Примерный расчет времени работы газового котла от аккумулятора

Содержание

Расчёт времени резерва питания нагрузки от ИБП

При выборе оптимальной конфигурации ИБП для котла отопления необходимо правильно рассчитать необходимое время автономной работы системы отопления при отключении внешнего электропитания

Определение необходимого времени автономной работы ИБП

Учитывая возможность отключения внешнего электропитания дома, необходимо знать (определить) расчётное время автономной работы источника бесперебойного питания котла отопления. Причин, по которым может пропасть напряжение в сети, достаточно много. Это может быть авария на линиях электропередач, авария на трансформаторной подстанции, обрыв подводящих линий электросети, замыкание проводки внутри дома, существенные искажения параметров поставляемого тока, переход поставщика энергии на графики временных отключений потребителей.

Однако, какой бы ни была причина отключения электроэнергии, необходимо обеспечить эффективное и надёжное электропитание отопительного оборудования. Остановка системы отопления в зимнее время может привести к размораживанию системы и большим расходам по её ремонту и ремонту помещений.

Длительность отключений электроэнергии существенно различается в разных районах города или в разных поселениях. Для примерной оценки времени возможных отключений нужно провести длительные наблюдения или опрос соседей.

Если длительность отключений не превосходит одних суток, то задачу обеспечения бесперебойным электропитанием системы отопления можно решить с помощью установки нужного ИБП. Если длительность отключений превосходит сутки, то для решения задачи бесперебойного питания лучше использовать комбинацию двух приборов: ИБП и электрогенератор.

Расчёт времени автономной работы ИБП системы отопления дома

После того, как мы определились с желаемой длительной автономной работы системы отопления, можно переходить к проектированию системы бесперебойного питания отопительного оборудования.

На этом этапе нужно определить общую электрическую мощность всех приборов системы отопления, для которых необходимо обеспечивать автономное электропитание.

Точное значение электрической мощности отопительного оборудования можно найти в технических паспортах данных приборов. Для расчёта конфигурации источника бесперебойного питания и времени его автономной работы можно использовать приблизительные значения мощности приборов.

Электрическая мощность настенных газовых котлов отопления обычно находится в диапазоне от 100 до 200 Вт.

Электрическая мощность напольных газовых котлов отопления обычно находится в диапазоне от 50 до 150 Вт.

Электрическая мощность внешних циркуляционных насосов обычно находится в диапазоне от 50 до 200 Вт.

Значения некоторых популярных котлов отопления вы найдёте в статье Электрическая мощность настенных и напольных газовых котлов.

Аналитический метод расчета времени автономной работы бесперебойника для котла

Длительность автономной работы ИБП с внешними аккумуляторными батареями зависит в первую очередь от общей ёмкости всех АКБ. Фактически, при работе ИБП происходит перевод энергии заряда аккумуляторных батарей в электрическую энергию с напряжением 220 Вольт. Так как инвертор бесперебойника не является абсолютно идеальным прибором и имеет потери, то необходимо учитывать коэффициент его полезного действия. Кроме того, аккумуляторные батареи не могут высвободить все 100 % энергии, нужно учитывать коэффициент доступной ёмкости АКБ.

С учетом этих коэффициентов формула расчёта принимает следующий вид:

T = E * U / P * KPD * KDE (часов),

где E — ёмкость всех подключенных АКБ, U — напряжение АКБ, P — мощность нагрузки, KPD примерно равен 0,8, KDE равен примерно 0,9.

Коэффициенты доступной ёмкости и полезного действия не являются фиксированными величинами. Эти коэффициенты зависят от скорости расхода энергии, от температуры и влажности воздуха.

Приведём несколько примеров расчётов времени автономной работы ИБП:

