Как поставить насос на теплый пол схема


4 Проверенные схемы подключения водяного теплого пола

Водяной теплый пол – популярная система отопления, которую можно реализовать различными способами. В этом материале разберем 4 основные схемы подключения водяного теплого пола.

Что такое водяной теплый пол

Водяной теплый пол — низкотемпературная система отопления, где теплоноситель подается с температурой 35-45оС, по нормам не выше 55 оС. Кроме того, теплый пол это отдельный циркуляционный контур, которому необходим отдельный циркуляционный насос. 

У теплого пола есть ограничения по температуре поверхности пола — 26-31оС. Максимальный перепад температуры между разводкой подачи и обратки теплого водяного пола допускается не более 10 оС. Максимальная скорость протока теплоносителя составляет 0,6 м/с. 

 Схема 1. Соединение теплого пола напрямую от котла

Данная схема подключения водяного теплого пола имеет теплогенератор, арматуру безопасности с насосом. Теплоноситель непосредственно от котла поступает в распределительный коллектор теплого пола и затем расходится по петлям и реверсирует обратно в котел. Котел должен быть настроен на температуру теплого пола.

При этом возникают два нюанса:

  • Желательно использовать в монтаже конденсационный котел, т.к. низкотемпературный режим для него оптимален. В этом режиме у конденсационного котла максимальный кпд. У обычного котла при работе в низкотемпературном режиме очень быстро выйдет из строя теплообменник. Если котел твердотопливный, то необходима буферная емкость для коррекции температуры, так как данный котел сложно поддается температурной регулировке.
  • Хороший вариант для теплого пола — это когда он подключен к тепловому насосу.

Схема 2. Монтаж теплого пола от трехходового клапана

схема трехходового термостатического клапана

В большинстве случаев при такой схеме монтажа и подключения водяного теплого пола мы имеем комбинированную систему отопления, здесь находятся радиаторы отопления с температурой 70-80оС и контур теплого пола с температурой 40 оС. Встает вопрос, как из этих восьмидесяти сделать сорок.

Для этого применяется трехходовой термостатический клапан. Клапан устанавливается на подаче, после него обязательно устанавливается циркуляционный насос. С обратки теплого пола производится подмешивание остывшего теплоносителя  к теплоносителю, который получаем из котлового контура и который в дальнейшем с помощью трехходового клапана понижается до ходовой температуры.

Минус такой схемы разводки теплого пола в невозможности дозировать пропорциональность подмеса остывшего теплоносителя горячему и в теплый пол может поступать недогретый или перегретый теплоноситель. Это снижает комфорт и эффективность системы. 

Достоинством такой схемы является простота монтажа и невысокая стоимость оборудования. 

Данная схема больше подходит для отопления небольших площадей и там, где нет высоких требований заказчика к комфорту и эффективности, где есть желание сэкономить. 

В реальной жизни схема встречается крайне редко по причине нестабильности работы радиаторов, подключенной к единой трубе. При приоткрывании трехходового вентиля подпитывается греющий контур, а давление помпы передается в основную магистраль.

Пример реализации:

Схема 3. Разводка теплого пола от насосно-смесительного узла

модуль подмеса

Это смешанная схема подключения водяного теплого пола, где есть зона радиаторного отопления, теплый пол и применяется насосно-смесительный узел. Происходит подмешивание остывшего теплоносителя с обратки теплого пола к котловому.

У всех смесительных узлов присутствует балансировочный клапан, с помощью которого можно дозировать количество остывшего теплоносителя при подмесе к горячему. Это позволяет добиться четко заданной температуры теплоносителя на выходе из узла, т.е. на входе в петли теплого пола. Так существенно повышается потребительский комфорт и эффективность системы в целом.

В зависимости от модели узла, в его состав могут входить другие полезные элементы: байпас с перепускным клапаном, балансировочный клапан первичного котлового контура или шаровые краны с двух сторон от циркуляционного насоса. 

Схема 4. Подключение теплого пола от радиатора

Это специальные комплекты, предназначенные для подключения одной петли теплого пола на площадь 15-20 кв.м. Выглядят как пластиковая коробка, внутри которой в зависимости от производителя и комплектации, могут находиться ограничители по температуре теплоносителя, ограничители температуры воздуха в помещении и воздухоотводчик. 

Теплоноситель поступает в петлю подключенного водяного теплого пола прямо из высокотемпературного контура, т.е. с температурой 70-80оС, остывает в петле до заданной величины и заходит новая партия горячего теплоносителя. Дополнительный насос здесь не требуется, должен справляться котловой. 

Недостатком является низкий комфорт. Зоны перегрева будут присутствовать.

Достоинство данной схемы подключения водяного теплого пола в легкой установке. Применяются подобные комплекты, когда малая площадь теплого пола, малое помещение с нечастым пребыванием жильцов. Не рекомендуется устанавливать в спальнях. Подойдет для отопления санузлов, коридоров, лоджий, и т.д.

Подведем итог и сведем в таблицу:

Вид подключения

Комфорт

Эффективность

Монтаж и        настройка

Надежность

Цена

Обычный газовый,ТТ или дизельный

±

±

+

±

+

Конденсационный котел или тепловой насос

+

+

+

±

Трехходовой термостатический клапан

±

±

+

+

±

Насосно-смесительный узел

+

+

±

+

Термомонтажный комплект

±

+

+

+

Мастера-сантехники и эксперты по теплогазоснабжению рекомендуют избегать схем подключения водяного теплого пола к рабочим ветвям отопления. Греющие контуры теплового пола лучше запитывать прямо на котел, чтобы обогрев пола мог функционировать независимо от батарей, особенно в летнее время.

Схемы укладки водяного теплого пола

Способы раскладки трубы теплого пола

Существуют три основных способа укладки водяного теплого пола: змейка, спираль (улитка) и комбинация этих вариантов. Чаще всего теплый пол монтируют улиткой, в некоторых местах используют змейку.

Схема монтажа «Улитка»

Укладка теплого улиткой позволяет более равномерно распределять тепло по всему помещению. При такой разводке труба монтируется по кругу к центру, затем от центра «разворачивается» по кругу в обратном направлении.

При раскладке теплого пола улиткой нужно закладывать отступ для раскладки трубы в обратном направлении.

Укладка теплого пола змейкой

При такой укладке труба теплого пола монтируется в одном направлении и при окончании раскладки контура просто возвращается в обратку коллектора. При таком устройстве в начале контура температура теплоносителя горячее, в конце холоднее. Поэтому раскладку змейкой используют довольно редко.

Расчет теплого пола

Перед подключением теплого пола по разработанной схеме, необходимо сделать его предварительный расчет. Грубый расчет Вы можете сделать самостоятельно по следующим шагам:

  1. Определите место расположения коллектора. Чаще всего его монтируют в центре этажа.
  2. Попробуйте схематично изобразить разводку труб теплого пола, соблюдая следующую информацию: при шаге 15 см на квадратный метр трубы тратится 6,5 метров трубы, длина трубы не должна превышать 100 метров, контура все должны быть примерно одинаковыми.
  3. Определяемся с метражом всех контуров и в целом можно приступать к монтажу.

Так же не забудьте сделать тепловые расчеты здания. В интернете есть множество готовых калькуляторов. Если теплопотери в помещении не превышают 100 Вт на метр квадратный, то теплый пол у вас не потребует дополнительных приборов отопления.

Монтаж теплого пола

Как определись со схемой укладки и подключения водяного пола, нужно приступать к монтажу.

