кабели при этом не должны учитываться.

Поправка на повторно-кратковременный и кратковременный режим работы. Допустимые нагрузки в табл П 2, П-3 и П 4 определены при условии длительного прохождения тока по проводникам. Однако электродвигатели многих станков работают в повторно-кратко временном режиме. Двигатель работает при обработке детали, затем на время установки для обработки новой детали он останавливается. Таким образом, время работы двигателя чередуется со временем отключения. Понятно, что проводники линии, питающей двигатель с таким режимом работы, находятся в лучших условиях охлаждения по сравнению с проводниками такой же линии, несущей нагрузку без перерывов. Проводники линии с повторно-кратковременным режимом работы допускают увеличение нагрузки, учитываемое поправочным коэффициентом Клз, который определяется по формуле
(5)

где ПВ— относительная продолжительность рабочего периода, равная отношению времени включения линии к общей длительности времени включения и отключения,
(6)

где tp — длительность рабочего периода; tn — общая длительность цикла.

Необходимо отметить, что коэффициент, учитывающий увеличение допустимой нагрузки на проводник, может быть применен лишь при следующих условиях:

а)       продолжительность рабочего периода цикла повторно-кратковременного режима работы не превышает 4 мин, а продолжительность отключения — не менее 6 мин;

б)      сечение медных проводников не ниже 10 мм2 и сечение алюминиевых проводников не ниже 16 мм2.

Если условия работы проводки требуют введения нескольких поправок, то общий поправочный коэффициент определяется перемножением отдельных коэффициентов.

Как правильно рассчитать сечение проводов под нагрузку?

При выборе сечения провода, в первую очередь нужно помнить о безопасности. Так как, выбрав провод сечением меньше, чем нужно, можно устроить пожар в доме.

Первый показатель, который определяет сечение провода, это номинальный ток. Номинальный ток может длительное время протекать через проводник, не нагревая его. Провода с большей площадью сечения выдержат больший номинальный ток.

Второй показатель – это потребляемая мощность. При определении этой мощности нужно учесть отдельные мощности электроприборов, которые будут подключены к сети, и суммировать их.

Третий показатель – это материал токопроводящей жилы. Для проводов одинакового поперечного сечения, но изготовленных из разного материала, номинальный ток различен.

Четвертый показатель – это рабочее напряжение. Нагрузка по току на один и тот же провод будет выше в однофазной сети при напряжении 220В, и будет ниже в трехфазной сети при напряжении 380В.

Материал провода.

Как известно, медь обладает удельным сопротивлением в 1,7 раз меньшим, чем алюминий. Проще говоря, проволока из меди может пропустить в 1,7 раз больший ток, чем алюминиевая такого же сечения. К тому же медь меньше подвержена переламыванию при перегибах, чем алюминий. Поверхность меди меньше окисляется, а значит, дольше обеспечивает надежный контакт при соединении.

Но алюминиевые провода легче медных. Это играет огромную роль при прокладывании длинных воздушных линий электропередач. А еще, алюминиевые обмоточные провода используются при изготовлении катушек для мощных и больших трансформаторов. Эти катушки были бы в 1,5 раза тяжелее, если бы наматывались из медных проводов.

Еще одно, огромное преимущество алюминиевых проводов это их стоимость, которая ниже в 3-4, в сравнении с медными проводами.

Потребляемая мощность.

При расчетах, можно ориентироваться на такие данные по мощностям для отдельных бытовых электроприборов:

• телевизор – 300-600 Вт;
• холодильник – 300-800 Вт;
• компьютер – 300-600 Вт;
• люстра – 300-600 Вт;
• светильники – 300-400
• микроволновая печь – 700-1500 Вт;
• пылесос – 500-2000 Вт;
• утюг – 1000-2000 Вт;
• электрочайник – 1000-2500 Вт;
• фен – 1000-2500 Вт;
• стиральная машина – 2500 Вт;
• бойлер – 1500-2500 Вт.

Сложив отдельные мощности электроприборов, без которых не обойтись в современной жизни, можно узнать, что для среднестатистической домашней сети потребляемая мощность составляет 9700-18500 Вт., или приблизительно равна 10-20 кВт.

Номинальный ток.

Зная потребляемую мощность номинальный ток можно найти по формулам:

• для однофазной сети: I=(P•Kи)/(U•cosФ);
• для трехфазной сети: I=P/(1.44•U•cosФ).

В этих формулах: P – сумма мощностей всех бытовых электроприборов, Вт; U– напряжение конкретной сети, В; Ки =0,75 – коэффициент одновременности; cos(ф) – коэффициент смещения тока к напряжению, для бытовых электроприборов он равен 1.

При расчете сечения проводов удобно пользоваться таблицами.

Если в таблице нет рассчитанных вами значений тока или мощности, тогда нужно выбирать ближайшие, но обязательно, и только большие значения этих параметров.

Никогда не выбирайте провод меньшим сечение, чем нужно. Перегрев проводов и их замыкание – основные причины пожара в доме.

В тандеме с данной статьей полезно ознакомиться с видео-дополнением:

Способы соединения электрических проводов

Выбор сечения провода | Электрик

Но что же на самом деле такое «сечение» и как его измерить на практике?

Не стоит думать что сечение провода это его диаметр…

Площадь поперечного сечения (S) кабеля рассчитывается по формуле S = (Pi * D2)/4, где Pi – число пи, равное 3,14, а D – диаметр.

Безопасная эксплуатация состоит в том, что в случае если вы подберете сечение не соответственное его токовым перегрузкам, то это приведет к чрезмерному перегреву электропровода, плавлению изоляции, короткому замыканию и пожару.

Поэтому к вопросу о выборе сечения электропровода нужно отнестись довольно серьезно. 

Что нужно знать для правильного выбора провода?

Главным признаком, по которому планируют провод, считается его продолжительно разрешенная токовая перегрузка. Не вдаваясь в пространные рассуждения, это такая величина тока, которую он способен пропускать в протяжении долгого времени.

Чтоб отыскать значение номинального тока, нужно подсчитать мощность всех подключаемых электрических приборов в жилище. Рассмотрим пример расчета сечения электропровода для обыкновенной двухкомнатной жилплощади. Список нужных устройств и их примерная мощность указана в таблице.

Принимая во внимание значение тока, сечение электропровода находят по таблице. В случае если окажется что расчетное и табличное значения токов не совпадают, то в данном случае подбирают наиблежайшее большее значение. К примеру расчетное значение тока составляет 23 А, избираем по таблице наиблежайшее большее 27 А — с сечением 2.5 мм2 (для медного многожильного электропровода прокладываемого по воздуху).

Предлагаю вашему вниманию таблицы возможных токовых нагрузок кабелей с медными и алюминиевыми жилами с изоляцией из поливинилхлоридного пластика.

Важно! Для четырехжильных и пятижильных кабелей, у которых все жилы одинакового сечения при применении их в четырех-проводных сетях значение из таблицы необходимо помножить на коэффициент 0,93.

К примеру у Вас трехфазная нагрузка мощностью Р=15 кв-т Нужно выбрать медный кабель (прокладка по воздуху). Как высчитать сечение? Сначала нужно высчитать токовую нагрузку отталкиваясь от этой мощности, чтобы достичь желаемого результата можем использовать формулу для трехфазной сети: I = P / √3 · 380 = 22.8 ≈ 23 А.

По таблице токовых нагрузок избираем сечение 2.5 мм2 (ему допускаемый ток 27А). Хотя потому что кабель у Вас четырехжильный (либо пяти- здесь уже особенной разницы нет) сообразно указаний ГОСТ 31996—2012 подобранное значение тока необходимо помножить на коэффициент 0.93. I = 0.93 * 27 = 25 А. Что возможно для нашей нагрузки (расчетного тока).

Хотя в виду того что почти все изготовители отпускают кабели с заниженным сечением в этом случае я бы рекомендовал брать кабель с запасом, с сечением намного выше — 4 мм2.

Важно! Когда нагрузка именуется в кВт — то идет речь о общей нагрузке. То есть для однофазного потребителя нагрузка будет указана по одной фазе, а для трехфазного — совокупно по всем 3. Когда значение нагрузки названо в амперах (А) — речь практически постоянно идет о нагрузке на 1 жилу (либо фазу).

Какой провод лучше использовать медный или алюминиевый?

На сегодня для монтажа как открытой проводки так и скрытой, конечно широкой известностью пользуются медные электропровода. Медь, сравнивая с алюминием, наиболее эффективна:

1) она прочнее, более мягенькая и в местах перегиба не ломается по сравнению с алюминием;

2) менее подвержена коррозии и окислению. Соединяя алюминий в разветвительной коробке, места скрутки с течением времени окисляются, что и ведет к утрате контакта;

3) проводимость меди повыше нежели алюминия, при схожем сечении медный провод способен вынести огромную токовую нагрузку нежели алюминиевый. 

Недочетом медных проводов считается их большая цена. Цена их в 3-4 раза выше алюминиевых. Хотя медные электропровода по цене дороже все таки они считаются наиболее всераспространенными и пользующимися популярностью в применении нежели алюминиевые. 

Расчет сечения медных проводов и кабелей

Подсчитав нагрузку и определившись с материалом (медь), рассмотрим пример расчета сечения проводов для отдельных групп потребителей, на случае двухкомнатной жилплощади. 

Как понятно, вся нагрузка разделяется на 2 группы: силовую и осветительную.

В нашем случае главной силовой нагрузкой станет розеточная группа установленная в столовой и в ванной комнате. Потому что там устанавливается более сильная техника (электрочайник, микроволновка, морозильник, бойлер, стиральная машинка и т.д.).

Для данной розеточной группы выбираем провод сечением 2.5мм2. Если соблюдать условие, что силовая нагрузка станет разбросана по различным розеткам. Что это означает? К примеру в столовой для включения всей домашней техники необходимо 3-4 розетки присоединенных медным электропроводом сечением 2.5 мм2 каждая. 

В случае если вся техника подключается через одну единственную розетку, то сечения в 2.5 мм2 станет мало, в данном случае необходимо применять провод сечением 4-6 мм2. В жилых комнат для питания электророзеток применяют провод сечением 1.5 мм2 но завершающий выбор необходимо брать на себя в последствии соответственных расчетов.

Питание всей осветительной нагрузки производится электропроводом сечением 1.5 мм2.

Нужно осознавать что мощность на различных участках проводки станет различной, в соответствии с этим и сечение питающих проводов также разным. Самое большое его значение станет на вводном участке жилплощади, потому что через него проходит вся нагрузка. Сечение вводного питающего электропровода подбирают 4 – 6 мм2.

При монтаже проводки используют электропровода и кабели марки ПВС, ВВГнг, ППВ, АППВ.

Наиболее распространенные марки проводов и кабелей:

ППВ — медный плоский двух- либо трехжильный с одинарной изоляцией для прокладки скрытой либо недвижной открытой электропроводки;

АППВ — алюминиевый плоский двух- либо трехжильный с одинарной изоляцией для прокладки скрытой либо недвижной открытой электропроводки;

ПВС — медный круглый, численность жил — до 5, с двойной изоляцией для прокладки открытой и скрытой электропроводки;

ШВВП – медный круглый со скрученными жилами с двойной изоляцией, эластичный, для включения домашних устройств к источникам питания;

ВВГ — кабель медный круглый, до 4 жил с двойной изоляцией для прокладки в земле;

ВВП — кабель медный круглый одножильный с двойной изоляцией для прокладки в воде.

Как можно заметить, выбор для прокладки проводки не велик и ориентируется зависимо от того, какой формы кабель наиболее подходит для монтажа, круглой либо плоской. Кабель круглой формы комфортнее прокладывается через стенки, в особенности в случае если делается ввод с улицы в здание. Понадобится просверлить отверстие чуток больше поперечника кабеля, а при большей толщине стенки это делается актуальным. Для внутренней электропроводки комфортнее использовать тонкий кабель ВВГ.