  1. Используются АКБ напряжением 12 Вольт и ёмкостью 60 Ач. ИБП осуществляет питание настенного котла отопления электрической мощностью 150 Вт.
    В этом случае получаем время автономной работы ИБП:
    T = 60 х 12 / 150 х 0,8 х 0,9 = 3,5 ч
  2. Используются АКБ напряжением 12 Вольт и ёмкостью 150 Ач. ИБП осуществляет питание настенного котла отопления электрической мощностью 150 Вт.
    В этом случае получаем время автономной работы ИБП:
    T = 150 х 12 / 150 х 0,8 х 0,9 = 8,6 ч
  3. Используются два АКБ напряжением 12 Вольт и ёмкостью 150 Ач. ИБП осуществляет питание настенного котла отопления электрической мощностью 150 Вт.
    В этом случае получаем время автономной работы ИБП:
    T = 2 х 150 х 12 / 150 х 0,8 х 0,9 = 17,2 ч
  4. Используются два АКБ напряжением 12 Вольт и ёмкостью 120 Ач. ИБП осуществляет питание напольного котла отопления электрической мощностью 50 Вт и двух циркуляционных насосов мощностью 100 Вт каждый.
    В этом случае получаем время автономной работы ИБП:
    T = 2 х 120 х 12 / (50 + 2 х 100) х 0,8 х 0,9 = 8,3 ч
  5. Используются три АКБ напряжением 12 Вольт и ёмкостью 200 Ач. ИБП осуществляет питание напольного котла отопления электрической мощностью 50 Вт и трех циркуляционных насосов мощностью 100 Вт каждый
    В этом случае получаем время автономной работы ИБП:
    T = 3 х 200 х 12 / (50 + 3 х 100) х 0,8 х 0,9 = 14,8 ч
  6. Используются три АКБ напряжением 12 Вольт и ёмкостью 200 Ач. ИБП осуществляет питание настенного котла отопления электрической мощностью 130 Вт
    В этом случае получаем время автономной работы ИБП:
    T = 3 х 200 х 12 / 130 х 0,8 х 0,9 = 40 ч

Использование таблиц для расчёта времени автономного бесперебойного питания

Для расчёта времени резерва источников бесперебойного питания для систем отопления можно использовать специальную таблицу. Таблица составлена на основе использования формулы расчёта времени автономной работы ИБП. При расчёте данных использовались следующие значения вспомогательных коэффициентов: КПД источника бесперебойного питания 80%, коэффициент доступной ёмкости аккумуляторной батареи 90%.

Таблица расчёта времени автономной работы ИБП для котлов отопления по общей ёмкости подключенных АКБ в зависимости от величины полезной нагрузки.

Общая ёмкость и напряжение АКБНагрузка
100 Вт
Нагрузка
150 Вт
Нагрузка
200 Вт
Нагрузка
300 Вт
Нагрузка
400 Вт
Нагрузка
500 Вт
40 Ач, 12 В3,5 ч2,3 ч1,7 ч
60 Ач, 12 В5,2 ч3,5 ч2,6 ч
100 Ач, 12 В8,6 ч5,8 ч4,3 ч2,9 ч2,2 ч1,7 ч
150 Ач, 12 В13 ч8,6 ч6,5 ч4,3 ч3,2 ч2,6 ч
200 Ач, 12 В17,3 ч11,5 ч8,6 ч5,8 ч4,3 ч3,5 ч
300 Ач, 12 В25,9 ч17,3 ч13 ч8,6 ч6,5 ч5,2 ч
400 Ач, 12 В34,6 ч23 ч17,3 ч11,5 ч8,6 ч6,9 ч
500 Ач, 12 В43,2 ч28,8 ч21,6 ч14,4 ч10,8 ч8,6 ч
600 Ач, 12 В51,8 ч34,6 ч25,9 ч17,3 ч13 ч10,4 ч

Примечание: ориентировочное время резерва указано при следующих условиях:

  • АКБ полностью заряжена;
  • температура АКБ +25 °С;
  • фактическая ёмкость АКБ соответствует номиналу, указанному на АКБ.

Указано время для НЕПРЕРЫВНОГО режима работы. В циклическом режиме работы время увеличится пропорционально.

Время работы в значительной степени может отличаться от полученных значений в зависимости от типа производителя АКБ, а также от остаточной ёмкости АКБ.

При выборе ИБП для котла отопления следует учитывать следующие параметры:

  • максимальную полную мощность подключаемой полезной нагрузки с учётом реактивной нагрузки;
  • максимальную разрешенную ёмкость подключаемых АКБ;
  • время заряда батарей указанной ёмкости.

Более точные таблицы расчёта длительности резерва источника бесперебойного питания для систем отопления вы найдёте в технических спецификациях специализированных ИБП в разделе Источники бесперебойного питания.

Расчёт ИБП по мощности и времени работы. Расчёт аккумуляторных батарей для ИБП

ИБП считается неотъемлемым элементом системы электропитания особо ответственных потребителей, например, отопительного оборудования, охранных и противопожарных систем, электронных компонентов «умного дома». Именно это устройство надежно и комплексно защищает нагрузку от перебоев в электроснабжении и некачественного сетевого напряжения.

Каждый владелец частного дома, офиса, предприятия или торгового комплекса, где используется оборудование со строгими требованиями к электроснабжению, рано или поздно осознает, что без ИБП ему просто не обойтись.