  1. Подготовьте основание теплого пола. Оно должны быть ровным с минимальным перепадом высот.
  2. Уложите гидроизоляцию, если того требуют местные нормативы
  3. Уложите полистирол толщиной 10 см на первом этаже и 5 см на последующих.
  4. Постелите полиэтилен, чтобы меньше стяжки соприкасалось с изоляцией
  5. Если способом крепления у Вас является армирующая сетка, то уложите ее на полиэтилен
  6. Раскладывайте трубу теплого пола согласно утвержденной схеме
  7. Опрессуйте систему
  8. Заливайте стяжку
Читайте так же:

Веб-страница не найдена на InspectApedia.com

.

Что делать, если ссылка на веб-страницу на InspectApedia.com приводит к ошибке страницы 404

Это так же просто, как ... ну, выбирая из 1, 2 или 3

  1. Воспользуйтесь окном поиска InspectAPedia в правом верхнем углу нашей веб-страницы, найдите нужный текст или информацию, а затем просмотрите ссылки, которые возвращает наша пользовательская поисковая система Google
  2. Отправьте нам электронное письмо напрямую с просьбой помочь в поиске информации, которую вы искали - просто воспользуйтесь ссылкой СВЯЗАТЬСЯ С НАМИ на любой из наших веб-страниц, включая эту, и мы ответим как можно скорее.
  3. Используйте кнопку НАЗАД вашего веб-браузера или стрелку (обычно в верхнем левом углу экрана браузера рядом с окном, показывающим URL-адрес страницы, на которой вы находитесь), чтобы вернуться к предыдущей статье, которую вы просматривали. Если вы хотите, вы также можете отправить нам электронное письмо с этим именем или URL-адресом веб-страницы и сообщить нам, что не сработало и какая информация вам нужна.

    Если вы действительно хотите нам помочь, используйте в браузере кнопку НАЗАД, затем скопируйте URL-адрес веб-страницы, которую вы пытались загрузить, и используйте нашу ссылку КОНТАКТЫ (находится как вверху, так и внизу страницы), чтобы отправьте нам эту информацию по электронной почте, чтобы мы могли решить проблему.- Спасибо.

Приносим свои извинения за этот SNAFU и обещаем сделать все возможное, чтобы быстро ответить вам и исправить ошибку.

- Редактор, InspectApedia.com

Задайте вопрос или введите условия поиска в поле поиска InspectApedia чуть ниже.

Мы также предоставляем МАСТЕР-ИНДЕКС по этой теме, или вы можете попробовать верхнюю или нижнюю панель ПОИСКА как быстрый способ найти необходимую информацию.

Зеленые ссылки показывают, где вы находитесь. © Copyright 2017 InspectApedia.com, Все права защищены.

Издатель InspectApedia.com - Дэниел Фридман .

КАК спроектировать насосную систему

предыдущее

Общий напор

Общий напор и расход являются основными критериями, которые используются для сравнения одного насоса с другим или для выбора центробежного насоса для применения. Общий напор связан с давлением нагнетания насоса. Почему мы не можем просто использовать давление нагнетания? Давление - понятие знакомое, мы знакомы с ним в повседневной жизни. Например, в огнетушителях создается давление 60 фунтов на кв. Дюйм (413 кПа), мы устанавливаем давление воздуха 35 фунтов на кв. Дюйм (241 кПа) в наших велосипедных и автомобильных шинах.По уважительным причинам производители насосов не используют давление нагнетания в качестве критерия выбора насоса. Одна из причин - они не знают, как вы будете пользоваться помпой. Они не знают, какая скорость потока вам нужна, и скорость потока центробежного насоса не фиксирована. Давление нагнетания зависит от давления на всасывающей стороне насоса. Если источник воды для насоса находится ниже или выше всасывания насоса, для той же скорости потока вы получите другое давление нагнетания. Поэтому для устранения этой проблемы предпочтительно использовать разницу давлений на входе и выходе насоса.

Производители пошли дальше: величина давления, которое может создать насос, будет зависеть от плотности жидкости, для раствора соленой воды, который плотнее чистой воды, давление будет выше для того же скорость потока. Опять же, производитель не знает, какой тип жидкости находится в вашей системе, поэтому критерий, не зависящий от плотности, очень полезен. Есть такой критерий, и он называется ОБЩИЙ НАПОР, и он определяется как разница в напоре между входом и выходом насоса.

Вы можете измерить головку выпуска путем прикрепления трубки к нагнетательной стороне насоса и измерению высоты жидкости в трубке относительно всасывания насоса. Для обычного домашнего насоса трубка должна быть достаточно высокой. Если давление нагнетания составляет 40 фунтов на квадратный дюйм, трубка должна иметь высоту 92 фута. Это непрактичный метод, но он помогает объяснить, как напор соотносится с общим напором и как напор соотносится с давлением. Вы сделаете то же самое для измерения высоты всасывания.Разница между ними - общий напор насоса.

Рисунок 25

Жидкость в измерительной трубке со стороны нагнетания или всасывания насоса поднимается на одинаковую высоту для всех жидкостей независимо от плотности. Это довольно удивительное заявление, и вот почему. Насос ничего не знает о голове, голова - это понятие, которое мы используем, чтобы облегчить нашу жизнь. Насос создает давление, а разница в давлении на насосе представляет собой количество энергии давления, доступной для системы.Если жидкость плотная, такая как, например, солевой раствор, на выходе насоса будет создаваться большее давление, чем если бы жидкостью была чистая вода. Сравните два резервуара одинаковой цилиндрической формы, одинакового объема и уровня жидкости, резервуар с более плотной жидкостью будет иметь более высокое давление внизу. Но статический напор поверхности жидкости относительно дна такой же. Общий напор ведет себя так же, как статический напор, даже если жидкость более плотная, общий напор по сравнению с менее плотной жидкостью, такой как чистая вода, будет таким же.Это удивительный факт, посмотрите этот эксперимент на видео, где показана эта идея в действии.

По этим причинам производители насосов выбрали общий напор в качестве основного параметра, описывающего доступную энергию насоса.

Какая связь между напором и общим напором?

Общий напор - это высота, на которую жидкость поднимается на стороне нагнетания насоса, за вычетом высоты, на которую она поднимается на стороне всасывания (см. Рисунок 25).Почему меньше высота на стороне всасывания? Потому что нам нужна только энергия насоса, а не энергия, которая ему подводится.

Что такое единица измерения головы? Сначала разберемся с единицей энергии. Энергия может быть выражена в фут-фунтах, что представляет собой количество силы, необходимой для поднятия объекта, умноженное на вертикальное расстояние. Хороший пример - поднятие тяжестей. Если вы поднимете на 100 фунтов (445 Ньютонов) 6 футов (1,83 м), требуемая энергия составляет 6 x 100 = 600 фут-фунт-сила (814 Н-м).

Напор определяется как энергия, деленная на вес перемещаемого объекта. Для штангиста энергия делится на смещенный вес составляет 6 x 100/100 = 6 футов (1,83 м), поэтому количество энергии на фунт гантель, которую должен предоставить штангист, составляет 6 футов. Это не очень полезно знать для штангиста, но мы увидим, насколько он полезен для вытеснения жидкостей.

Рисунок 26

Возможно, вам будет интересно узнать, что 324 фут-фунта энергии эквивалентны 1 калории.Это означает, что наш тяжелоатлет тратит 600/324 = 1,8 калории каждый раз, когда он поднимает этот вес на 6 футов, не так много.


На следующем рисунке показано, сколько энергии требуется для вертикального вытеснения одного галлона воды.

Рисунок 27


На следующем рисунке показано, сколько напора требуется для выполнения той же работы.

Рисунок 28


Если мы используем энергию, чтобы описать, сколько работы нужно сделать насосу, чтобы вытеснить объем жидкости нам нужно знать вес.Если мы используем голову, нам нужно знать только вертикальное расстояние движения. Это очень полезно для жидкостей, потому что перекачка - это непрерывный процесс, обычно когда вы перекачиваете оставьте насос включенным, вы не запускаете и не останавливаете насос на каждый фунт вытесненной жидкости. Мы в основном заинтересованы в установлении непрерывного расхода.