Какое сечение провода нужно для 6 квт и как рассчитать площадь сечения

Сечение жилы — одна из основных величин, позволяющих правильно выполнить электрическую проводку с учетом общей нагрузки на сеть.

Зная, какое сечение провода нужно для 6 квт, можно легко выбрать оптимальное по значениям кабельное изделие.

Материал проводника

Грамотный выбор материала для электрической проводки — это не только вопрос доступной цены, но и гарантия бесперебойной «доставки» электроэнергии, а также безопасность, пожарная устойчивость и надёжность в процессе эксплуатации.

В настоящее время изготавливается порядка трёх сотен марок и несколько тысяч разновидностей проводника, различающихся по типу материала и другим техническим характеристикам.

Алюминий

Алюминий является мягким и легким, серебристо-белого цвета металлом, широко применяемым в производстве кабельных изделий. К наиболее значимым достоинствам алюминиевой проводки относятся:

• небольшой вес материала, что особенно актуально при необходимости выполнить монтаж линий электрической передачи на протяжении нескольких километров;
• доступная широкому кругу потребителей стоимость качественного кабельного изделия;
• устойчивость к окислению под негативным воздействием открытого воздуха и атмосферных явлений;
• наличие защитного слоя, возникающего на алюминии в процессе эксплуатации.

Алюминий не лишен и некоторых недостатков, ограничивающих сферы использования проводов такого типа. К минусам материала относится высокий уровень удельного сопротивления и предрасположенность к нагреву с ослаблением контакта. Пленка, образуемая на поверхности алюминия, снижает токовую проводимость, а сам металл в результате частого перегрева приобретает излишнюю хрупкость.

Как показывает практика использования алюминиевой электрической проводки, стандартный эксплуатационный ресурс составляет около четверти века, после чего требуется в обязательном порядке выполнить замену такой сети.

Медь

Электропроводка в жилых помещениях или промышленных зданиях чаще всего предполагает установку многожильных медных проводов.

Очень хорошо зарекомендовали себя кабельные изделия ВВГ, имеющие двойную ПВХ-изоляцию.

Также специалисты рекомендуют обратить внимание на медные проводники в резиновой КГ-изоляции.

Такой вариант отличается хорошей гибкостью и удобством эксплуатации.

Медные провода на порядок дороже алюминиевого кабеля, но такая электропроводка надежнее и значительно долговечнее. Кроме того, к преимуществам медных проводов относятся высокий уровень прочности и мягкость, что минимизирует риск поломки на сгибах и контактных соединениях, устойчивость к вредным коррозийным изменениям, а также отличную токовую проводимость.

Медные бронированные кабельные изделия ВБбШв характеризуются сдвоенной ПВХ-изоляцией и устойчивостью к возгоранию, благодаря чему такая проводка очень востребована в наружных работах.

Какое сечение провода нужно для 6 кВт нагрузки?

С целью грамотного определения сечения проводника, необходимо просчитать общую мощность всех эксплуатируемых электрических приборов.

Полноценная работоспособность значительной части бытовой техники потребует применения провода, выдерживающего нагрузку в 6 кВт или более.

В этом случае оптимальным станет вариант использования медного круглого провода, имеющего сечение не менее 2,5 мм и сдвоенную изоляцию.

Также в условиях таких показателей мощности допускается выполнение работ на основе медного круглого провода в виде скрученных жил и двойной изоляции.

Наличие алюминиевой проводки в домовладении, с целью обеспечения показателей мощности на уровне 6 кВт, потребует установки алюминиевого плоского провода сечением 4,0 мм с одинарной изоляцией.

На кухне требуется много розеток, так как техники может быть немало. Рассмотрим варианты размещения розеток на кухне для удобства эксплуатации.

Схему подключения проводного выключателя вы можете посмотреть тут.

О назначении и важности защитного заземления вы найдете информацию в этой статье.

Критерии выбора

Основные характеристики, на которые следует обратить внимание при выборе проводника, представлены материалом жил и их сечением, конструкцией, толщиной жильной изоляции и оболочки.

Качественное кабельное изделие в обязательном порядке имеет маркировку и сертификат соответствия.

Наиболее важные технические характеристики электрического провода для нагрузки 6 квт:

• Долговечность. Кабельные изделия с одинарной изоляцией эксплуатируются порядка 15 лет, а при наличии двойной — четверть века.
• Устойчивость к окислению. Алюминий относится к металлам, очень активно взаимодействующим с кислородом, что сопровождается образованием на поверхности тонкой пленки, ухудшающей токовую проводимость. Для изоляции контактов применяются специальные клеммники с токопроводящим пастообразным составом.
• Показатели прочности. Медное кабельное изделие способно многократно использоваться в режиме сгиба/разгиба. Медные провода выдерживают чуть менее сотни таких режимов, а алюминиевые — порядка десяти.
• Уровень удельного сопротивления. Данный показатель у медных кабельных изделий составляет 0,018 Ом*кв.мм/м, а алюминиевые провода имеют сопротивление 0,028 Ом*кв.мм/м.

Не меньшее значение имеет простота самостоятельного выполнения монтажных работ. В этом плане медные провода более удобны, так как не потребуют применения специальных элементов в виде оконцевателя, клеммника или болтового соединения.

Следует помнить, что медные кабельные изделия с сечением 2,5 мм² рассчитаны на 27 А, при этом толщина алюминиевой проводки не должна быть менее 4,0 мм².

Расчет площади сечения

Грамотный выбор проводного сечения позволяет обеспечивать надежность и безопасность электрической проводки. Основной показатель, на котором базируется стандартный расчет площади жилы или её сечения — уровень длительно допустимой токовой величины.

Расчет сечения провода в соответствии с нагрузкой, предполагает суммирование мощности всех подключаемых электроприборов с выражением мощности в одинаковых единицах измерения — Вт или кВт.

Согласно полученным расчетам определяются оптимальные показатели сечения по табличным данным для 6 кВт:

• 27 А и 220 В — диаметр медного проводника 2,26 мм при сечении 4,0 мм²;
• 15 А и 380 В — диаметр медного проводника 1,38 мм при сечении 1,5 мм²;
• 26 А и 220 В — диаметр алюминиевого проводника 2,76 мм при сечении 6,0 мм²;
• 16 А и 380 В — диаметр алюминиевого проводника 1,78 мм при сечении 2,5 мм².

При выборе сечения нужно помнить, что несоответствие площади жилы токовым нагрузкам способно спровоцировать перегрев, плавление изоляции, замыкание и пожароопасную ситуацию.

Видео на тему

Эластичность: напряжение и деформация | Физика

Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете:

• Закон штата Гука.
• Объясните закон Гука, используя графическое представление между деформацией и приложенной силой.
• Обсудите три типа деформаций, такие как изменение длины, сдвиг в сторону и изменение объема.
• Опишите на примерах модуль Юнга, модуль сдвига и объемный модуль.
• Определите изменение длины с учетом массы, длины и радиуса.

Теперь мы переходим от рассмотрения сил, влияющих на движение объекта (таких как трение и сопротивление), к тем, которые влияют на форму объекта. Если бульдозер втолкнет машину в стену, машина не двинется с места, но заметно изменит форму. Изменение формы из-за приложения силы — это деформация . Известно, что даже очень небольшие силы вызывают некоторую деформацию. При малых деформациях наблюдаются две важные характеристики.Во-первых, объект возвращается к своей исходной форме, когда сила снимается, то есть деформация является упругой для небольших деформаций. Во-вторых, размер деформации пропорционален силе, то есть при малых деформациях соблюдается закон Гука. В форме уравнения Закон Гука определяется как

F = k Δ L ,

, где Δ L — величина деформации (например, изменение длины), вызванная силой F , а k — константа пропорциональности, которая зависит от формы и состава объекта и направления сила.Обратите внимание, что эта сила является функцией деформации Δ L — она ​​не постоянна, как кинетическая сила трения. Переставляем это на

[латекс] \ displaystyle \ Delta {L} = \ frac {F} {k} [/ latex]

дает понять, что деформация пропорциональна приложенной силе. На рисунке 1 показано соотношение по закону Гука между удлинением Δ L пружины или человеческой кости. Для металлов или пружин область прямой линии, к которой относится закон Гука, намного больше.Кости хрупкие, эластичная область небольшая, а перелом резкий. В конце концов, достаточно большое напряжение материала приведет к его разрушению или разрушению.

Закон Гука

F = кΔL ,

, где Δ L — величина деформации (например, изменение длины), вызванная силой F , а k — константа пропорциональности, которая зависит от формы и состава объекта и направления сила.

[латекс] \ displaystyle \ Delta {L} = \ frac {F} {k} [/ latex]

Рис. 1. График зависимости деформации ΔL от приложенной силы F. Прямой сегмент — это линейная область, в которой соблюдается закон Гука. Наклон прямой области [латекс] \ frac {1} {k} [/ latex]. Для больших сил график изогнут, но деформация остается упругой — ΔL вернется к нулю, если сила будет устранена. Еще большие силы деформируют объект до тех пор, пока он окончательно не сломается.Форма кривой возле трещины зависит от нескольких факторов, в том числе от того, как прикладывается сила F . Обратите внимание, что на этом графике наклон увеличивается непосредственно перед трещиной, указывая на то, что небольшое увеличение F дает большое увеличение L вблизи трещины.

Константа пропорциональности k зависит от ряда факторов материала. Например, гитарная струна из нейлона растягивается при затягивании, и удлинение Δ L пропорционально приложенной силе (по крайней мере, для небольших деформаций).Более толстые нейлоновые струны и струны из стали меньше растягиваются при одной и той же приложенной силе, что означает, что они имеют большее значение k (см. Рисунок 2). Наконец, все три струны возвращаются к своей нормальной длине, когда сила снимается, при условии, что деформация мала. Большинство материалов будут вести себя таким образом, если деформация будет меньше примерно 0,1% или примерно 1 часть на 10 ³ .

Рис. 2. Одна и та же сила, в данном случае груз (w), приложенная к трем различным гитарным струнам одинаковой длины, вызывает три различных деформации, показанные заштрихованными сегментами.Левая нить из тонкого нейлона, посередине — из более толстого нейлона, а правая — из стали.

Растянись немного

Как бы вы измерили константу пропорциональности k резиновой ленты? Если резинка растянулась на 3 см, когда к ней была прикреплена 100-граммовая масса, то насколько она растянулась бы, если бы две одинаковые резинки были прикреплены к одной и той же массе — даже если соединить их параллельно или, наоборот, если связать вместе последовательно?

Теперь мы рассмотрим три конкретных типа деформаций: изменение длины (растяжение и сжатие), сдвиг в сторону (напряжение) и изменения объема.Все деформации считаются небольшими, если не указано иное.

Изменение длины — растяжение и сжатие: модуль упругости

Изменение длины Δ L происходит, когда к проволоке или стержню прилагается сила, параллельная его длине L ₀ , либо растягивая (натяжение), либо сжимая. (См. Рисунок 3.)

Рис. 3. (a) Напряжение. Стержень растягивается на длину ΔL , когда сила прилагается параллельно его длине. (б) Сжатие.Тот же стержень сжимается силами той же величины в противоположном направлении. Для очень малых деформаций и однородных материалов ΔL примерно одинаково для одинаковой величины растяжения или сжатия. При больших деформациях площадь поперечного сечения изменяется при сжатии или растяжении стержня.

Эксперименты показали, что изменение длины (Δ L ) зависит только от нескольких переменных. Как уже отмечалось, Δ L пропорциональна силе F и зависит от вещества, из которого изготовлен объект.Кроме того, изменение длины пропорционально исходной длине L ₀ и обратно пропорционально площади поперечного сечения проволоки или стержня. Например, длинная гитарная струна растягивается больше, чем короткая, а толстая струна растягивается меньше, чем тонкая. Мы можем объединить все эти факторы в одно уравнение для Δ L :

[латекс] \ displaystyle \ Delta {L} = \ frac {1} {Y} \ text {} \ frac {F} {A} L_0 [/ latex],

, где Δ L — изменение длины, F — приложенная сила, Y — коэффициент, называемый модулем упругости или модулем Юнга, который зависит от вещества, A — площадь поперечного сечения, и L ₀ — исходная длина.В таблице 1 перечислены значения Y для нескольких материалов — те, которые имеют большой Y , как говорят, имеют большую прочность на разрыв , потому что они меньше деформируются при заданном растяжении или сжатии.