Читайте также:  Автоматы электрические номиналы таблица

Подбор ИБП всегда индивидуальный процесс, так как у каждого пользователя будут свои конкретные требования. В нашей статье мы постарались сделать простое и понятное руководство для всех, кто самостоятельно подбирает ИБП для решения своих задач – расчет ИБП по мощности и времени.

Отметим, что если вы не имеете специального технического образования, то по некоторым вопросам все же лучше дополнительно проконсультироваться со специалистами.

По сравнению со стабилизаторами напряжения, источники питания являются более сложными устройствами в техническом плане, из-за этого расчет ИБП, то есть подбор необходимой модели, будет включать несколько больше параметров, в частности, помимо мощности устройства, потребуется определить емкость аккумуляторных батарей (АБ), зависящую от требований ко времени автономии. При неверном подборе данных технических характеристик ИБП, общая эффективность его работы, а также обеспечиваемый уровень бесперебойности вряд ли будут приемлемыми. Ниже приведены методики расчета этих параметров.

Подбор ИБП по мощности и времени автономной работы

Алгоритм подбора подходящей модели ИБП состоит из описанных ниже этапов.

Алгоритм подбора ИБП

1. Определение суммарной мощности потребителей

Для начала необходимо определить, какие электроприборы вы будете напитывать от ИБП и какая у них потребляемая мощность. При этом важно не забыть о величине пусковых токов нагрузки. Их значение может в несколько раз отличаться от номинального.

Например, у компрессора холодильника мощностью 180-200 Вт пусковые токи доходят до 1 кВт. Циркуляционные насосы для подачи воды при своем запуске кратковременно потребляют в 3-8 раз больше номинальной мощности.

Информацию о величине потребляемой мощности и пусковых токах можно узнать в техпаспорте изделия или у производителя электроприбора. От суммарной мощности потребителей будет зависеть расчет мощности ИБП.

2. Выбор типа конструктива ИБП

Как правило, модели ИБП могут иметь следующие исполнения:

  • для настенного размещения;
  • для напольной установки;
  • для размещения в 19-дюймовые стойки (рэковые);
  • для универсального применения (могут устанавливаться напольно или в стойку).

Выбор типа конструктива зависит от того, где вам необходимо разместить устройство, чтобы обеспечить надежное подключение ИБП к сети и нагрузке.

Способы размещения ИБП

3. Определение требуемого времени автономной работы ИБП

Чтобы определить необходимое время автономного питания нагрузки от ИБП, необходимо учесть длительность и периодичность отключений электроэнергии в сети и наличие устройств резервного питания. Существует два варианта ситуаций:

в вашей электросети случаются незначительные по времени отключения электроэнергии или для питания нагрузки в период отсутствия электричества вы используете генератор. В этом случае вам стоит искать решение с небольшим временем автотомии – не более 5-10 минут.

в вашей электросети случаются отключения электричества на более длительное время и при этом в качестве источника резервного питания вы не используете генератор. В этом случае вам потребуется решение с большим временем автотомии (точное значение зависит от максимального периода пропадания электричества). При этом важно учитывать, что из-за достаточно высокой цены и сложных электрохимических процессов, происходящих в процессе разряда и заряда АБ, длительное время автономии (более 12 часов) не всегда обосновано как с экономической точки зрения, так и в плане ресурса АБ.

4. Выбор конкретной модели ИБП

Зная мощность нагрузки в Вт, необходимо подобрать ИБП по активной выходной мощности, которая должна быть больше примерно на 20%, чем сумма максимальной потребляемой мощности подключаемых электроприборов.

После определения мощности ИБП, необходимо выбрать один их двух вариантов устройств: со встроенными батареями или без встроенных батарей, но с возможностью подключения внешних аккумуляторов. Выбор будет зависеть от определенного ранее значения времени автономной работы:

если время автономной работы ИБП не более 5-10 минут, то вам подойдут модели ИБП со встроенными АБ, которые обеспечат бесперебойный переход на работу от генератора или будут надежно защищать от коротких пропаданий сетевого напряжения. Такие устройства в желаемом типе конструктива легко самостоятельно подобрать на сайте продавца или производителя, зная максимальную потребляемую мощность нагрузки.

если требуемое время автономной работы более 10 минут, то стоит рассмотреть модели ИБП без встроенных АБ, но с возможностью подключения внешних батарей. Такие устройства более сложны в подборе, поэтому для решения этой задачи вы можете обратиться к консультантам производителя или продавца. Если же вы хотите самостоятельно подобрать внешние батареи, то ниже мы приводим простой алгоритм подбора.