Другой очень полезный аспект использования головы заключается в том, что перепад высот или статический напор может использоваться как одна часть значения общего напора, а другая часть - напор трения как показано на следующем рисунке.Один показывает фрикционную головку на стороне нагнетания, а другой - фрикционную головку на стороне всасывания.

Какой статический напор необходим для перекачки воды с первого этажа на второй или на 15 футов вверх? Помните, что вы также должны учитывать уровень воды во всасывающем баке. Если уровень воды на 10 футов ниже всасывающего патрубка насоса, то статический напор будет 10 + 15 = 25 футов. Следовательно, общий напор должен быть не менее 25 футов плюс потеря напора на трение жидкости, движущейся по трубам.

Рисунок 29


Как определить высоту трения

Напор трения - это величина потерь энергии из-за трения жидкости, движущейся по трубам и фитингам. Требуется сила, чтобы переместить жидкость против трения, точно так же, как сила требуется для подъема груза. Сила действует в том же направлении, что и движущаяся жидкость, и энергия расходуется. Точно так же, как напор рассчитывался для подъема определенного веса, напор трения рассчитывается как сила, необходимая для преодоления трения, умноженная на смещение (длина трубы), деленная на вес вытесненной жидкости.Эти расчеты были выполнены для нас, и вы можете найти значения потерь напора на трение в Таблице 1 для различных размеров труб и расходов.

Таблица 1

Загрузите версию для печати (британские или метрические единицы).

В таблице 1 приведены расход и потери напора на трение для воды, движущейся по трубе при типичная скорость 10 футов / с. В качестве целевой скорости я выбрал 10 футов / с, потому что она не слишком большая. который создаст большое количество трения и не будет слишком маленьким, что замедлит работу.Если скорость меньше, то потери на трение будут меньше, а если скорость выше, потери будут быть больше, чем указано в Таблице 1. Для всасывающей стороны насоса желательно быть более консервативными и иметь размер трубы для более низкая скорость, например от 4 до 7 футов в секунду. Вот почему вы обычно видите большую трубу размер на стороне всасывания насоса, чем на нагнетании. Практическое правило - сделать всасывающую трубу того же размера или на один размер больше всасывающего патрубка.

Зачем беспокоиться о скорости, недостаточно информации для описания движения жидкости через система. Это зависит от сложности вашей системы, если напорный патрубок имеет постоянный диаметр, то хотя скорость на выходе будет такой же. Затем, если вы знаете расход на основе таблиц потерь на трение, вы можете рассчитать потери на трение только по расходу. Если диаметр выпускного трубопровода изменяется, то скорость будет изменяться при той же скорости потока, и более высокая или более низкая скорость означает более высокую или меньшую потери на трение в этой части системы.Затем вам нужно будет использовать скорость для расчета потеря напора на трение в этой части трубы. Вы можете найти здесь калькулятор скорости веб-приложения https://www.pumpfundamentals.com/web-apps.htm

Если вы хотите увидеть диаграмму расхода для 5 футов / с (британских или метрических) и 15 футов / с (британских или метрических), загрузите их здесь.

Для тех из вас, кто хотел бы провести свои собственные вычисления скорости, вы можете скачать формулы и пример расчета здесь.

Те, кто хочет произвести расчет трения трубы, могут скачать пример здесь.

Веб-приложение для определения потерь на трение в трубе доступно здесь https://www.pumpfundamentals.com/web-apps.htm


Производительность или характеристика насоса

Характеристическая кривая насоса похожа на предыдущую кривую, которую я также назвал характеристической кривой, которая показывала взаимосвязь между давлением нагнетания ипоток (см. рисунок 21). Как я уже упоминал, это непрактичный способ описания производительности, потому что вам нужно знать давление всасывания, используемое для построения кривой. На рисунке 30 показана типичная кривая зависимости полного напора от расхода. Это тип кривой, которую все производители насосов публикуют для каждой модели насоса для данной рабочей скорости.

Не все производители предоставят вам кривую характеристик насоса. Однако кривая действительно существует, и если вы будете настаивать, вы, вероятно, сможете ее получить.Как правило, чем больше вы платите, тем больше технической информации вы получаете.

Рисунок 30


Как выбрать центробежный насос

Маловероятно, что центробежный насос, купленный в готовом виде, точно удовлетворит ваши требования к расходу. Полученная скорость потока зависит от физических характеристик вашей системы, таких как трение, которое зависит от длины и размера труб, а также от перепада высот, который зависит от здания и местоположения.Производитель насоса не может знать, какими будут эти ограничения. Вот почему купить центробежный насос сложнее, чем купить поршневой насос прямого вытеснения, который будет обеспечивать его номинальный расход независимо от того, в какой системе вы его устанавливаете.

Основными факторами, влияющими на производительность центробежного насоса, являются:

- трение, которое зависит от длины трубы и диаметра

- статический напор, зависящий от разницы высоты выхода конца трубы отвысота поверхности жидкости всасывающего бака

- вязкость жидкости, если жидкость отличается от воды.

Для выбора центробежного насоса необходимо выполнить следующие действия:

1. Определите расход

Чтобы определить размер и выбрать центробежный насос, сначала определите расход. Если вы владелец дома, выясните, кто из ваших потребителей воды является самым крупным потребителем. Во многих случаях это будет ванна, для которой требуется примерно 10 галлонов в минуту (0.6 л / с). В промышленных условиях расход часто зависит от уровня производства на предприятии. Выбор правильной скорости потока может быть таким же простым, как определение того, что требуется 100 галлонов в минуту (6,3 л / с) для заполнения резервуара за разумный промежуток времени, или скорость потока может зависеть от некоторого взаимодействия между процессами, которое необходимо тщательно проанализировать.

2. Определите статический напор

Это вопрос измерения высоты между поверхностью жидкости всасывающего резервуара и высотой конца выпускной трубы или отметкой поверхности жидкости нагнетательного резервуара.

3. Определить фрикционную головку

Высота трения зависит от расхода, размера и длины трубы. Это рассчитывается на основе значений в таблицах, представленных здесь (см. Таблицу 1). Для жидкостей, отличных от воды, вязкость будет важным фактором, и таблица 1 не применима.

4. Рассчитать общий напор

Полный напор - это сумма статического напора (помните, что статический напор может быть положительным или отрицательным) и напора трения.

5. Выбрать насос

Вы можете выбрать насос на основе информации каталога производителя насоса, используя требуемый общий напор и расход, а также пригодность для применения.

Пример расчета общего напора

Пример 1 - Подбор насоса для приложения владельца дома

Опыт подсказывает мне, что для наполнения ванны за разумное время требуется скорость потока 10 галлонов в минуту.Согласно Таблице 1, размер медных трубок должен быть где-то между 1/2 "и 3/4", я выберу 3/4 ". Я спроектирую свою систему так, чтобы от насоса была медная трубка 3/4". распределителя, будет отвод 3/4 дюйма от этого распределителя на первом этаже до уровня второго этажа, где находится ванна. На всасывании я буду использовать трубу диаметром 1 дюйм, всасывающую трубу 30 футов в длину (см. рисунок 30).

Рисунок 31

Потери на трение на стороне всасывания насоса

Согласно расчету или использованию таблиц, которые здесь не представлены, потери на трение для 1-дюймовой трубы имеют потери на трение, равные 0.068 футов на фут трубы. В данном случае расстояние составляет 30 футов. Потери на трение в футах тогда составляют 30 x 0,068 = 2,4 фута. В фитингах есть некоторые потери на трение, предположим, что консервативная оценка составляет 30% от потерь напора на трение трубы, потеря напора на трение фитингов составляет = 0,3 x 2,4 = 0,7 фута. Если на всасывающей линии установлен обратный клапан, потери на трение обратного клапана должны быть добавлены к потерям на трение в трубе. Типичное значение потерь на трение для обратного клапана составляет 5 футов.Для струйного насоса не требуется обратный клапан, поэтому я предполагаю, что на всасывании этой системы нет обратного клапана. Суммарные потери на трение на стороне всасывания тогда составляют 2,4 + 0,7 = 3,1 фута.