Модули Юнга не указаны для жидкостей и газов в таблице 1, потому что они не могут быть растянуты или сжаты только в одном направлении. Обратите внимание, что есть предположение, что объект не ускоряется, поэтому на самом деле существуют две приложенные силы величиной F , действующие в противоположных направлениях.Например, струны на рисунке 3 натягиваются вниз силой величиной w и удерживаются потолком, который также оказывает силу величиной w .

Пример 1. Растяжение длинного кабеля

Подвесные тросы используются для перевозки гондол на горнолыжных курортах. (См. Рис. 4). Рассмотрим подвесной трос, длина которого без опоры составляет 3 км. Рассчитайте степень растяжения стального троса. Предположим, что кабель имеет диаметр 5,6 см и максимальное натяжение, которое он может выдержать, равно 3.0 × 10 ⁶ Н.

Рис. 4. Гондолы перемещаются по подвесным тросам на горнолыжном курорте Гала Юдзава в Японии. (Источник: Руди Херман, Flickr)

Стратегия

Сила равна максимальному натяжению, или F = 3,0 × 10 ⁶ Н. Площадь поперечного сечения π r ² = 2,46 × 10 ^–3 м ² . Уравнение [latex] \ displaystyle \ Delta {L} = \ frac {1} {Y} \ text {} \ frac {F} {A} L_0 [/ latex] можно использовать для определения изменения длины.{2}} \ right) \ left (\ text {3020 m} \ right) \\ & = & \ text {18 m}. \ End {array} [/ latex]

Обсуждение

Это довольно большое растяжение, но только около 0,6% от длины без опоры. В этих условиях влияние температуры на длину может быть важным.

Кости в целом не ломаются от растяжения или сжатия. Скорее они обычно ломаются из-за бокового удара или изгиба, что приводит к срезанию или разрыву кости. Поведение костей при растяжении и сжатии важно, поскольку оно определяет нагрузку, которую кости могут нести.Кости классифицируются как несущие конструкции, такие как колонны в зданиях и деревья. Несущие конструкции обладают особенностями; колонны в здании имеют стальные арматурные стержни, а деревья и кости — волокнистые. Кости в разных частях тела выполняют разные структурные функции и подвержены разным нагрузкам. Таким образом, кость в верхней части бедренной кости расположена в виде тонких пластин, разделенных костным мозгом, в то время как в других местах кости могут быть цилиндрическими и заполненными костным мозгом или просто твердыми.Люди с избыточным весом имеют тенденцию к повреждению костей из-за длительного сжатия костных суставов и сухожилий.

Другой биологический пример закона Гука встречается в сухожилиях. Функционально сухожилие (ткань, соединяющая мышцу с костью) должно сначала легко растягиваться при приложении силы, но обеспечивать гораздо большую восстанавливающую силу для большего напряжения. На рисунке 5 показана зависимость напряжения от деформации человеческого сухожилия. Некоторые сухожилия имеют высокое содержание коллагена, поэтому деформация или изменение длины относительно невелико; другие, например, опорные сухожилия (например, в ноге), могут изменять длину до 10%.Обратите внимание, что эта кривая напряжения-деформации является нелинейной, поскольку наклон линии изменяется в разных областях. В первой части растяжения, называемой областью пальца, волокна в сухожилии начинают выравниваться в направлении напряжения — это называется распаковка . В линейной области фибриллы будут растягиваться, а в области разрушения отдельные волокна начнут разрываться. Простую модель этой взаимосвязи можно проиллюстрировать параллельными пружинами: разные пружины активируются при разной длине растяжения.Примеры этого приведены в задачах в конце этой главы. Связки (ткань, соединяющая кость с костью) ведут себя аналогичным образом.

Рис. 5. Типичная кривая «напряжение-деформация» для сухожилия млекопитающих. Показаны три области: (1) область пальца ноги (2) линейная область и (3) область разрушения.

В отличие от костей и сухожилий, которые должны быть прочными и эластичными, артерии и легкие должны быть легко растяжимыми. Эластичные свойства артерий важны для кровотока. Когда кровь выкачивается из сердца, давление в артериях увеличивается, и стенки артерий растягиваются.Когда аортальный клапан закрывается, давление в артериях падает, и артериальные стенки расслабляются, чтобы поддерживать кровоток. Когда вы чувствуете свой пульс, вы чувствуете именно это — эластичное поведение артерий, когда кровь хлынет через каждый насос сердца. Если бы артерии были жесткими, вы бы не почувствовали пульс. Сердце также является органом с особыми эластичными свойствами. Легкие расширяются за счет мышечного усилия, когда мы вдыхаем, но расслабляемся свободно и эластично, когда мы выдыхаем. Наша кожа особенно эластична, особенно для молодых.Молодой человек может подняться от 100 кг до 60 кг без видимого провисания кожи. С возрастом снижается эластичность всех органов. Постепенное физиологическое старение за счет снижения эластичности начинается в начале 20-х годов.

Пример 2. Расчет деформации: насколько укорачивается нога, когда вы стоите на ней?

Рассчитайте изменение длины кости верхней части ноги (бедренной кости), когда мужчина весом 70,0 кг поддерживает на ней 62,0 кг своей массы, считая, что кость эквивалентна стержню, равному 40.0 см в длину и 2,00 см в радиусе.

Стратегия

Сила равна поддерживаемому весу, или F = мг = (62,0 кг) (9,80 м / с ² ) = 607,6 Н, а площадь поперечного сечения равна π r ² = 1,257 × 10 ^–3 м ² . Уравнение [latex] \ displaystyle \ Delta {L} = \ frac {1} {Y} \ text {} \ frac {F} {A} L_0 [/ latex] можно использовать для определения изменения длины.

Решение

Все величины, кроме Δ L , известны.{-5} \ text {m.} \ End {array} [/ latex]

Обсуждение

Это небольшое изменение длины кажется разумным, поскольку мы знаем, что кости жесткие. Фактически, даже довольно большие силы, возникающие при напряженных физических нагрузках, не сжимают и не сгибают кости в больших количествах. Хотя кость более жесткая по сравнению с жиром или мышцами, некоторые из веществ, перечисленных в таблице 1, имеют более высокие значения модуля Юнга Y . Другими словами, они более жесткие и обладают большей прочностью на разрыв.

Уравнение изменения длины традиционно переставляют и записывают в следующем виде:

[латекс] \ displaystyle \ frac {F} {A} = Y \ frac {\ Delta {L}} {L_0} [/ latex].

Отношение силы к площади, [латекс] \ frac {F} {A} [/ латекс], определяется как напряжение (измеряется в Н / м ² ), а отношение изменения длины к длина, [латекс] \ frac {\ Delta {L}} {L_0} [/ latex], определяется как деформация (безразмерная величина). Другими словами, напряжение = Y × деформация.

В этой форме уравнение аналогично закону Гука с напряжением, аналогичным силе, и деформацией, аналогичной деформации. Если снова переписать это уравнение к виду

[латекс] \ displaystyle {F} = YA \ frac {\ Delta {L}} {L_0} [/ latex],

мы видим, что он совпадает с законом Гука с константой пропорциональности

[латекс] \ displaystyle {k} = \ frac {YA} {L_0} [/ latex].

Эта общая идея о том, что сила и вызываемая ею деформация пропорциональны небольшим деформациям, применима к изменениям длины, боковому изгибу и изменениям объема.

Напряжение

Отношение силы к площади, [латекс] \ frac {F} {A} [/ латекс], определяется как напряжение, измеренное в Н / м. ² .

Штамм

Отношение изменения длины к длине, [латекс] \ frac {\ Delta {L}} {L_0} [/ latex], определяется как деформация (безразмерная величина). Другими словами, напряжение = Y × деформация.

Боковое напряжение: модуль сдвига

На рисунке 6 показано, что подразумевается под боковым напряжением или срезающей силой .Здесь деформация называется Δ x , и она перпендикулярна L ₀ , а не параллельна, как при растяжении и сжатии. Деформация сдвига аналогична растяжению и сжатию и может быть описана аналогичными уравнениями. Выражение для деформации сдвига : [latex] \ displaystyle \ Delta {x} = \ frac {1} {S} \ frac {F} {A} L_0 [/ latex], где S — модуль сдвига ( см. Таблицу 1) и F — сила, приложенная перпендикулярно L ₀ и параллельно площади поперечного сечения A .Опять же, чтобы объект не ускорялся, на самом деле есть две равные и противоположные силы F , приложенные к противоположным граням, как показано на рисунке 6. Уравнение логично — например, легче согнуть длинный тонкий карандаш (маленький A ), чем короткий толстый, и оба гнутся легче, чем аналогичные стальные стержни (большие S ).

Рис. 6. Сила сдвига прилагается перпендикулярно длине L ₀ и параллельно области A , создавая деформацию Δx.Вертикальные силы не показаны, но следует иметь в виду, что в дополнение к двум силам сдвига, F , должны существовать поддерживающие силы, препятствующие вращению объекта. Искажающие эффекты этих поддерживающих сил игнорируются при этом лечении. Вес объекта также не показан, поскольку он обычно незначителен по сравнению с силами, достаточно большими, чтобы вызвать значительные деформации.

Деформация сдвига

[латекс] \ displaystyle \ Delta {x} = \ frac {1} {S} \ frac {F} {A} L_0 [/ latex],

, где S — модуль сдвига, а F — сила, приложенная перпендикулярно к L ₀ и параллельно площади поперечного сечения A .

Изучение модулей сдвига в таблице 1 выявляет некоторые характерные закономерности. Например, для большинства материалов модули сдвига меньше модулей Юнга. Кость — замечательное исключение. Его модуль сдвига не только больше, чем модуль Юнга, но и такой же, как у стали. Это одна из причин того, что кости могут быть длинными и относительно тонкими. Кости могут выдерживать нагрузки, сопоставимые с бетонными и стальными. Большинство переломов костей возникает не из-за сжатия, а из-за чрезмерного скручивания и изгиба.

Позвоночный столб (состоящий из 26 позвоночных сегментов, разделенных дисками) обеспечивает основную опору для головы и верхней части тела. Позвоночник имеет нормальную кривизну для стабильности, но эту кривизну можно увеличить, что приведет к увеличению силы сдвига на нижние позвонки. Диски лучше выдерживают силы сжатия, чем силы сдвига. Поскольку позвоночник не является вертикальным, вес верхней части тела влияет на обе части. Беременным женщинам и людям с избыточным весом (с большим животом) необходимо отвести плечи назад, чтобы поддерживать равновесие, тем самым увеличивая искривление позвоночника и тем самым увеличивая сдвигающий компонент напряжения.Увеличенный угол из-за большей кривизны увеличивает поперечные силы вдоль плоскости. Эти более высокие усилия сдвига увеличивают риск травмы спины из-за разрыва дисков. Пояснично-крестцовый диск (клиновидный диск под последними позвонками) особенно подвержен риску из-за своего расположения.

Модули сдвига для бетона и кирпича очень малы; они слишком изменчивы, чтобы их можно было перечислить. Бетон, используемый в зданиях, может выдерживать сжатие, как в колоннах и арках, но очень плохо противостоит сдвигу, который может возникнуть в сильно нагруженных полах или во время землетрясений.Современные конструкции стали возможны благодаря использованию стали и железобетона. Практически по определению жидкости и газы имеют модули сдвига, близкие к нулю, потому что они текут в ответ на сдвигающие силы.