Расчёт аккумуляторных батарей для ИБП

Речь пойдет об алгоритме подбора стандартных 12-вольтовых батарей типа AGM (Absorbent Glass Mat).

1. Посчитайте количество АБ

Для начала нужно посчитать количество батарей, которое потребуется для работы выбранной модели ИБП. В этом поможет следующая формула:

N батарей = Номинальное напряжение АБ / 12 Вольт

· 12 Вольт – это номинальное напряжение одной батареи.

· Номинальное напряжение АБ указывается в Вольтах, это значение можно найти в технических характеристиках модели ИБП.

Номинальное напряжение внешних батарей

2. Выясните отдаваемую мощность каждой ячейки батареи

Далее необходимо выяснить мощность, которую должна отдать батарея при пропадании сетевого напряжения. Как правило, большинство производителей аккумуляторных батарей в разрядных таблицах указывают мощность, которую способна отдать батарея при пересчете на 2-вольтовую ячейку батареи.

Стандартная 12-вольтовая батарея типа AGM

Поясним, что стандартная 12-вольтовая свинцово-кислотная аккумуляторная батарея ИБП представляет собой корпус, в котором находится 6 соединенных последовательно ячеек, каждая из которых имеет номинальное напряжение 2 В.

Чтобы правильно рассчитать это значение, нам поможет следующая формула:

P ячейки = P нагрузки / N ячеек * КПД инвертора

· P ячейки – мощность, которую должна отдать одна 2-вольтовая ячейка батареи.

· P нагрузки – потребляемая мощность нагрузки в Вт.

· N ячеек – общее количество ячеек в батареях выбранной модели ИБП. Чтобы получить это значение, необходимо Номинальное напряжение АБ разделить на 2 В или количество АБ умножить на 6 ячеек.

· КПД инвертора при работе от батарей необходимо узнать у производителя ИБП. Например, в моделях однофазных источников питания ГК «Штиль» это значение имеет 0,86.

3. Подберите подходящую модель аккумуляторной батареи

Когда необходимая мощность ячейки батареи выяснена, можно переходить на сайт производителя АБ и подбирать подходящую модель внешней батареи.

Правда, для этого нам понадобиться еще одно значение – конечная точка разряда ячейки батареи (В/эл-т), то есть значение напряжения, ниже которого нельзя разряжать батарею. Это устанавливаемая величина, которая не может быть ниже 1,6 Вольт на каждую 2-вольтовую ячейку батареи, и зависит от длительности разряда.

Например, на ИБП от ГК «Штиль» данное значение по умолчанию предустанавливается на заводе и равно 1,75 В/эл-т.

Теперь, зная три основных параметра (время автономной работы, значение отдаваемой мощности ячейки батареи и конечную точку ее разряда) определяется подходящая модель аккумуляторной батареи.

Для этого необходимо использовать таблицы разряда постоянной мощностью батареи при 25 градусах Цельсия (это предельно допустимая температура для ее эффективной эксплуатации). Такие таблицы, как правило, указаны на странице модели самой батареи на сайте производителя.

Важно отметить, что подбирать батареи всегда необходимо с большей мощностью, чем это требуется.

4. Подберите вариант установки АБ

После подбора подходящих внешних батарей необходимо определить способ их установки. У каждого производителя существует множество вариантов установки АБ в зависимости от конструктивного исполнения самого источника питания (напольное, настенное или стоечное).

Как правило, батареи размещаются в специальных устройствах, которые обладают необходимой системой защиты. Например, бывают:

  • батарейные модули настенного, напольного или стоечного исполнения (размещенные в таких модулях батареи, как правило, обеспечивают от 10 мин до 3 ч автономной работы ИБП);
  • сборно-разборные батарейные стеллажи (предназначены для размещения батарей, обеспечивающих длительное время автономии – до 20 ч и более);
  • телекоммуникационные шкафы, куда обычно устанавливают фронт-терминальные батареи.

Пользователь может обойтись и без специального устройства для установки батарей, но в этом случае ему все равно нужно будет самостоятельно организовать их защиту.

Пример подбора ИБП и аккумуляторных батарей для питания газового котла

Необходимо обеспечить бесперебойное питание газового котла и циркуляционного насоса, установленных в частном доме.

У нас имеются следующие исходные данные:

  • максимальная потребляемая мощность нагрузки составляет 600 Вт (P нагрузки = 600 Вт).
  • требуется 3 часа для автономной работы электроприборов (Т автономии = 3 часа).
  • предполагается разместить ИБП на стене рядом с газовым котлом.