Потери на трение для 1-дюймовой трубы при 10 галлонах в минуту можно найти в справочнике Cameron Hydraulic, отрывком из которого является следующая цифра:

Потери на трение на нагнетательной стороне насоса

Согласно расчету или использованию таблиц, которые здесь не представлены, потери на трение для трубы 3/4 дюйма имеют потери на трение, равные 0.23 фута на фут трубы. В этом случае расстояние составляет 10 футов от основного распределителя и еще 20 футов от главного распределителя до ванны, общая длина составляет 30 футов. Потери на трение в футах тогда составляют 30 x 0,23 = 6,9 футов. В фитингах есть некоторые потери на трение, предположим, что консервативная оценка составляет 30% от потерь напора на трение трубы, потеря напора на трение фитингов составляет = 0,3 x 6,9 = 2,1 фута. Суммарные потери на трение на стороне нагнетания тогда составляют 6,9 + 2,1 = 9 футов.

Потери на трение для трубы 0,75 дюйма при 10 галлонах в минуту можно найти в справочнике Cameron Hydraulic, отрывком из которого является следующий рисунок:

Суммарные потери на трение для трубопровода в системе составляют 9 + 3,1 = 12,1 футов.

Статический напор согласно рисунку 41 составляет 35 футов. Следовательно, общий напор составляет 35 + 12,1 = 47 футов. Теперь мы можем пойти в магазин и купить насос с общим напором не менее 47 футов при 10 галлонах в минуту. Иногда общий напор называют общим динамическим напором (T.D.H.), имеет то же значение. Рейтинг помпы должен быть максимально приближен к этим двум цифрам, но при этом не надоедает. В качестве ориентира допускайте отклонение от общего напора на плюс или минус 15%. В потоке вы также можете разрешить изменение, но в итоге вы можете заплатить больше, чем вам нужно.

Для тех из вас, кто хотел бы произвести собственный расчет трения фитингов, загрузите пример расчета здесь.

Какая мощность насоса? Производитель оценивает насос по его оптимальному общему напору и расходу, эта точка также известна как точка наилучшего КПД или B.E.P .. При такой скорости потока насос работает максимально эффективно, а вибрация и шум минимальны. Конечно, насос может работать при других расходах, выше или ниже номинальных, но срок службы насоса пострадает, если вы будете работать слишком далеко от его нормального номинала. Поэтому в качестве ориентира стремитесь к максимальному отклонению плюс-минус 15% от общего напора.

См. Еще один пример конструкции и расчетов новой фонтанной насосной системы

Рисунок 32

Примеры обычных бытовых систем водоснабжения

На следующем рисунке показана типичная небольшая бытовая система водоснабжения.Желтый бак - это аккумулятор.

На следующих рисунках показаны различные распространенные водные системы и указаны статический напор, высота трения и общий напор насоса.

Вычислить давление нагнетания насоса по общему напору насоса

Чтобы вычислить давление на дне бассейна, вам необходимо знать высоту воды над вами.Неважно, бассейн это или озеро, высота - это то, что определяет, какой вес жидкости выше, и, следовательно, давление.

Давление равно силе, деленной на поверхность. Часто выражается в фунтах на квадратный дюйм или фунтах на квадратный дюйм. Сила - это вес воды. Плотность воды составляет 62,3 фунта на кубический фут.

Вес воды в резервуаре A равен плотности, умноженной на ее объем.

Объем резервуара равен площади поперечного сечения A, умноженной на высоту H.

Площадь поперечного сечения равна пи, умноженному на квадрат диаметра, разделенный на 4.

Площадь поперечного сечения резервуара А составляет:

Объем V равен A x H:

Вес воды W A составляет:

Следовательно, давление:

Это давление в фунтах на квадратный фут, требуется еще один шаг, чтобы получить давление в фунтах на квадратный дюйм или psi.12 дюймов в одном футе, следовательно, 12x12 = 144 дюйма в квадратном футе.

Давление p на дне резервуара A в фунтах на квадратный дюйм составляет:

Если вы выполните расчет для резервуаров B и C, вы получите точно такой же результат: давление на дне всех этих резервуаров составляет 4,3 фунта на квадратный дюйм.

Общая зависимость давления от высоты резервуара:

SG или удельный вес - это еще один способ выражения плотности, это отношение плотности жидкости к плотности воды, поэтому вода будет иметь SG = 1.Более плотные жидкости будут иметь значение больше 1, а более легкие жидкости будут иметь значение меньше 1. Полезность удельного веса заключается в том, что он не имеет единиц измерения, поскольку он является сравнительной мерой плотности или соотношением плотностей, поэтому удельный вес будет иметь такое же значение. независимо от того, какую систему единиц измерения мы используем, британскую или метрическую

Для тех из вас, кто хотел бы увидеть, как обнаруживается эта общая взаимосвязь, перейдите к Приложению E в версии этой статьи в формате pdf.

Мы можем измерить голова на нагнетательной стороне насоса, подключив трубку и измерение высоты жидкости в трубке.Поскольку на самом деле трубка представляет собой лишь узкий резервуар, мы можем использовать уравнение зависимости давления от высоты резервуара.

для определения давления нагнетания. В качестве альтернативы, если мы установим манометр на выходе насоса, мы сможем рассчитать напор на выходе.

Мы можем рассчитать давление нагнетания насоса на основе общего напора, который мы получаем из характеристической кривой насоса. Этот расчет полезен, если вы хотите устранить неполадки в насосе или проверить, производит ли он количество энергии давления, указанное производителем при вашей рабочей скорости потока.

Рисунок 37

Например, если характеристика насоса такая, как показано на рисунке 39, а расход в системе составляет 20 галлонов в минуту. Тогда общий напор составляет 100 футов.

Установка представляет собой систему бытового водоснабжения, показанную на рис. 37, которая забирает воду из неглубокого колодца на 15 футов ниже уровня всасывания насоса.

Насос должен будет создавать подъемную силу, чтобы подавать воду до всасывающего патрубка.Это означает, что давление на всасывании насоса будет отрицательным (относительно атмосферного).

Почему это давление меньше атмосферного или низкое? Если вы возьмете соломинку, наполните ее водой, накройте один конец кончиком пальца и переверните его вверх дном, вы заметите, что жидкость не выходит из соломинки, попробуйте! Жидкость тянется вниз под действием силы тяжести и создает низкое давление под вашим пальцем. Жидкость поддерживается в равновесии, потому что низкое давление и вес жидкости точно уравновешиваются силой атмосферного давления, направленной вверх.

То же явление происходит при всасывании насоса, который всасывает жидкость из нижнего источника. Как и в соломе, давление рядом с всасывающим патрубком насоса должно быть низким, чтобы жидкость поддерживалась.

Для расчета напора на нагнетании мы определяем общий напор по характеристической кривой и вычитаем это значение из напора на всасывании, это дает напор на выпуске, который затем преобразуется в давление.

Мы знаем, что насос должен создавать подъемную силу на 15 футов на всасывании насоса, подъем - отрицательный статический напор. Фактически он должен быть немного больше 15 футов, потому что из-за трения потребуется более высокая высота всасывания. Но давайте предположим, что труба большого размера и потери на трение невелики.