Пример 3. Расчет силы, необходимой для деформации: гвоздь не сильно изгибается под нагрузкой

Найдите массу картины, висящей на стальном гвозде, как показано на рисунке 7, учитывая, что гвоздь изгибается только на 1,80 мкм. (Предположим, что модуль сдвига известен с двумя значащими цифрами.)

Рис. 7. Гвоздь, вид сбоку, на котором висит изображение. Гвоздь очень слабо прогибается (показан намного больше, чем на самом деле) из-за срезающего воздействия поддерживаемого веса. Также показано направленное вверх усилие стенки на гвоздь, иллюстрирующее равные и противоположные силы, приложенные к противоположным поперечным сечениям гвоздя. См. Пример 3 для расчета массы изображения.

Стратегия

Сила F на гвоздь (без учета собственного веса гвоздя) — это вес изображения w .Если мы сможем найти w , то масса изображения будет просто [латекс] \ frac {w} {g} [/ latex]. Уравнение [латекс] \ displaystyle \ Delta {x} = \ frac {1} {S} \ frac {F} {A} L_0 [/ latex] может быть решено для F .

Решение

Решая уравнение [латекс] \ displaystyle \ Delta {x} = \ frac {1} {S} \ frac {F} {A} L_0 [/ latex] для F , мы видим, что все остальные величины могут быть найдены :

[латекс] \ displaystyle {F} = \ frac {SA} {L_0} \ Delta {x} [/ latex]

S находится в таблице 1 и составляет S = 80 × 10 ⁹ Н / м ² .{-6} \ text {m} \ right) = 51 \ text {N} [/ latex]

Эта сила 51 Н составляет вес w изображения, поэтому масса изображения [латекс] m = \ frac {w} {g} = \ frac {F} {g} = 5.2 \ text {kg} [ /латекс].

Обсуждение

Это довольно массивное изображение, и впечатляет то, что гвоздь прогибается всего на 1,80 мкм — величину, невидимую невооруженным глазом.

Изменение объема: модуль объемной упругости

Объект будет сжиматься во всех направлениях, если внутренние силы приложены равномерно ко всем его поверхностям, как показано на рисунке 8.Относительно легко сжимать газы и чрезвычайно сложно сжимать жидкости и твердые тела. Например, воздух в винной бутылке сжимается, когда она закупорена. Но если вы попытаетесь закупорить бутылку с полными краями, вы не сможете сжать вино — некоторые из них необходимо удалить, чтобы вставить пробку. Причина такой разной сжимаемости заключается в том, что атомы и молекулы разделены большими пустыми пространствами в газах, но плотно упакованы в жидкостях и твердых телах. Чтобы сжать газ, вы должны сблизить его атомы и молекулы.Чтобы сжать жидкости и твердые тела, вы должны действительно сжать их атомы и молекулы, и очень сильные электромагнитные силы в них препятствуют этому сжатию.

Рис. 8. Внутренняя сила на всех поверхностях сжимает этот куб. Его изменение в объеме пропорционально силе на единицу площади и его первоначальному объему и связано со сжимаемостью вещества.

Мы можем описать сжатие или объемную деформацию объекта уравнением. Во-первых, отметим, что сила, «приложенная равномерно», определяется как имеющая одинаковое напряжение или отношение силы к площади [латекс] \ frac {F} {A} [/ латекс] на всех поверхностях.Произведенная деформация представляет собой изменение объема Δ V , которое, как было обнаружено, ведет себя очень аналогично сдвигу, растяжению и сжатию, обсуждавшимся ранее. (Это неудивительно, поскольку сжатие всего объекта эквивалентно сжатию каждого из его трех измерений.) Связь изменения объема с другими физическими величинами определяется выражением [latex] \ displaystyle \ Delta {V} = \ frac {1} {B} \ frac {F} {A} V_0 [/ latex], где B — объемный модуль упругости (см. Таблицу 1), V ₀ — исходный объем, а [латекс] \ frac {F} {A} [/ latex] — это сила на единицу площади, равномерно приложенная внутрь ко всем поверхностям.Обратите внимание, что объемные модули для газов не приводятся.

Какие есть примеры объемного сжатия твердых тел и жидкостей? Одним из практических примеров является производство алмазов промышленного качества путем сжатия углерода с чрезвычайно большой силой на единицу площади. Атомы углерода перестраивают свою кристаллическую структуру в более плотно упакованный узор алмазов. В природе аналогичный процесс происходит глубоко под землей, где чрезвычайно большие силы возникают из-за веса вышележащего материала. Еще один естественный источник больших сжимающих сил — давление, создаваемое весом воды, особенно в глубоких частях океанов.Вода воздействует на все поверхности погружаемого объекта и даже на саму воду. На больших глубинах вода ощутимо сжата, как показано в следующем примере.

Пример 4. Расчет изменения объема с деформацией: насколько вода сжимается на глубинах Великого океана?

Рассчитайте частичное уменьшение объема [латекс] \ left (\ frac {\ Delta {V}} {V_0} \ right) [/ latex] для морской воды на глубине 5,00 км, где сила на единицу площади составляет 5,00 × 10 ⁷ Н / м ² .

Стратегия

Уравнение [латекс] \ displaystyle \ Delta {V} = \ frac {1} {B} \ frac {F} {A} V_0 [/ latex] является правильным физическим соотношением. Все величины в уравнении, кроме [latex] \ frac {\ Delta {V}} {V_0} [/ latex], известны.

Решение

Решение для неизвестного [латекса] \ frac {\ Delta {V}} {V_0} [/ latex] дает [latex] \ displaystyle \ frac {\ Delta {V}} {V_0} = \ frac {1} {B } \ frac {F} {A} [/ латекс].

Замена известных значений значением модуля объемной упругости B из таблицы 1,

[латекс] \ begin {array} {lll} \ frac {\ Delta {V}} {V_0} & = & \ frac {5.2} \\ & = & 0.023 = 2.3 \% \ end {array} [/ latex]

Обсуждение

Хотя это и поддается измерению, это незначительное уменьшение объема, учитывая, что сила на единицу площади составляет около 500 атмосфер (1 миллион фунтов на квадратный фут). Жидкости и твердые вещества чрезвычайно трудно сжимать.

И наоборот, очень большие силы создаются жидкостями и твердыми телами, когда они пытаются расшириться, но не могут этого сделать, что эквивалентно их сжатию до меньшего, чем их нормальный объем.Это часто происходит, когда содержащийся в нем материал нагревается, поскольку большинство материалов расширяются при повышении их температуры. Если материалы сильно стеснены, они деформируют или ломают свой контейнер. Другой очень распространенный пример — замерзание воды. Вода, в отличие от большинства материалов, расширяется при замерзании, и она может легко сломать валун, разорвать биологическую клетку или сломать блок двигателя, который встанет у нее на пути.

Другие типы деформаций, такие как кручение или скручивание, ведут себя аналогично рассмотренным здесь деформациям растяжения, сдвига и объемной деформации.

Сводка раздела

• Закон Гука определяется выражением [латекс] F = k \ Delta {L} [/ latex], где [latex] \ Delta {L} [/ latex] — величина деформации (изменение длины), F — приложенная сила, а k — константа пропорциональности, которая зависит от формы и состава объекта, а также направления силы. Связь между деформацией и приложенной силой также может быть записана как [latex] \ displaystyle \ Delta L = \ frac {1} {Y} \ frac {F} {A} {L} _ {0} [/ latex] , где Y — это модуль Юнга , , который зависит от вещества, A — площадь поперечного сечения, а [латекс] {L} _ {0} [/ latex] — исходная длина.
• Отношение силы к площади, [латекс] \ frac {F} {A} [/ латекс], определяется как напряжение , измеренное в Н / м ² .
• Отношение изменения длины к длине, [латекс] \ frac {\ Delta L} {{L} _ {0}} [/ latex], определяется как деформация (безразмерная величина). Другими словами, [латекс] \ текст {напряжение} = Y \ times \ text {напряжение} [/ латекс].
• Выражение деформации сдвига [латекс] \ displaystyle \ Delta x = \ frac {1} {S} \ frac {F} {A} {L} _ {0} [/ latex], где S — модуль сдвига и F — это сила, приложенная перпендикулярно [латексу] {L} _ {\ text {0}} [/ latex] и параллельно площади поперечного сечения A .
• Связь изменения объема с другими физическими величинами определяется выражением [latex] \ displaystyle \ Delta V = \ frac {1} {B} \ frac {F} {A} {V} _ {0} [/ latex ], где B — объемный модуль, [latex] {V} _ {\ text {0}} [/ latex] — исходный объем, а [latex] \ frac {F} {A} [/ latex] — сила на единицу площади, равномерно приложенная внутрь ко всем поверхностям.

Концептуальные вопросы

1. Эластические свойства артерий важны для кровотока. Объясните важность этого с точки зрения характеристик кровотока (пульсирующий или непрерывный).
2. Что вы чувствуете, когда щупаете пульс? Измерьте частоту пульса в течение 10 секунд и 1 минуты. Есть ли разница в 6 раз?
3. Изучите разные типы обуви, включая спортивную обувь и шлепанцы. С точки зрения физики, почему нижние поверхности устроены именно так? Какие различия будут иметь для этих поверхностей сухие и влажные условия?
4. Ожидаете ли вы, что ваш рост будет отличаться в зависимости от времени суток? Почему или почему нет?
5. Почему белка может спрыгнуть с ветки дерева на землю и убежать целой, а человек может сломать кость при таком падении?
6. Объясните, почему беременные женщины часто страдают растяжением спины на поздних сроках беременности.
7. Уловка старого плотника, чтобы удерживать гвозди от сгибания, когда они забиваются в твердый материал, заключается в том, чтобы крепко удерживать центр гвоздя плоскогубцами. Почему это помогает?
8. Когда стеклянная бутылка, полная уксуса, нагревается, и уксус, и стекло расширяются, но уксус расширяется значительно больше с температурой, чем стекло. Бутылка разобьется, если наполнить ее до плотно закрытой крышки. Объясните, почему, а также объясните, как воздушный карман над уксусом предотвратит разрыв.(Это функция воздуха над жидкостями в стеклянных контейнерах.)