Рисунок 39

ОБЩАЯ НАПОР = 100 = H D - H S

или

H D = 100 + H S

Общий напор равен разнице между напором на нагнетании H D и напором на всасывании H S .H S равно –15 футов, потому что это лифт, следовательно:

H D = 100 + (-15) = 85 футов

Давление нагнетания будет:

Теперь вы можете проверить свой насос, чтобы убедиться, что измеренное давление нагнетания соответствует прогнозу. Если нет, возможно, с помпой что-то не так.

Примечание: вы должны быть осторожны при размещении манометра, если он намного выше, чем всасывание насоса, скажем, выше 2 футов, вы увидите меньшее давление, чем на самом деле в насосе.Также следует учитывать разницу в скорости нагнетания насоса и всасывания, но обычно она небольшая.

Компания по производству насосов Goulds имеет очень хорошее руководство по выбору насосов для бытовых систем водоснабжения. Попробуйте найти другой подход к этой теме.

назад в начало


Авторское право 2019, PumpFundamentals.com .

курсов PDH онлайн. PDH для профессиональных инженеров. PDH Engineering.

«Мне нравится широта ваших курсов по HVAC; не только экологичность или экономия энергии

курсов.

Russell Bailey, P.E.

Нью-Йорк

"Это укрепило мои текущие знания и научило меня еще нескольким новым вещам.

, чтобы познакомить меня с новыми источниками

информации."

Стивен Дедак, P.E.

Нью-Джерси

«Материал был очень информативным и организованным. Я многому научился, и они были

.

очень быстро отвечает на вопросы.

Это было на высшем уровне. Будет использовать

снова . Спасибо. "

Blair Hayward, P.E.

Альберта, Канада

"Простой в использовании сайт.Хорошо организовано. Я действительно буду снова пользоваться вашими услугами.

проеду по вашей роте

имя другим на работе "

Roy Pfleiderer, P.E.

Нью-Йорк

«Справочные материалы были превосходными, а курс был очень информативным, особенно потому, что я думал, что уже знаком с

с деталями Канзас

Городская авария Хаятт."

Майкл Морган, P.E.

Техас

«Мне очень нравится ваша бизнес-модель. Мне нравится просматривать текст перед покупкой. Я нашел класс

.

информативно и полезно

на моей работе »

Вильям Сенкевич, П.Е.

Флорида

«У вас большой выбор курсов, а статьи очень информативны.Вы

- лучшее, что я нашел ».

Russell Smith, P.E.

Пенсильвания

"Я считаю, что такой подход позволяет работающему инженеру легко зарабатывать PDH, давая время на просмотр

материал "

Jesus Sierra, P.E.

Калифорния

"Спасибо, что разрешили мне просмотреть неправильные ответы.На самом деле

человек узнает больше

от отказов »

John Scondras, P.E.

Пенсильвания

«Курс составлен хорошо, и использование тематических исследований является эффективным.

способ обучения »

Джек Лундберг, P.E.

Висконсин

«Я очень впечатлен тем, как вы представляете курсы; i.е., позволяя

студент, оставивший отзыв на курсе

материалов до оплаты и

получает викторину "

Арвин Свангер, П.Е.

Вирджиния

"Спасибо за то, что вы предложили все эти замечательные курсы. Я определенно выучил и

получил огромное удовольствие ».

Мехди Рахими, П.Е.

Нью-Йорк

«Я очень доволен предлагаемыми курсами, качеством материалов и простотой поиска.

в режиме онлайн

курса."

Уильям Валериоти, P.E.

Техас

"Этот материал в значительной степени оправдал мои ожидания. По курсу было легко следовать. Фотографии в основном обеспечивали хорошее визуальное представление

обсуждаемых тем ».

Майкл Райан, P.E.

Пенсильвания

«Именно то, что я искал. Потребовался 1 балл по этике, и я нашел его здесь."

Джеральд Нотт, П.Е.

Нью-Джерси

"Это был мой первый онлайн-опыт получения необходимых мне кредитов PDH. Это было

информативно, выгодно и экономично.

Я очень рекомендую

всем инженерам.

Джеймс Шурелл, П.Е.

Огайо

«Я понимаю, что вопросы относятся к« реальному миру »и имеют отношение к моей практике, и

не на основании каких-то неясных раздел

законов, которые не применяются

- «нормальная» практика."

Марк Каноник, П.Е.

Нью-Йорк

«Отличный опыт! Я многому научился, чтобы использовать свой медицинский прибор

.

организация.

Иван Харлан, П.Е.

Теннесси

«Материалы курса имели хорошее содержание, не слишком математическое, с хорошим акцентом на практическое применение технологий».

Юджин Бойл, П.E.

Калифорния

"Это был очень приятный опыт. Тема была интересной и хорошо изложенной,

и онлайн-формат был очень

доступный и простой

использовать. Большое спасибо ».

Патрисия Адамс, P.E.

Канзас

"Отличный способ добиться соответствия требованиям PE Continuing Education в рамках ограничений по времени лицензиата."

Joseph Frissora, P.E.

Нью-Джерси

«Должен признаться, я действительно многому научился. Помогает иметь печатный тест в течение

обзор текстового материала. Я

также оценил просмотр

фактических случаев предоставлено.

Жаклин Брукс, П.Е.

Флорида

"Очень полезен документ" Общие ошибки ADA при проектировании объектов ".

испытание потребовало исследований в

документ но ответы были

.

Накачать хранилище | Сделай математику

Если мы примем солнечную и ветровую энергию в качестве основных компонентов нашей энергетической инфраструктуры, поскольку мы откажемся от ископаемого топлива, мы должны решить проблему хранения энергии в широком масштабе. Более ранний пост продемонстрировал, что у нас, вероятно, недостаточно материалов в мире, чтобы просто построить гигантские свинцово-кислотные (или на никелевой, или на литиевой) основе для выполнения этой работы. В комментариях часто указывалось, что гидроаккумулятор является гораздо более разумным ответом. Действительно, гидроаккумулятор в настоящее время является доминирующим - и почти единственным - решением для хранения в масштабе сети.Здесь мы взглянем на гидроаккумулятор и оценим, что он может для нас сделать.

Основы гравитационного хранения

Когда вы поднимаете объект, вы должны приложить силу для противодействия гравитации (вес объекта) и приложить эту силу к высоте , на которую вы поднимаете объект. Вес объекта - и, следовательно, сила, приложенная для его подъема, - это его масса, умноженная на ускорение свободного падения (применение Ньютона F = мА ; в данном случае мг , где г - это ускорение свободного падения, или около 10 м / с²).Работа определяется как сила, умноженная на расстояние, поэтому подъем объекта массой м на высоту ч приводит к затратам энергии (работы) в размере мг / ч . Это называется гравитационной потенциальной энергией .

Это называется потенциальной энергией, потому что можно положить вложенную энергию на полку - буквально, фактически - чтобы к ней можно было получить доступ позже. Упавший кирпич, который ранее получил гравитационную потенциальную энергию, может выполнять полезную работу, например, забивать гвоздь в кусок дерева (огромная сила, умноженная на небольшое расстояние = та же работа).Накопленная энергия не ухудшается ни на йоту со временем: в этом смысле она представляет собой идеальное долгосрочное хранилище.

Идея гидроаккумулятора заключается в том, что мы можем закачивать массу воды в резервуар (шельф), а затем извлекать эту энергию по желанию, исключая потери на испарение. Насосы и турбины (на самом деле часто реализованные как один и тот же физический блок) могут иметь примерно 90% эффективности, поэтому хранение в оба конца обходится весьма скромно.

Концепция гидроаккумулирующего резервуара Raccoon Mountain.

Основная проблема с гравитационным накоплением заключается в том, что оно невероятно слабее по сравнению с химическими методами, сжатым воздухом или маховиком (см. Сообщение о вариантах домашнего накопления энергии). Например, чтобы получить количество энергии, хранящейся в одной батарее AA, нам нужно поднять 100 кг (220 фунтов) на 10 м (33 фута), чтобы соответствовать этому. Чтобы соответствовать энергии, содержащейся в галлоне бензина, нам нужно было бы поднять 13 тонн воды (3500 галлонов) на высоту одного километра (3280 футов). Понятно, что плотность энергии гравитационного накопителя сильно снижена.

То, что нам не хватает плотности энергии, мы восполняем в объеме. Например, озера за плотинами представляют собой значительные запасы воды.

Мощность потока

Когда вода выходит со дна плотины, она несет энергию, как если бы она была «поставлена» на поверхность озера за плотиной. Как вода на дне «знает», насколько высока поверхность озера? Давление, которое пропорционально весу воды наверху. Итак, возьмем кубический метр воды массой 1000 кг и пропустим его через турбину.Энергия мг / ч в кубе воды для плотины высотой 100 м составляет (1000 кг) (10 м / с²) (100 м) = 10 6 Дж, или один мегаджоуль.

Если через эту плотину высотой 100 м будет пропускать только один кубический метр в секунду, она будет производить 1 МДж / сек или 1 МВт. Я игнорирую примерно 90% -ный КПД гидроэлектрических турбин, чтобы цифры были аккуратными и приблизительными. Чаще расход измеряется в диапазоне 1000 м3 / с, так что наша 100-метровая плотина будет производить 1 ГВт в этом масштабе.

Итак, рецепт прост в понимании плотины гидроэлектростанции: умножьте высоту воды за плотиной (в метрах) на десятиитысячный расход в кубических метрах в секунду, чтобы получить мощность в ваттах.

Нам нужно Сколько места для хранения ?

В США энергетическая диета составляет около 3 × 10 12 Вт, или 3 ТВт. Две трети из них используются в тепловых двигателях (электростанциях, автомобилях и т. Д.) Со средней эффективностью 30%, обеспечивая при этом 0,6 ТВт полезной работы. Другой 1 ТВт - это прямое тепло (в основном это тепло промышленных процессов) и электроэнергия от ядерных и гидроэнергетических источников. Представив, что мы заменяем наши тепловые двигатели на электричество и электрифицированный транспорт, нам нужно что-то около 2 ТВт общей мощности, учитывая некоторую неэффективность.Если вас устраивает половина этого, хорошо - коэффициент в два качественно не изменит гигантский масштаб проблемы.

Следующий вопрос: на сколько нам нужно нашего хранилища? В статье Nation Sized Battery я утверждал, что нам нужно 7 дней хранения, чтобы он был невидим для конечного пользователя. То есть, если американцы настаивают на том, чтобы не менять ни одной из своих привычек и иметь ноль перебоев в работе хранилища в десятилетнем масштабе (читайте о полном отключении Сан-Диего из-за недавнего отключения электроэнергии в масштабах округа), то 7 дней - это наверное недалеко от цели.У меня есть зенитки за этот выбор, но я использую его здесь снова, потому что A) это не так уж и необоснованно, B) это позволяет проводить параллельное сравнение с национальным расчетом батареи и C) вы увидите, что это не делает или сломайте корпус: даже один день хранения - это очень сложно. Разделите все мои цифры на шкале на 7, например, если хотите, чтобы я использовал один день хранения.

Обратите внимание, что 7 дней хранения буквально не означают, что мы готовы испытать 7 дней с нулевым входом от возобновляемой инфраструктуры.Например, работа на 30% от величины безубыточности в течение 10 дней также оставляет систему с 7-дневным дефицитом энергии. Это обстоятельство нетрудно представить: на юго-западе пасмурная зимняя неделя, а скорость ветра над страной вдвое меньше среднего значения (то есть в восемь раз меньше мощности) за тот же период.

Таким образом, 2 ТВт за 7 дней означают 336 миллиардов кВтч емкости хранения.

Гидравлическая насосная установка First-Blush

В каком масштабе потребуется этот объем хранилища, если мы построим схему гидроаккумуляции? Немедленно отметим, что у нас есть 78 ГВт установленной гидроэлектроэнергии в США.С., Что составляет 4% от целевой потребности в 2 ТВт. Наши традиционные гидроэнергетические мощности не могли быть увеличены даже в два раза, поскольку основные речные участки уже были захвачены.

А как насчет потенциальных насосных гидроустановок: не на текущих реках, а в горах, где мы могли бы отгородить высокую долину и заполнить ее водой?

Я говорю «горы», потому что нам нужен значительный перепад высот для гидроаккумуляции, чтобы иметь смысл. Насосных хранилищ на равнинах не будет.Горизонтальное расстояние также должно быть минимизировано, поэтому нам нужен резкий рельеф, то есть горы.

В первом приближении мы можем представить горы в виде комков. У них есть заостренные вершины, которые указывают вверх. Они явно не очень чашеобразные. Возможно, перевернутые миски. Однако они действительно часто образуют впадины (в некоторых частях «крики»), окруженные рукавами / хребтами горы. Заграждение входа в полость позволяет нам заполнить эту бесполезную пустоту водой. Пикам и суркам можно научиться плавать! Нам также понадобится еще один равный по объему водоем внизу, чтобы уловить воду в цикле хранения.

Я не могу сказать, что изучал топографию наших земель, чтобы увидеть, сколько мест можно увидеть в этих грандиозных инженерных чудесах. Я могу не обращать внимания на широко распространенное существование естественных чаш на краях скал. Как бы то ни было, 22 ГВт гидроаккумулирующих мощностей, которые мы использовали в настоящее время от до , предположительно выбрали первичные точки. Вместо того, чтобы возиться с топографическими картами, я использую простую «полую» модель, основанную на моем пребывании в горах и изучении рельефных карт.

В любом случае, давайте не будем позволять этим деталям мешать нам заниматься математикой! Скажем, наша средняя кандидатная впадина допускает наличие стены высотой 500 м (1650 футов) с одного конца и другой стены на несколько сотен метров ниже для нижнего резервуара (впадина здесь шире - возможно, к настоящему времени даже долина - так что тот же объем занимает меньшую глубину и большую площадь).

Простая модель для заполнения котловины водой на высоту, h.

Моя модель для полости будет иметь V-образный профиль со сторонами с уклоном 20% и полом с уклоном 10%.Таким образом, стена плотины высотой 500 м имеет наверху 5 км в поперечнике, а озеро тянется треугольником на 5 км. При такой геометрии создается резервуар объемом 2 кубических километра. Учитывая сужающуюся форму, запасенная гравитационная потенциальная энергия составляет 2 миллиарда кВтч. Нам просто нужно построить 170 таких вещей. Не говоря уже о том, что мы никогда не строили стены таких размеров. Или тот факт, что крупнейшее гидроаккумулирующее предприятие на сегодняшний день хранит 0,034 миллиарда кВтч - в 60 раз меньше мощности.

Но давайте продолжим играть в эту игру: если мы действительно потребовали 2 ТВт энергии примерно от 170 гидроаккумулирующих станций, мы говорим о 12 ГВт производственной мощности каждой.Это значительно больше, чем самая большая гидроэлектростанция в США (Гранд-Кули, 6,8 ГВт). Раз 170.

Возможно, я был слишком амбициозен, начав с плотины высотой 500 м. Большее количество резервуаров меньшего размера позволит использовать более разумные электростанции и, возможно, позволит избежать превращения семи чудес света в 177 чудес света (с большим количеством резервов).

Энергия, запасенная в полых стенах, как высота резервуара до четвертой степени ! Так что если мы опустимся на высоту 250 м (все еще впечатляет, будучи выше плотины Гувера), нам потребуется в 16 раз больше установок (более 2500), каждая мощностью 600 МВт.Что касается масштаба, то в настоящее время у нас есть 24 гидроэлектростанции в США мощностью> 600 МВт.