Задачи и упражнения

1. Во время циркового представления один артист качается вверх ногами, висит на трапеции, держа другого, также перевернутого, за ноги. Если сила, направленная вверх на нижнюю фигуру, в три раза превышает ее вес, насколько растягиваются кости (бедра) в ее верхней части ног? Вы можете предположить, что каждый из них эквивалентен одинаковому стержню длиной 35,0 см и радиусом 1,80 см. Ее масса 60.0 кг.
2. Во время схватки борец 150 кг ненадолго встает на одну руку во время маневра, призванного сбить с толку его и без того умирающего противника. Насколько укорачивается длина кости плеча? Кость может быть представлена ​​однородным стержнем длиной 38,0 см и радиусом 2,10 см.
3. (a) «Грифель» в карандашах представляет собой состав графита с модулем Юнга примерно 1 × 10 ⁹ Н / м ² . Вычислите изменение длины грифеля в автоматическом карандаше, если постучите им прямо по карандашу с силой 4.0 Н. Шнур диаметром 0,50 мм и длиной 60 мм. б) разумен ли ответ? То есть согласуется ли это с тем, что вы наблюдали при использовании карандашей?
4. антенн телевещания — самые высокие искусственные сооружения на Земле. В 1987 году физик весом 72,0 кг разместил себя и 400 кг оборудования на вершине одной антенны высотой 610 м для проведения гравитационных экспериментов. Насколько была сжата антенна, если считать ее эквивалентом стального цилиндра радиусом 0,150 м?
5. (a) На сколько стоит 65.Альпинист весом 0 кг натягивает нейлоновую веревку диаметром 0,800 см, когда она висит на 35,0 м ниже скалы? б) Соответствует ли ответ тому, что вы наблюдали для нейлоновых веревок? Имел бы смысл, если бы веревка была на самом деле эластичным шнуром?
6. Полый алюминиевый флагшток высотой 20,0 м по жесткости эквивалентен твердому цилиндру диаметром 4,00 см. Сильный ветер изгибает полюс так же, как горизонтальная сила в 900 Н. Насколько далеко в сторону прогибается вершина шеста?
7. По мере бурения нефтяной скважины каждая новая секция бурильной трубы выдерживает собственный вес, а также вес трубы и бурового долота под ней.Рассчитайте растяжение новой стальной трубы длиной 6,00 м, которая поддерживает 3,00 км трубы, имеющей массу 20,0 кг / м, и буровое долото 100 кг. Труба эквивалентна по жесткости сплошному цилиндру диаметром 5 см.
8. Рассчитайте усилие, которое настройщик рояля применяет для растяжения стальной рояльной струны на 8,00 мм, если проволока изначально имеет диаметр 0,850 мм и длину 1,35 м.
9. Позвонок подвергается действию силы сдвига 500 Н. Найдите деформацию сдвига, принимая позвонок в виде цилиндра 3.00 см в высоту и 4,00 см в диаметре.
10. Диск между позвонками в позвоночнике подвергается действию силы сдвига 600 Н. Найдите его деформацию сдвига, принимая модуль сдвига 1 × 10 ⁹ Н / м ² . Диск эквивалентен сплошному цилиндру высотой 0,700 см и диаметром 4,00 см.
11. При использовании ластика для карандашей вы прикладываете вертикальное усилие 6,00 Н на расстоянии 2,00 см от соединения ластика с твердой древесиной. Карандаш имеет диаметр 6,00 мм и держится под углом 20 °.0º к горизонтали. а) Насколько дерево прогибается перпендикулярно своей длине? б) Насколько он сжат в продольном направлении?
12. Чтобы учесть влияние проводов, подвешенных на столбах, мы возьмем данные из рисунка 9, на котором было рассчитано натяжение проводов, поддерживающих светофор. Левая проволока образовывала угол 30,0 ° ниже горизонтали с вершиной своего столба и выдерживала натяжение 108 Н. Полый алюминиевый столб высотой 12,0 м эквивалентен по жесткости сплошному цилиндру диаметром 4,50 см.а) Насколько он наклонен в сторону? б) Насколько он сжат?

    Рисунок 9. Светофор подвешен на двух тросах. (б) Некоторые из задействованных сил. (c) Здесь показаны только силы, действующие на систему. Также показана схема свободного движения светофора. (d) Силы, проецируемые на вертикальную ( x ) и горизонтальную ( x ) оси. Горизонтальные составляющие натяжения должны компенсироваться, а сумма вертикальных составляющих натяжений должна равняться весу светофора.{-2} [/ латекс]). Какую силу на единицу площади вода может оказывать на емкость при замерзании? (В этой задаче допустимо использовать объемный модуль упругости воды.) (B) Удивительно ли, что такие силы могут разрушать блоки двигателя, валуны и тому подобное?

13. Эта проблема возвращается к канатоходцу, изученному на рисунке 10, который создал натяжение 3,94 × 10 ³ Н в канате, образующем угол 5,0 ° ниже горизонтали с каждой опорной стойкой. Подсчитайте, насколько это натяжение растягивает стальную проволоку, если она изначально была длиной 15 м и равной 0.50 см в диаметре.

    Рис. 10. Вес канатоходца вызывает провисание каната на 5,0 градуса. Интересующая здесь система — это точка на проволоке, на которой стоит канатоходец.

14. Полюс на Рисунке 11 находится под изгибом 90,0º в линии электропередачи и поэтому подвергается большей силе сдвига, чем полюса на прямых участках линии. Натяжение в каждой линии составляет 4,00 × 10 ⁴ Н при показанных углах. Шест 15,0 м в высоту, 18,0 см в диаметре и, как считается, имеет вдвое меньшую жесткость, чем древесина твердых пород.(а) Рассчитайте сжатие полюса. (б) Найдите, насколько он изгибается и в каком направлении. (c) Найдите натяжение троса, используемого для удержания вехи прямо, если она прикреплена к верхней части столба под углом 30,0 ° к вертикали. (Ясно, что растяжка должна быть в направлении, противоположном изгибу.)

Рис. 11. Этот телефонный столб находится под углом 90 ° к линии электропередачи. Оттяжка прикрепляется к вершине мачты под углом 30º к вертикали.

Глоссарий

сила сопротивления: F _D , пропорциональная квадрату скорости объекта; математически

[латекс] \ begin {array} \\ F _ {\ text {D}} \ propto {v} ^ 2 \\ F _ {\ text {D}} = \ frac {1} {2} C \ rho {Av } ^ 2 \ end {array} [/ latex],

, где C — коэффициент лобового сопротивления, A — площадь объекта, обращенного к жидкости, а ρ — плотность жидкости.

Закон Стокса: F _s = 6 πrη v , где r — радиус объекта, η — вязкость жидкости, а v — величина объекта. скорость.

Решения проблем и упражнения

1. 1.90 × 10 ⁻³ см

3. а) 1 мм; (б) Это кажется разумным, поскольку кажется, что поводок немного сжимается, когда вы на него нажимаете.

5. (а) 9 см; (б) Это кажется разумным для нейлоновой альпинистской веревки, поскольку она не должна сильно растягиваться.

7. 8,59 мм

9. 1.49 × 10 ⁻⁷ м

11. (а) 3.99 × 10 ⁻⁷ м; (б) 9,67 × 10 ⁻⁸ м

13. 4 × 10 ⁶ Н / м ² . Это примерно 36 атм, больше, чем может выдержать обычная банка.

15. 1,4 см

Мы не можем найти эту страницу

(* {{l10n_strings.REQUIRED_FIELD}})

{{l10n_strings.CREATE_NEW_COLLECTION}} *

{{l10n_strings.ADD_COLLECTION_DESCRIPTION}}

{{l10n_strings.COLLECTION_DESCRIPTION}}
{{addToCollection.description.length}} / 500

{{l10n_strings.TAGS}}
{{$ item}}

{{l10n_strings.PRODUCTS}}

{{l10n_strings.DRAG_TEXT}}

{{l10n_strings.DRAG_TEXT_HELP}}

{{l10n_strings.LANGUAGE}}
{{$ select.selected.display}}

{{article.content_lang.display}}

{{l10n_strings.AUTHOR}}

{{l10n_strings.AUTHOR_TOOLTIP_TEXT}}

{{$ select.selected.display}}

{{l10n_strings.CREATE_AND_ADD_TO_COLLECTION_MODAL_BUTTON}}
{{l10n_strings.CREATE_A_COLLECTION_ERROR}}

Физика — модуль Юнга — Бирмингемский университет

Одним из наиболее важных тестов в инженерии является знание того, когда объект или материал будет изгибаться или ломаться, и свойство, которое говорит нам, что это модуль Юнга.Это мера того, насколько легко материал растягивается и деформируется.

Согнется или сломается?

Провода подчиняются закону Гука, как и пружины. Когда прикладывается сила F , она удлиняется на некоторое расстояние x , которое можно просто описать уравнением F = kx

Тогда как k для пружины — это жесткость пружины, величина удлинения провода зависит от его площади поперечного сечения, длины и материала, из которого он сделан.Модуль Юнга ( E ) — это свойство материала, которое говорит нам, насколько легко он может растягиваться и деформироваться, и определяется как отношение растягивающего напряжения ( σ ) к деформации растяжения ( ε ). Где напряжение — это величина силы, приложенной на единицу площади ( σ = F / A ), а деформация — это растяжение на единицу длины ( ε = дл / л ).

Поскольку сила F = мг , мы можем получить модуль Юнга проволоки, измерив изменение длины ( dl ) при применении гирь массой м (при условии, что г = 9.81 метр на секунду в квадрате).

Имеет ли значение модуль Юнга для исследований?

Имеет ли значение модуль Юнга для исследований?

Что важно знать?

Для разных типов материалов графики зависимости деформации от напряжения могут выглядеть по-разному. Хрупкие материалы имеют тенденцию быть очень прочными, потому что они могут выдерживать большие нагрузки, они не сильно растягиваются и внезапно ломаются. Пластичные материалы имеют большую эластичную область, где зависимость напряжения от деформации является линейной, но при первом обороте (предел упругости) линейность нарушается, и материал больше не может вернуться к своей первоначальной форме.Второй пик — это предел прочности на разрыв, и он говорит нам о максимальном напряжении, которое материал может выдержать перед разрушением. Пластиковые материалы не очень прочные, но выдерживают большие нагрузки. Модуль Юнга задается градиентом линии на графике зависимости напряжения от деформации.

В эксперименте, показанном на видео выше, мы измерили модуль Юнга медной проволоки, которая не сильно расширяется. Таким образом, можно использовать реперный маркер, например ленту, для определения исходной и увеличенной длины.Выполнение нескольких измерений с различными массами увеличит количество точек на графике зависимости напряжения от деформации и сделает расчет модуля Юнга более надежным. Еще о чем нужно позаботиться — это измерить площадь поперечного сечения провода. Несовершенство проволоки может означать, что диаметр не является абсолютно постоянным по длине, поэтому может помочь усреднение нескольких показаний микрометра.

Как это применимо ко мне?

Изучение механических свойств материалов важно, потому что оно помогает нам понять, как материалы ведут себя, и позволяет нам разрабатывать новые продукты и улучшать существующие.В одном из примеров темы исследования в Бирмингеме рассматривалась разработка шестов для прыжков в высоту, которые используются спортсменами, занимающимися прыжками в высоту, для достижения максимальных результатов. Эти столбы должны быть легкими, чтобы иметь возможность быстро разгоняться, но также должны сохранять энергию упругой деформации при изгибе шеста. Шест должен преобразовывать упругую энергию в кинетическую энергию по мере выпрямления шеста и быть в состоянии выдерживать напряжение, вызванное весом прыгуна, и выдерживать многократное использование спортсменом.

В небольших масштабах есть много продуктов, содержащих биологические (например,грамм. фармацевтические препараты, методы лечения бесплодия, тканевая инженерия) и небиологические микрочастицы (например, химические вещества, сельское хозяйство, бытовая химия). Понимая их механические свойства, мы можем прогнозировать их поведение при производстве и переработке, максимально увеличивая их рабочие характеристики.

Модуль Юнга материала — это полезное свойство, которое необходимо знать, чтобы предсказать поведение материала при воздействии силы. Это важно практически для всего, что нас окружает, от зданий до мостов, автомобилей и многого другого.

Следующие шаги

Эти ссылки предоставлены только для удобства и в информационных целях; они не означают одобрения или одобрения Бирмингемским университетом какой-либо информации, содержащейся на внешнем веб-сайте. Бирмингемский университет не несет ответственности за точность, законность или содержание внешнего сайта или последующих ссылок. Пожалуйста, свяжитесь с внешним сайтом для получения ответов на вопросы относительно его содержания.

Эксперимент по испытанию на растяжение | Материаловедение и инженерия

Одним из широко используемых и признанных свойств материала является его прочность.
Но что означает слово «сила»? «Сила» может иметь много значений, поэтому позвольте
Давайте подробнее рассмотрим, что подразумевается под прочностью материала. Мы будем смотреть
в очень простом эксперименте, который дает много информации о силе или
механическое поведение материала, называемое испытанием на растяжение.

Основная идея испытания на растяжение заключается в размещении образца материала между двумя креплениями.
так называемые «захваты», которые зажимают материал. Материал имеет известные размеры, например длину.
и площадь поперечного сечения. Затем мы начинаем прикладывать вес к материалу, захваченному за
один конец, а другой конец закреплен. Мы продолжаем увеличивать вес (часто называемый
нагрузку или силу), одновременно измеряя изменение длины образца.

Испытание на растяжение

Очень упрощенный тест можно сделать дома.

Если у вас есть способ подвесить один конец какого-либо материала к твердой точке, которая не
двигаться, то на другой конец можно повесить гири.