Плотина Гувера: высота 221 м; Мощность 2,0 ГВт; 2,5 миллиона кубометров бетона.

Я думаю, что на этом этапе вы можете понять, почему споры о том, что нужно 1 ТВт вместо 2 ТВт или требовать 2 дня хранения против 7 дней, не помогут решить сложную проблему. Даже выполнение 1% требований, которые я изложил, было бы супер-впечатляющим.

Все это бетон!

Для этих стен плотины потребуется много бетона.Обследование строительства плотины показывает, что толщина основания составляет примерно 65–90% высоты плотины. Выбранная на 75% и сужающаяся к выступу, наша вышеупомянутая геометрия требует объема бетона на 25% больше, чем h ³, где h - высота плотины. Для нашей 250-метровой дамб нам нужно 19 миллионов кубометров бетона каждая. Тогда каждая плотина содержит столько же бетона, сколько существует в плотинах Трех ущелий и Гранд-Кули вместе взятых! А это версия наших плотин « small ».А нам их нужно более 2500. Я просто говорю.

При затратах на энергию 2,5 ГДж на тонну бетона и плотности 2,4 тонны на кубический метр в конечном итоге нам потребуется 32 миллиарда кВтч энергии на плотину, а всего 90 триллионов кВтч. Это более чем в 250 раз превышает количество энергии, удерживаемой плотинами, и представляет собой три года из общих энергетических аппетитов США сегодня.

Обратите внимание, что я полностью игнорирую требования к нижнему резервуару.

Просторная комната для катания на водных лыжах

Теперь я хочу понять, как это выглядит по сравнению с нашим ландшафтом.Какую площадь займут все эти озера?

В модели высотой плотины 500 м площадь верхнего водоема составляет 12,5 квадратных километров. Водохранилища Times 170 - это 2125 квадратных километров. В 250-метровой модели у нас есть 3 квадратных километра на резервуар, или 8500 км² для всего набора. Таким образом, общая необходимая площадь масштабируется как обратный квадрат характерной высоты плотины.

Нам также нужно добавить область для нижнего резервуара. Поскольку местность, вероятно, имеет меньший уклон ниже вниз, предположим, что площадь поверхности нижнего водохранилища вдвое больше, чем верхнего водохранилища, так что теперь у нас есть около 25000 км² в районе нового озера (оба водохранилища не заполнены сразу, но эта земля негде построить торговый центр).

Получаем площадь равную 160 км по стороне. Это та же территория, что и озеро Эри (и больше, чем его объем). Добавьте на карту место еще одного Великого озера. Нетривиальное дело. Я еще не спрашивал, где мы берем воду для этого предприятия. Хорошо, что нехватка воды на этой планете не вызывает беспокойства.

Стоит также сравнить с площадью фотоэлектрической системы, обеспечивающей 2 ТВт средней мощности. Для такой производительности потребуется 10 ТВт установленной мощности (с учетом дня / ночи, угла наклона солнца, погоды).При КПД 15% и пиковой солнечной энергии 1 кВт / м² нам потребуется около 65 000 квадратных километров панелей - примерно сопоставимые масштабы. Имейте в виду, что акватория основана на более чем 2500 гигантских плотинах высотой 250 м, каждая из которых выше плотины Гувера и содержит в 8 раз больше бетона. Для небольших, более реалистичных проектов площадь воды может легко превышать площадь солнечной панели. Преобразование земли в гидроаккумулятор оказывает на намного большее влияние на окружающую среду, чем преобразование в солнечную ферму, поэтому проблемы с хранением преобладают.Ветер занимает значительно больше земли (примерно в 50 раз), чем солнечный, поэтому водохранилища не смогут конкурировать с территорией, предназначенной для ветряных электростанций.

Варианты и масштабирование

Мы опирались на множество предположений в нашем исследовании потенциала для гидроаккумуляции. Легко потерять из виду выбор и влияние, которое он оказывает. Важен ли уклон в 20% по бокам? Как все зависит от высоты плотины?

В общем анализе получается, что количество необходимых плотин пропорционально общему запасу энергии, умноженному на боковой уклон впадины (в%, т.е.ж.) умноженный на уклон пустотелого пола, деленный на высоту плотины в четвертой степени. Но что интересно, общий объем (и, следовательно, энергия), необходимый для бетона, зависит только от уклона полого перекрытия, деленного на высоту плотины.

В результате одна 500-метровая плотина заменяет 16 250-метровых плотин, забирая только половину общего количества бетона. Таким образом, масштабирование отдает предпочтение крупным проектам изящным. Конечно, количество приемлемых сайтов для мегапроектов может быть слишком маленьким, в то время как необходимость найти в 16 раз больше площадок поменьше - это не прогулка по парку.

Общая площадь озера масштабируется как величина, обратная величине бокового откоса и квадрату высоты плотины. Так что, естественно, более широкие и мелководные озера будут более заметны из космоса. Общий необходимый объем воды просто равен обратной высоте плотин.

Конечно, любая реальная реализация будет иметь широкий диапазон значений высоты плотины в наборе. Я отношусь ко всем как к одному, чтобы установить исходные цифры. Строгие средние не работают из-за нелинейных масштабов, но это, по крайней мере, дает нам представление.Анализ, в котором я допустил распределение высот плотин, просто зря потратил бы мое и ваше время.

Распространенный трюк - построить большую подающую трубу от нижней части верхней дамбы к турбине / насосу, расположенной намного ниже. Это будет непросто сделать везде, но дополнительный перепад на 500 м улучшает 250-метровую плотину в 3,6 раза, а плотину 500 м - в 2,3 раза. Это сокращает количество таких проектов, необходимых во столько же раз (все еще большое количество). Но не слишком увлекайтесь этим вариантом: нам еще нужно место, чтобы поставить нижний резервуар.Если вы откажетесь от слишком большой высоты, у вас закончатся естественные стены и вертикальный рельеф, что потребует очень большой затопленной площади, чтобы поймать воду.

Сравнение с реальными примерами

ГАЗ Лудингтон: 110 метров; 1,87 ГВт; 15 часов; 27 миллионов кВтч.

Хватит дурачиться. Давайте сравним эту сказочную страну с чем-то реальным. У нас в США гидроаккумулирующих хранилищ на 22 ГВт, что составляет около 1% от моей цели в 2 ТВт. Но они, как правило, спринтеры, а не марафонцы (обычно около 12 часов работы при полной загрузке), поэтому фактический объем хранилища отстает от того, что нам нужно, примерно в 1500 раз.Думаете, нам нужен всего один день хранения? Тем не менее множитель 200 выкл.

Самая крупная гидроаккумулирующая установка в США (с точки зрения энергии, а не мощности) находится в Раккун-Маунтин, штат Теннесси. Этому учреждению я во многом обязан своим комфортом с кондиционированием воздуха в детстве. Расположенный на вершине горы, водохранилище разгружается в реку Теннесси на 300 м ниже (технически водохранилище Никаджек). Установленная мощность составляет 1,532 ГВт, что подразумевает расход 575 м³ / с. Верхний резервуар обеспечивает необычно долгие 22 часа работы, так что объем полезной воды составляет 45 × 10 6 м³, а объем накопленной энергии составляет 34 миллиона кВтч.Площадь озера составляет 2,16 квадратных километров, а средняя глубина - 21 метр. (Земляная) плотина имеет высоту 70 м и длину 1800 м, из которых я рассчитываю, что объем плотины составляет около 10 6 м³ - примерно половину от плотины Гувера.

Енот-гора: 302 м; 1,53 ГВт; 22 часа; 34 млн кВтч.

Что эти реальных чисел могут сказать мне о моей упрощенной геометрии и предположениях, которые были сделаны? Основное отличие состоит в том, что геометрия Raccoon Mountain имеет гораздо более пологие склоны: примерно 3-5% вверх по «лощине» и примерно 8% вверх по бокам.Нам потребуется 10 000 Раккунских гор, чтобы удовлетворить мою базовую энергетическую мощность, хотя мы могли бы уменьшить количество энергии на единицу. Это становится 50 000, если вы не можете использовать уловку сброса в резервуар, расположенный далеко внизу. Для 10 000 копий горы Енот общая площадь озера (включая площадь озера внизу) примерно в три раза больше озера Эри (размер озера Верхнее). Объем плотины составляет примерно одну пятую того, что было у нас раньше, и становится сопоставимым в той степени, в которой не используется трюк с глубоким падением.Общий объем секвестрированной воды сопоставим для двух случаев (потому что это всего мг / ч , и наша базовая линия была ч = 250 м, в то время как гора Раккун использует ч = 300 м).

Изменение назначения гидроэнергетической инфраструктуры

Если на каком-то этапе развития вы подумали: «Погодите-ка: зачем строить все эти гигантские плотины в горах, когда у нас уже есть большие озера и плотины, а вода уже доставляется к порогу ?!» значит, вы не одиноки: я тоже задавался вопросом.

Первое примечание: наша установленная мощность гидроэлектростанций в США составляет 78 ГВт; в 25 раз меньше необходимой полной мощности.

Следующее примечание: расход воды не всегда доступен для реализации установленной мощности. Например, гидроэлектростанции США производят около 270 миллиардов кВтч ежегодно, что составляет всего 40% от того, что было бы произведено, если бы все плотины работали на 100% круглый год. Например, на плотине Гувера ежегодно производится 4 единицы.2 миллиарда кВтч, что составляет 23% от установленной мощности 2,08 ГВт, которая может быть произведена за год. Даже могучая Колумбия колеблется настолько, что плотина Гранд-Кули реализует только 35% своей мощности.

Эти моменты важны, потому что для достижения необходимой выходной мощности в 2 ТВт нам необходимо умножить гидроэлектрическую мощность , расход на коэффициент 25 или в 60 раз больше, чем средний расход. Мы можем предсказать несколько проблем с эрозией здесь и там.

Все равно сделаем!

Давайте не будем слабаками.Давайте просто нарастим наши гидроэлектрические мощности на разрабатываемых объектах и ​​спросим, ​​достаточно ли у нас накопителей энергии за плотинами. Один из способов взглянуть на это - выяснить, сколько электроэнергии было бы произведено, если бы все озера, запруженные за гидроэлектростанциями, упали на один метр за 24 часа. Вычисление этого показателя для каждой плотины на основе площади поверхности каждого озера дает в общей сложности 170 ГВт мощности. Нам нужно больше, чем это. Только наша потребность в электроэнергии в этой стране составляет в среднем 450 ГВт, и, конечно же, мы стремимся к этому примерно в четыре раза, чтобы покрыть все наши потребности в энергии.

В результате для получения достаточного количества энергии из существующей инфраструктуры потребуется осушать каждый резервуар чуть более чем на 10 метров в день. Но по мере того, как озера стекают, площадь поверхности сокращается, так что моя десятиметровая оценка слишком занижена. Кроме того, многие дамбы выйдут из строя, как только мы выйдем за пределы 10-метрового диапазона, и тот факт, что подаваемая энергия падает с падением высоты воды, еще больше снижает пропускную способность. Используя объем, указанный за каждой плотиной, я обнаружил, что осушение всех водохранилищ за 7-дневный период дает мощность 500 ГВт.Конечно, плотины часто строятся последовательно вдоль реки, поэтому мы можем повторно использовать воду по пути. Это даст нам несколько множителей и приблизит нас к нашим потребностям.

Но давайте не будем забывать, что наша схема здесь предполагает опорожнение всех озер и рек от воды, причем со скоростью, намного превышающей то, что каналы привыкли нести. Это экстремальный маневр.

Осушите Великие озера

Пока мы «развлекаемся», давайте посмотрим, что мы можем извлечь из Великих озер. Все четыре верхних озера находятся практически на одной высоте (6-метровый перепад от Верхнего до Эри), а между Эри и Онтарио перепад составляет 99 метров.Мы называем этот водопад Ниагрским водопадом, хотя только половина водопада проходит через сам водопад.

Если бы мы осушили по одному метру из каждого верхнего озера, мы получили бы 54 миллиарда кВтч энергии: примерно шестую часть запланированной мощности. Если проводить в течение семи дней, поток составит 375 000 кубических метров в секунду, что в 125 раз превышает нормальный поток через водопад. Теперь я заплачу, чтобы увидеть это! Но сначала я хотел бы в последний раз посетить каждый город на берегу реки Святого Лаврентия.

Если мы попытаемся уловить воду в озере Онтарио, чтобы уберечь тех, кто ниже по течению от гнева, ее уровень поднялся бы на 12 метров (39 футов).Остерегайтесь Торонто и Рочестера!

Труба, по которой эта вода подается к турбинам, должна быть более 125 метров в диаметре (или 160 трубок диаметром 10 метров каждая), чтобы ограничить скорость воды по трубам / турбинам ниже скоростей автострады! Как весело.

Я сошел с ума?

Почему я всегда так делаю: выбираю задачу и показываю, как нелепо решать проблему монолитно? Может быть Я тот, кто смешон!

Эта тенденция является отражением моего стремления понять, как мы можем столкнуться с огромными энергетическими проблемами впереди.Первым шагом всегда является оценка потенциальных решения относительно полномасштабного спроса. Если он протирает пол с избыточной емкостью, тогда отлично: это, несомненно, простое решение. Если это не так, то это тоже очень информативно.

Да, разнообразный портфель из полдюжины неадекватных решений может добавить к адекватному решению. Но полдюжины ужасно неадекватных решений не могут выполнить тот же трюк. Пока что мои поиски продолжают выявлять ужасно неадекватный тип.Масштабы замены ископаемого топлива настолько устрашающи, что у нас очень быстро возникают проблемы при сопоставлении цифр предлагаемых решений.

Распространенной реакцией на сообщение Nation Sized Battery, особенно на форуме Oil Drum Forum, было то, что я был глуп, рассматривая полномасштабную свинцово-кислотную батарею, и что перекачиваемое накопление было более очевидным решением проблемы. Для меня это было неочевидно, но я еще не сделал математических расчетов. Тот факт, что только одна из рассматриваемых здесь «малых» плотин имеет столько же бетона, сколько плотины Три ущелья и Гранд-Кули вместе взятые, унизительно.Я был бы впечатлен, если бы мы его сделали. Я был бы изумлен, если бы мы заработали 25. И это просто дает нам 1% от нашей потребности (или 7%, если вы все еще ощетиниваетесь за 7-дневную батарею).

Достаточно ясно, что гидроаккумулятор существует и достаточно хорошо работает в определенных местах. Но демонстрация не подразумевает масштабируемости, и масштабирование существующих установок не дало принципиально другого ответа (фактически, требовалось еще установок на ). Огромная шкала, которую я рассчитываю, означает, что простые множители два или даже десять здесь и там не меняют общей окраски вывода.

Давайте проясним, что я не утверждаю, что крупномасштабное хранилище на нужном нам уровне невозможно . Но это намного сложнее, чем кто-либо думает. Когда придет время, дело не в том, чтобы просто «наращивать». Мы легко можем оказаться плохо подготовленными и страдать от недостаточного энергоснабжения, перебоев и длительного, медленного экономического спада, потому что мы коллективно не предвидели масштаб предстоящих проблем.

Благодарность: Томас Ту внес вклад в исследование гидроэлектростанций, консолидации мощности, высоты и факторов пропускной способности для плотин, а также площадей и объемов запруженных озер.

.

Смотрите также