Измерьте изменение длины при добавлении веса, пока деталь не начнет растягиваться
и наконец ломается.

Результатом этого теста является график зависимости нагрузки (количества веса) от смещения.
(количество растянутых). Поскольку вес, необходимый для растяжения материала, зависит от
по размеру материала (и, конечно, свойствам материала), сравнение
между материалами может быть очень сложно. Умение провести правильное сравнение
может быть очень важным для тех, кто занимается проектированием конструкций, в которых материал
должен выдерживать определенные силы.

Площадь поперечного сечения

Нам нужен способ напрямую сравнивать различные материалы, чтобы определить «прочность»
мы сообщаем независимо от размера материала. Мы можем сделать это, просто разделив
нагрузка, приложенная к материалу (вес или сила) начальным поперечным сечением
площадь.Мы также делим величину его перемещения (смещение) на начальную длину
материал. Это создает то, что ученые-материаловеды называют инженерным стрессом (нагрузка
деленное на начальную площадь поперечного сечения) и инженерной деформации (смещение
деленное на исходную длину). Глядя на инженерный отклик на напряжение-деформацию
материал, мы можем сравнивать прочность различных материалов, независимо от их
размеры.

Чтобы использовать реакцию «напряжение-деформация» для проектирования конструкций, мы можем разделить нагрузку
мы хотим с помощью инженерного напряжения определить площадь поперечного сечения, необходимую для
уметь удерживать этот груз. Например, стальная проволока 4340 диаметром 1/8 дюйма может удерживать
маленькая машина. Опять же, не всегда все так просто. Нам нужно понять разные
значения «силы» или инженерного напряжения.

Теперь все становится сложнее. Давайте посмотрим, что подразумевается под разными
значения прочности, а также посмотрите на другие важные свойства, которые мы можем получить с помощью этого простого
тестовое задание. Самый простой способ — изучить график зависимости инженерного напряжения от инженерного.
напряжение. Ниже показан график испытания на растяжение обычного стального резьбового стержня.
являясь хорошим примером общего испытания металла на растяжение.Единицы техники
Напряжение составляет тысяч фунтов на квадратный дюйм , что означает тысячу фунтов на квадратный дюйм. Обратите внимание на ссылку на область в
единицы. Единицы измерения деформации, конечно, безразмерны, поскольку мы делим расстояние
по расстоянию.

Расположение графика 1: эластичная область

Давайте обсудим некоторые важные области графика.Во-первых, точка на графике
цифра 1 обозначает конец упругой области кривой. До этого
точка, материал растягивается эластично или обратимо.

Все материалы состоят из набора атомов. Эластичность можно лучше понять
посредством изображения атомы связаны пружинами.Когда мы натягиваем материал, пружины
между атомами удлиняется, и материал удлиняется. Эластичная часть
кривая — прямая линия. Прямая линия означает, что материал вернется
до первоначальной формы после снятия нагрузки.

Расположение графика 2: 0.Предел текучести смещения 2%

Следующая часть интересующей кривой — это точка 2. В этой точке кривая имеет
начал наклоняться или больше не является линейным. Эта точка известна как смещение 0,2%.
предел текучести. Он указывает на прочность материала, когда он начинает постоянно
изменить форму.Он определяется как значение напряжения, при котором линия того же
наклон как начальная часть (упругая область) кривой, которая смещена деформацией
0,2% или значение 0,002 деформации пересекает кривую.

В нашем примере предел текучести смещения 0,2% составляет 88 тысяч фунтов на квадратный дюйм.

Это очень важный аспект силы.Это в основном говорит нам о количестве стресса
мы можем нанести до того, как материал начнет постоянно менять форму, надев его
путь к возможной неудаче. Те, кто проектирует детали, которые используются в стрессовых условиях, должны
убедитесь, что напряжение или сила со стороны детали никогда не превышают этого значения.

Местоположение графика 3: Максимальное выдерживаемое напряжение

По мере продвижения от точки 2 нагрузка или «напряжение» на материал увеличивается, пока мы не
достигают максимального приложенного напряжения, при этом материал деформируется или меняет форму равномерно
по всей длине колеи.Когда мы достигаем точки 3, мы можем определить растяжение
прочность или максимальное напряжение (или нагрузка), которую может выдержать материал. Это не очень полезный
свойство, так как материал в этот момент необратимо деформировался. После того, как мы достигнем
в этот момент напряжение начинает резко снижаться. Это соответствует локализованному
деформация, которая наблюдается по заметному «сужению» или уменьшению диаметра
и соответствующее поперечное сечение образца в очень маленькой области.Если мы выпустим
нагрузка в этой области, материал будет немного пружинить, но все равно пострадает
постоянное изменение формы.

Местоположение графика 4: Отказ или перелом

Наконец, следуя кривой, мы в конечном итоге достигаем точки, где материал разрывается.
или терпит неудачу.Здесь интересна конечная степень изменения формы материала.
Это «пластичность» материала. Определяется пересечением линии
номер 4, имеющий тот же наклон, что и линейный участок кривой, с деформацией
ось.

Наш пример показывает деформацию 0.15. Изменение длины на 15% — это величина «пластичности».

Когда образец раскалывается или ломается, нагрузка снимается. Следовательно, атомы упруго
растянутые вернутся в свои ненагруженные положения. Другая информация о механическом
реакцию материала также можно получить из испытания на излом.

Испытания на растяжение — композиты

Если тянуть за материал до разрыва, можно найти много информации о
различная прочность и механическое поведение материала.В этом виртуальном эксперименте
мы исследуем поведение при растяжении трех различных композитных волокнистых материалов.
У них схожее использование, но очень разные свойства.

Процедура

Материал захватывается с обоих концов устройством, которое медленно тянет в продольном направлении.
на кусок, пока он не сломается.Сила тяги называется нагрузкой, которая наносится на график
против изменения длины или смещения материала. Нагрузка преобразуется в напряжение
значение, и смещение преобразуется в значение деформации.

О материалах

Материалом для испытаний являются композиты из стекловолокна, кевлара® и углеродного волокна.Композиты
представляют собой комбинации двух или более отдельных материалов с целью получения
материал, обладающий уникальными свойствами, которых нет ни в одном материале.

Все эти композиты используют эпоксидную смолу в качестве матрицы, которая «склеивает» ткань, как композиция.
волокон соответствующих материалов.

Эпоксидные смолы — это термореактивные сетчатые полимеры, которые очень твердые и прочные, но не
хрупкая сторона.

Все ткани имеют одинаковый «вес», который является мерой размера или веса ткани.
квадратного двора.Пример волокнистого материала из стекловолокна показан выше.
левый. Кевлар очень похож, за исключением того, что он имеет желтый цвет. Углерод имеет черный цвет
цвет. Образцы, используемые в этом случае, представляют собой плоские прутки, вырезанные из более крупного материала с использованием
водоструйная пила. Три образца показаны внизу слева.

Свойства материала

P = плохо, G = хорошо, F = удовлетворительно, E = отлично

Эксперимент

Описание: Устройство тянет за каждый конец материала, пока он не сломается.

Стекловолокно 00:00
Кевлар 01:10
Углеродное волокно 03:09

Видео продолжительностью 5 минут 5 секунд без звука.

Исполнительный продюсер Эд Лайтила
Ведущий Стивен Форселл
Видеограф Бритта Лундберг

Окончательные данные

Исходные данные для стекловолокна

Смещение увеличивается от нуля до немногим более 5 мм.Нагрузка увеличивается почти
линейно от 0 до примерно 12 кН перед почти вертикальным падением.

Исправленные данные для стекловолокна

Инженерное напряжение увеличивается от нуля до примерно 0.10. Инженерное напряжение возрастает.
линейно от нуля до примерно 170 МПа, предел прочности. Модуль составляет 1,7 ГПа.

Исправленные данные для кевлара

Инженерное напряжение увеличивается от нуля до примерно 0.11. Инженерное напряжение возрастает.
линейно от нуля до примерно 265 МПа, предел прочности. Модуль составляет 2,3 ГПа.

Исправленные данные для углеродного волокна

Инженерное напряжение увеличивается от нуля до примерно 0.10. Инженерное напряжение возрастает.
линейно от нуля до примерно 580 МПа, предел прочности. Модуль составляет 5,7 ГПа.

Выводы

Композитный материал из углеродного волокна имеет гораздо более высокий предел прочности и модуль упругости.
эластичности, чем другие материалы.Обратите внимание, что все они ломаются «хрупко»,
так как кривая является линейной до тех пор, пока она не разорвется или не сломается без изгиба кривой при
высокие нагрузки. Следовательно, при этом не происходит постоянного изменения первоначальной формы.
тест, и, следовательно, никакой пластичности.

Виртуальные примеры

Вы видели эксперименты с композитными материалами.Сравните композитный материал
Кривые напряжения-деформации с кривыми для полимера и стали.

Сталь для испытаний на растяжение

Стальной образец с шейкой имеет непрерывную зависимость между напряжением и деформацией.Стресс увеличивается
почти вертикально, затем постепенно опускается.

Полимер для испытаний на растяжение

Образец растягивающегося полимера имеет разрывную зависимость напряжения от деформации.В
напряжение увеличивается почти вертикально, затем падает и неравномерно увеличивается.

Фотогалерея

Ниже представлены оптические фотографии разбитых или расколотых образцов, а также крупные планы.
поверхности излома, снятые с помощью растрового электронного микроскопа.Изучение этих
поверхности излома также являются очень важной частью материаловедения и инженерии,
что делает это областью специализации.

Модуль упругости Юнга, напряжения, деформации: численные задачи

Наука> Физика > Упругость > Численные задачи о напряжении, деформации и модуле Юнга

В этой статье мы изучим применение концепции и численные задачи о продольном напряжении, продольной деформации, модуле упругости Юнга.

Коэффициенты преобразования :

Формулы:

Пример — 1:

Проволока длиной 2 м и диаметром 2 мм при растяжении на вес 8 кг увеличивается на 0.24 мм. Найдите напряжение, деформацию и модуль Юнга материала проволоки. g = 9,8 м / с²

Дано: Начальное
длина проволоки = L = 2 м, Диаметр проволоки = 2 мм, Радиус проволоки 2/2 = 1 мм =
1 × 10 ^-3 м, присоединенный вес = м = 2 кг, увеличение длины = l
= 0,24 мм = 0,24 × 10 ^-3 м, g = 9,8 м / с².

Найти: Напряжение =? Напряжение =? Модуль Юнга материала = Y =?

Решение:

Напряжение = F / A = мг / π r²
∴
Напряжение = (8 × 9.8) /(3,142 × (1 × 10 ^-3 ) ²)
∴
Напряжение = (8 × 9,8) /( 3,142 × 1 × 10 ^-6 )
∴
Напряжение = 2,5 × 10 ⁷ Н / м²
Деформация = л / л = 0,24 × 10 ^-3 /2
∴ Деформация
= 0,12 × 10 ^-3 = 1,2 × 10 ^-4
Итак, модуль упругости Юнга = Y = напряжение / деформация

∴ Y = (2,5 × 10 ⁷ ) / (1,2 × 10 ^-4 )
∴ Y = 2,08 × 10 ¹¹ Н / м²
Ответ: Напряжение = 2,5 × 10 ⁷ Н / м², деформация = 1.2 × 10 ^-4 , модуль упругости Юнга = 2,08 × 10 ¹¹ Н / м²

Пример — 2:

Проволока длиной 2 м и площадью сечения 10 ^-4 м² растягивается под нагрузкой 102 кг. Проволока растягивается на 0,1 см. Рассчитайте продольное напряжение, продольную деформацию и модуль Юнга материала проволоки.

Дано: Начальное
длина провода = L = 2 м, Площадь поперечного сечения = A = 10 ^-4
м, растяжка = 102 кг, масса = 102 × 9.8 Н, увеличение длины = l = 0,1 см
= 0,1 × 10 ^-2 м = 1 × 10 ^-3 м, g = 9,8 м / с².

Найти: Напряжение
знак равно Деформация =?, Модуль Юнга материала = Y =?

Решение:

Напряжение = F / A = мг / А
∴ Напряжение = (102 × 9,8) / 10 ^-4
∴ Напряжение = 1 × 10 ⁷ Н / м²
Напряжение = л / л = 1 × 10 ^{— 3} /2
∴ Деформация = 0,5 × 10 ^-3 = 5 × 10 ^-4
Итак, модуль упругости Юнга = Y = напряжение / деформация = (1 × 10 ⁷ ) / (5 × 10 ^-4 )
∴ Y = 2 × 10 ¹⁰ Н / м²
Ответ.: Напряжение = 1 × 10 ⁷ Н / м², деформация = 5 × 10 ^-4 , модуль упругости Юнга = Y = 2 × 10 ¹⁰ Н / м²

Пример — 3:

Проволока из низкоуглеродистой стали радиусом 0,5 мм и длиной 3 м растягивается под действием силы 49 Н. Рассчитайте a) продольное напряжение, b) продольную деформацию c) удлинение, возникающее в теле, если Y для стали составляет 2,1 × 10 ¹¹ Н / м².

Дано: Начальная длина провода = L = 3 м, радиус провода = 0.5 мм = 0,5 × 10 ^-3 м = 5 × 10 ^-4 м, приложенная сила = 49 Н, модуль Юнга для стали = Y = 2,1 × 10 ¹¹ Н / м².

Найти: Напряжение =? Напряжение =? удлинение =?

Решение:

Напряжение = F / A = мг / π r²
∴ Напряжение = 49 /(3,142 × (5 × 10 ^-4 ) ²)
∴ Напряжение = 49 /(3,142 × 25 × 10 ^-8 )
∴ Напряжение = 6,238 × 10 ⁷ Н / м²
Итак, Y = напряжение / деформация
∴ Деформация = напряжение / Y = (6.238 × 10 ⁷ ) / (2,1 × 10 ¹¹ )
∴ Деформация = 2,970 × 10 ^-4
Теперь, деформация = l / L
∴ l = Деформация × L
∴ l = 2,970 × 10 ^-4 × 3
∴ l = 8,91 × 10 ^-4 м = 0,891 × 10 ^-3 м = 0,891 мм
Ответ: напряжение = 6,238 × 10 ⁷ Н / м², деформация = 2,970 × 10 ^-4 , удлинение = 0,891 мм.

Пример — 4:

Металлическая проволока длиной 1 м и диаметром 2 мм растягивается под нагрузкой 40 кг.Если Y = 7 × 10 ¹⁰ Н / м² для металла, найдите (1) напряжение (2) деформацию и (3) постоянную силы материала проволоки.

Дано: Начальное
длина проволоки = L = 1 м, Диаметр проволоки = 2 мм, Радиус проволоки = 2/2 =
1 мм = 1 × 10 ^-3 м, прилагаемая нагрузка = м = 40 кг, модуль Юнга
материала = Y = 7 × 10 ¹⁰ Н / м².

Найти: Напряжение
знак равно Напряжение =?, Постоянная силы =?

Раствор:

Напряжение = F / A = мг / π r²
∴ Напряжение = (40 × 9.8) /(3,142 × (1 × 10 ^-3 ) ²)
∴ Напряжение = (40 × 9,8) /(3,142 × 1 × 10 ^-6 )
∴ Напряжение = 1,25 × 10 ⁸ Н / м²
Сейчас, Y = Напряжение / Деформация
∴ Деформация = Напряжение / Y = 1,25 × 10 ⁸ /7 × 10 ¹⁰
∴ Деформация = 1,78 × 10 ^-3
Сейчас, Деформация = l / L
∴ удлинение = l = деформация × длина
∴ l = 1,78 × 10 ^-3 × 1
∴ l = 1,78 × 10 ^-3 м
Теперь силовая постоянная K = F / l = мг / л = (40 × 9.8) /(1,78 × 10 ^-3 )
∴ Постоянная силы K = 2,2 × 10 ⁵ Н / м
Ответ: Напряжение = 1,25 × 10 ⁸ Н / м², деформация = 1,78 × 10 ^-3 , постоянная силы = 2,2 × 10 ⁵ Н / м

Пример — 5:

Каким должно быть удлинение провода длиной 5 м, чтобы напряжение составляло 1% от 0,1? Если проволока имеет поперечное сечение 1 мм² и растягивается на 10 кг веса, каково напряжение?

Дано: Начальное
длина провода = L = 5 м, деформация = 1% от 0.1 = 1 × 10 ^-2 ×
0,1 = 1 × 10 ^-3 , Площадь поперечного сечения = 1 мм² = 1
× 10 ^-6 м², присоединенная нагрузка = F = 10 кг-масса = 10 × 9,8 Н
.

Найти: Удлинение
= l =? Напряжение =?,

Решение:

Напряжение = л / л
∴ удлинение
= l = деформация × L
∴
l = 1 × 10 ^-3 × 5
∴
l = 5 × 10 ^-3 м = 5 мм
Напряжение = F / A = мг / π r²
∴
Напряжение = (10 × 9,8) / (1 × 10 ^-6 )
∴
Стресс = 9.8 × 10 ⁷ Н / м²
Ответ: Удлинение = 5 мм и напряжение = 9,8 × 10 ⁷
Н / м²

Пример-6:

Латунная проволока длиной 2 м имеет один конец, прикрепленный к жесткой опоре, а с другого конца подвешен груз массой 4 кг. Если радиус проволоки составляет 0,35 мм, найдите удлинение проволоки. g = 9,8 м / с², Y = 11 × 10 ¹⁰ Н / м²

Дано: Начальное
длина провода = L = 2 м, радиус провода = 0.35 мм = 0,35 × 10 ^-3
м = 3,5 × 10 ^-4 м, прилагаемая нагрузка = F = 4 кг, масса = 4 × 9,8 Н, г = 9,81
м / с², Y = 11 × 10 ¹⁰ Н / м².

Чтобы найти: добавочный номер
знак равно

Решение:

Y = FL / A л
∴
l = F L / π r² Y
∴
l = (4 × 9,8 × 2) /( 3,142 × (3,5 × 10 ^-4 ) ² × 11 × 10 ¹⁰
)
∴
l = (4 × 9,8 × 2) /( 3,142 × 12,25 × 10 ^-8 × 11 × 10 ¹⁰
)
∴
l = 1,85 × 10 ^-3 м = 0.185 × 10 ^-2 м =
0,185 см
Ответ: Удлинение провода 0,185 м

Пример-7:

Проволока длиной 1,5 м и радиусом 0,4 мм при нагрузке растягивается на 1,2 мм. Если модуль Юнга его материала равен 12,5 × 10 ¹⁰ Н / м². Найдите растягивающую силу.

Дано: Начальное
длина провода = L = 1,5 м, радиус провода = 0,4 мм = 0,4 × 10 ^-3
м = 4 × 10 ^-4 м, удлинение = l = 1.2 мм = 1,2 × 10 ^-3 м, г
= 9,8 м / с², модуль Юнга = Y = 12,5 × 10 ¹⁰ Н / м².

Найти: Растяжка
сила = F =?

Решение:

Y = FL / A л
∴
F = AY л / л
∴
F = π r² Y л / л
∴
F = (3,142 × (4 × 10 ^-4 ) ² × 12,5 × 10 ¹⁰ × 1,2 × 10 ^-3 )
/1,5
∴
F = (3,142 × 16 × 10 ^-8 × 12,5 × 10 ¹⁰ × 1,2 × 10 ^-3 )
/1,5
∴
F = 50.27 Н
Ответ: Требуемая сила растяжения = 50,27 Н

Пример — 8:

Какая сила требуется, чтобы растянуть стальную проволоку в поперечном сечении на 1 см2, чтобы ее длина удвоилась? Y = 2 × 10 ¹¹ Н / м². Предположим закон Гука.

Дано: Начальное
длина провода = L, конечная длина = 2L, следовательно, удлинение провода = l = 2L — L =
L, Площадь поперечного сечения = 1 см² = 1 × 10 ^-4 м²,
Модуль упругости Юнга = Y = 2 × 10 ¹¹ Н / м².

Найти: Растяжка
сила = F =?

Решение:

Y = FL / A l
∴ F = AY l / L
∴ F = (1 × 10 ^-4 × 2 × 10 ¹¹ × L) / L
∴ F = 2 × 10 ⁷
О: Требуемая сила растяжения = 2 × 10 ⁷ Н

Пример — 9:

Найдите максимальную нагрузку, которую можно приложить к вольфрамовой проволоке диаметром 2 мм, чтобы допустимая деформация не превышала 1/1000. Модуль Юнга для вольфрама = Y = 35 × 10 ¹⁰ Н / м².

Дано: Деформация = 1/1000 = 10 ^-3 , модуль упругости Юнга = Y = 35 × 10 ¹⁰ Н / м², диаметр проволоки = 2 мм, радиус проволоки = 2/2 = 1 мм = 1 × 10 ^-3 м,

Найти:
Максимальная нагрузка = F =?

Решение:

Y = напряжение / деформация = (F / A) / деформация
Y = F / (A × деформация)
∴
F = π r² × Y × деформация
∴
F = 3,142 × (1 × 10 ^-3 ) ² × 35 × 10 ¹⁰ × 10 ^-3
∴
F = 3.142 × 1 × 10 ^-6 × 35 × 10 ¹⁰ × 10 ^-3
∴
F = 1100 Н
Ответ: Максимальная нагрузка составляет 1100 Н

Задача — 10:

Масса 2 кг подвешена на стальной проволоке радиусом 0,5 мм и длиной 3 м. Вычислите произведенное расширение. Каким должен быть минимальный радиус проволоки, чтобы не превышался предел упругости? Предел упругости для стали составляет 2,4 × 10 ⁸ Н / м², Y для стали = Y = 20 × 10 ¹⁰ Н / м²

Дано: Радиус
провода = 0.5 мм = 0,5 × 10 ^-3 м = 5 × 10 ^-4 м. Исходный
длина проволоки = L = 3 м, присоединенная масса = м = 2 кг, Y для стали = Y = 20 × 10 ¹⁰ Н / м²

Чтобы найти: Удлинение = l = ?, Минимальный радиус проволоки = r =?

Решение:

Часть — I:

Y = FL / A l
∴ l = FL / AY
∴ l = мг л / π r² Y
∴ l = (2 × 9,8 × 3) /(3,142 1 × (5 × 10 ^-4 ) ² × 20 × 10 ¹⁰ )
∴ l = (2 × 9.8 × 3) /( 3,142 × 25 × 10 ^-8 × 20 × 10 ¹⁰ )
∴ l = 3,743 × 10 ^-4 м = 0,3743 мм

Часть — II:

Дано:
Предел упругости для стали = напряжение = 2,4 × 10 ⁸ Н / м², масса
прилагается = m = 2 кг,

Найти: радиус
проволоки на пределе упругости = r =?

Напряжение = F / A = F / π r²
∴ r² = мг / (π × напряжение)
∴ r² = (2 × 9,8) / (3,142 × 2,4 × 10 ⁸ )
∴ r² = 2.599 × 10 ^-8
∴ r = 1,612 × 10 ^-4 м = 0,1612 × 10 ^-3 м = 0,1612 мм

Ответ: Часть — I: Изменение длины проволоки на 0,3743 мм
Часть — II: Радиус проволоки на пределе упругости = 0,1612 мм

Пример — 11:

Проволока растягивается с приложением силы 50 кг масс / кв. см. На сколько процентов увеличилась длина провода? Y = 7 × 10 ¹⁰ Н / м², g = 9.8 м / с²

Дано:
Напряжение = 50 кг масс / кв. см = 50 × 9,8 Н / 10 ^-4 м² = 50 ×
9,8 × 10 ⁴ Н / м², модуль упругости Юнга = Y = 7
× 10 ¹⁰ Н / м². g = 9,8 м / с²

Найти: %
удлинение =% l / L =?

Решение:

Теперь, Y = напряжение / деформация
∴
Деформация = Напряжение / Y = (50 × 9,8 × 10 ⁴ ) /
(7 × 10 ¹⁰ )
∴
Деформация = 7 × 10 ^-5
% удлинение = деформация × 100 = 7 × 10 ^-5 × 100
% удлинение = деформация × 100 = 0.007
Ответ: Относительное удлинение 0,007%

Задача — 12:

Сжимающая сила 4 × 10 ⁴ Н прилагается к концу кости длиной 30 см и квадратным поперечным сечением 4 см². Что будет с костью? Рассчитайте изменение длины кости. Прочность кости на сжатие составляет 7,7 × 10 ⁸ Н / м², а модуль Юнга кости составляет 1,5 × 10 ¹⁰ Н / м²

Дано: Начальное
длина провода = L = 30 см = 0.30 м, площадь поперечного сечения = 4 см²
= 4 × 10 ^-4 м², присоединенная нагрузка = F = 4 × 10 ⁴
N. Y = 1,5 × 10 ¹⁰ Н / м². Максимальное напряжение = 7,7 × 10 ⁸ Н / м².

Найти: Эффект
загрузки =? Изменение длины = l =?,

Решение:

Приложенное напряжение = Приложенная сила / Площадь
поперечного сечения
Прикладное напряжение = (4 × 10 ⁴ ) / (4 × 10 ^-4 ) =
1 × 10 ⁸ Н / м²
Это напряжение меньше максимально допустимого напряжения (7.7 × 10 ⁸ Н / м²)
Следовательно, кость не сломается, а сожмется, и ее длина уменьшится
Y = F L / A l
∴
l = (4 × 10 ⁴ × 0,3) / (4 × 10 ^-4 × 1,5 × 10 ¹⁰ )
∴
l = 2 × 10 ^-3 м = 2 мм
Ответ: Длина кости уменьшается на 2 мм

Пример — 13:

Радиус медного стержня 4 мм. Какая сила требуется, чтобы растянуть стержень на 20% от его длины при условии, что предел упругости не превышен? Y = 12 × 10 ¹⁰ Н / м².

Дано: Радиус
проволоки = r = 4 мм = 4 × 10 ^-3 м,% удлинения = Деформация = 20% = 20 ×
10 ^-2 , Модуль упругости Юнга = Y = 12 × 10 ¹⁰
Н / м².

Найти: Растяжка
сила = F =?

Решение:

Y = напряжение / деформация = (F / A) / деформация
Y = F / (A × деформация)
∴
F = AY × деформация
∴
F = π r² × Y × деформация
∴
F = 3,142 × (4 × 10 ^-3 ) ² × 12 × 10 ¹⁰ × 20 × 10 ^-2
∴
F = 3.142 × 16 × 10 ^-6 × 12 × 10 ¹⁰ × 20 × 10 ^-2
∴
F = 1,207 × 10 ⁶ Н
Ответ: Требуемая сила растяжения = 1,207 × 10 ⁶ Н

Пример — 14:

Найдите изменение длины провода длиной 5 м и поперечного сечения 1 мм² при растягивающей силе 10 кг-вес. Y = 4,9 × 10 ¹¹ Н / м², а g = 9,8 м / с².

• Решение:
• Дано: Начальная длина провода = L = 5 м, площадь поперечного сечения = 1 мм² = 1 × 10 ^-6 м², присоединенная нагрузка = F = 10 кг- вес = 10 × 9.8 с. Y = 4,9 × 10 ¹¹ Н / м², а g = 9,8 м / с².
• Найти: Изменение длины = l =?

Y = FL / A л
∴ л
= F L / A Y
∴
l = (10 × 9,8 × 5) / (1 × 10 ^-6 × 4,9 × 10 ¹¹ )
∴
l = 1 × 10 ^-3 м = 1 мм
Ответ: Изменение длины провода на 1 мм

Пример — 15:

Предел упругости превышен, если деформация проволоки (Y = 14 × 10 ¹¹ Н / м²) превышает 1/2000.Если площадь поперечного сечения провода составляет 0,02 см², найдите максимальную нагрузку, которую можно использовать для растяжения провода без постоянного затвердевания.

Дано: Штамм
= 1/2000 = 5 × 10 ^-4 , модуль упругости Юнга = Y =
14 × 10 ¹¹ Н / м², площадь поперечного сечения = A = 0,02 см²
= 0,02 × 10 ^-4 м² = 2 × 10 ^-6 м²

Найти: Растяжка
сила = F =?

Решение:

Y = напряжение / деформация = (F / A) / деформация
Y = F / (A × деформация)
∴
F = AY × деформация
∴
F = 2 × 10 ^-6 × 14 × 10 ¹¹ × 5 × 10 ^-4
∴
F = 1400 N
Ответ.: Требуемая сила растяжения = 1400 Н

Пример — 16:

Предел упругости стали превышен, когда напряжение на данной стальной проволоке превышает 8,26 × 10 ⁸ Н / м². Можно ли растянуть стальную проволоку (Y = 2 × 10 ¹¹ Н / м²) длиной 2 м на 10 мм без превышения предела упругости?

Дано: Начальное
длина провода = L = 2 м, предел упругости = напряжение = 8,26 × 10 ⁸
Н / м², модуль упругости Юнга = Y = 2 × 10 ¹¹ Н / м².

Найти: Кому
выяснить, можно ли растянуть проволоку на 10 мм.

Решение:

Y = Напряжение / Деформация = Напряжение / (л / л)
∴
Y = (напряжение × L) / Y
∴
Y = (8,26 × 10 ⁸ × 2) / 2 × 10 ¹¹
∴
Y = 8,26 × 10 ^-3 м = 8,26 мм
Ответ: Проволоку нельзя растянуть до 10 мм из-за эластичного
предел будет пересечен при расширении 8,26 мм.

Пример — 17:

Модуль Юнга материала проволоки равен 9.68 × 10 ¹⁰ Н / м². Проволока из этого материала диаметром 0,95 мм растягивается с приложением определенного усилия. Каким должен быть предел этой силы, если деформация не превышает 1: 1000?

Дано: Штамм
= 1/1000 = 10 ^-3 , Модуль упругости Юнга = Y =
9,68 × 10 ¹⁰ Н / м², Диаметр проволоки = 0,95 мм, Радиус проволоки =
0,95 / 2 = 0,475 мм = 0,475 × 10 ^-3 м = 4,75 × 10 ^-4 м

Найти: Растяжка
сила = F =?

Решение:

Y = напряжение / деформация = (F / A) / деформация
Y = F / (A × деформация)
∴
F = π r² × Y × деформация
∴
F = 3.142 × (4,75 × 10 ^-4 ) ² × 9,68 × 10 ¹⁰ × 10 ^-3
∴
F = 68,62
Ответ: Предел необходимого усилия растяжения = 68,62 Н

Пример — 18:

Предел упругости меди составляет 1,5 × 10 ⁸ Н / м². Медный провод следует растягивать с нагрузкой 10 кг. Найдите минимальный диаметр проволоки, который должен иметь предел упругости.

Дано: эластичный
Предел = Напряжение = 1.5 × 10 ⁸ Н / м², нагрузка = F = 10 кг, вес = 10 × 9,8.

Найти : минимальный диаметр провода.

Решение:

Напряжение = F / A
∴
Напряжение = F / π r²
∴
r² = F / (π × напряжение)
∴
r² = (10 × 9,8) / (3,142 × 1,5 × 10 ⁸ )
∴
r² = 20,79 × 10 ^-8
∴
r = 4,56 × 10 ^-4 м = 0,456 × 10 ^-3
м = 0,456 мм
Диаметр проволоки = 2 × r = 2 × 0,456 мм = 0,912 мм
Ответ.: Диаметр проволоки 0,912 мм

Пример — 19:

Какой была бы наибольшая длина стальной проволоки, которая при закреплении на одном конце может свободно свисать, не ломаясь? Плотность стали = 7800 кг / м³. Разрушающее напряжение для стали = 7,8 × 10 ⁸ Н / м².

Дано: Плотность
стали = ρ = 7800 кг / м³. Напряжение = 7,8 × 10 ⁸ Н / м².

Найти: Наибольшая длина провода = ?.

Решение:

Напряжение = F / A = мг / А = V ρ г / A
∴ Напряжение = AL ρ г / A
∴ Напряжение = L ρ г
∴ L = Напряжение / ρ г
∴ L = 7,8 × 10 ⁸ / (7800 × 9,8)
∴ L = 7,8 × 10 ⁸ / (7800 × 9,8)
∴ L = 1,021 × 10 ⁴ м
Ответ: Максимальная длина медного провода составляет 1,021 × 10 ⁴ м

Чтобы узнать больше о эластичности, нажмите здесь

Для получения дополнительных тем по физике щелкните здесь

Упруго-пластическое моделирование металлических прядей и стальных канатов при осевом растяжении и кручении

Основные моменты

•

Предлагается аналитическая модель, характеризующая упруго-пластическое поведение для прядей и канатов, особенно для многожильных конструкций.

•

Состояние контакта в многослойных нитях тщательно изучается.

•

Анализируются различные характеристики текучести и разрушения жил проволоки при различных условиях нагрузки.

Реферат

Упруго-пластический отклик в значительной степени влияет на разрушение стальных канатов. На основе определения параметров локальной деформации отдельной проволоки в данной статье разработана аналитическая модель, характеризующая упруго-пластическое поведение как проволочных прядей, так и многожильных канатов.Кроме того, статус контакта в многослойной пряди тщательно изучается, чтобы получить полное представление о напряжениях в проволоке. Детали полей поверхностной деформации канатов фиксируются с помощью метода трехмерной корреляции цифровых изображений (3D-DIC), и результаты хорошо согласуются с прогнозом настоящей модели. Рассмотрены различные условия нагружения для анализа податливости и разрушения жил проволоки. Установлено, что вращение канатов (независимо от того, положительное оно или отрицательное) увеличивает общий уровень напряжения по поперечному сечению провода, однако ограничение концов каната приводит к более высокому контактному напряжению.Умеренное увеличение угла наклона спирали может быть эффективным методом снижения контактного давления многожильных проволок. Наша модель обеспечивает прямое предсказание упруго-пластической реакции стальных канатов и оказывается эффективным инструментом для проектирования канатов благодаря значительному сокращению затрат времени на численное моделирование.

Ключевые слова

Упруго-пластическое поведение

Прямая прядь

Многожильный канат

Податливость и разрушение

Проволочный контакт

Измерение локальной деформации

Рекомендуемые статьи Цитирующие статьи (0)

© 2017 Elsevier Ltd.

Рекомендуемые статьи

Ссылки на статьи

Калибр провода — Энергетическое образование

Рис. 1. Диаграмма, показывающая различные калибры провода и их соответствующее количество в зависимости от его поперечного сечения. ^[1]

Калибр провода измеряет площадь поперечного сечения провода. Знать калибр важно, потому что он определяет, какой электрический ток может выдержать провод без повреждения — эта величина называется допустимой допустимой нагрузкой.

Американская система калибра проводов

Американская система калибра проводов или AWG стандартизирует площадь поперечного сечения проводов, присваивая им номер AWG.Как видно на Рисунке 1, провод с меньшим номером имеет больший диаметр и, следовательно, может пропускать более высокие токи. Всего существует 40 манометров различных размеров с площадью поперечного сечения от 0,013 мм ² до 107,22 мм ² , причем их диаметры постепенно изменяются между каждым номером калибра.

Значения калибра проводов

Цифры в таблице ниже взяты из Таблица 310.15 (B) (16) в Национальном электротехническом кодексе (США) 2014 г. и предполагают номинальную температуру 90 ° C. ^[2] Кроме того, таблица 3.1 на стр. 69 в документе Введение в электричество использовалась в качестве шаблона и справочного материала. ^[3]