Для решения нашей задачи рассмотрим, к примеру, настенную модель ИБП SW1000L с выходной мощностью 900 Вт.

Выбор ИБП по мощности

Расчет аккумуляторных батарей для ИБП будет происходить в описанной ниже последовательности.

Рассчитаем необходимое количество внешних АБ (у данной модели номинальное напряжение внешних АБ составляет 36 В):

Номинальное напряжение внешних батарей выбранного ИБП

N батарей = 36 В / 12 В.

Таким образом, расчет АКБ для ИБП модели SW1000L показал, что потребуется 3 аккумуляторные батареи.

Выясним отдаваемую мощность каждой ячейки батареи (у данной модели КПД инвертора при работе от батарей составляет 86%):

P ячейки = 600 / 18 * 0,86. Необходимая мощность ячейки аккумуляторной батареи составляет 38,7 Вт.

Подбирем необходимую модель АБ, зная необходимые параметры:

  • время автономной работы — 3 часа;
  • конечную точку разряда ячейки батареи — 1,75 В/эл-т;
  • необходимую мощность каждой ячейки батареи — 38,7 Вт.

В качестве примера воспользуемся моделями аккумуляторных батарей компании Энергон. Зайдем на сайт производителя и выберем необходимую батарею. Из всего ассортимента изделий нам подойдет серия Delta DTM L, которая используется для питания требовательных электрических приборов – насосов и котлов систем отопления.

Для нашего случая батарея Delta DTM 1290 L с отдаваемой мощностью ячейки 44.2 Вт являются оптимальным вариантом.

Читайте также:  Описание характеристик кабеля ввг

Таблица разряда выбранной батареи

Для размещения выбранных батарей потребуется напольный батарейный стеллаж, например, стеллаж BS-01 от производителя «Штиль», который позволяет установить как раз до трех батарей емкостью 90 Ач.

В итоге для обеспечения бесперебойного питания газового котла и циркуляционного насоса с суммарной потребляемой мощностью 600 Вт нам потребуется:

  • ИБП SW1000L с выходной мощностью 900 Вт;
  • три аккумуляторных батареи Delta DTM 1290 L 90 Ач;
  • батарейный стеллаж BS-01.

Расчет времени автономной работы ИБП от аккумуляторов

Как профессионально и точно рассчитать время автономной работы бесперебойника или других потребителей от аккумуляторных батарей?

Точный расчет времени автономной работы от аккумулятора при помощи математических выкладок занятие нетривиальное. В связи с этим, мы упростили задачу, реализовав алгоритм расчета в калькуляторах:

Однако давайте рассмотрим подходы к определению времени автономной работы.

1) Простая формула

Т = E • U / P

  • Е — емкость аккумулятора в Ач
  • U — напряжение
  • P — мощность нагрузки в Вт.

Это сильно упрощенная формула, которая дает очень приблизительный результат при разрядах в диапазоне 5-15 часов. Подходит для того, чтобы быстро в уме прикинуть время автономии. Алгоритм не учитывает снижение энергоотдачи АКБ на коротких разрядах и увеличение на длинных, а также различные коэффициенты.

Существует усовершенствованная формула с коэффициентами:

Т = Uаб * Сак * К * h * Кр * Кg / Рнагр

  • Т – время автономной работы источника бесперебойного питания, ч;
  • Uаб – напряжение аккумуляторной батареи, В;
  • Сак емкость аккумуляторной батареи, Ач;
  • К – количество аккумуляторов в цепи;
  • h – КПД преобразователя (h=0,75-0,9), часто меняется от величины нагрузки;
  • Кр – коэффициент глубины разряда 0,8 –0,9 (80%-90%), следует считать 80%;
  • Кg – коэффициент доступной емкости (зависит от режима разряда и температуры, см. характеристики АКБ )
  • Рнагр – мощность нагрузки.

Этот алгоритм даёт относительно точные результаты, но для длительных разрядов от 1 часа и выше. На коротких разрядах результаты могут быть сильно искаженными из-за нелинейной функции разряда свинцово-кислотных АКБ. Похожий метод мы использовали в статье Расчет автономной работы потребителя от аккумуляторов.

2) Формула Пекерта

T=Cp/I^ n

  • T – время в часах
  • Cp – емкость Пекерта (ёмкость АКБ при разряде током 1А)
  • I – ток разряда
  • n – экспонента Пекерта

Экспонента Пекерта иногда указывается в характеристиках АКБ, и рассчитывается она на основании данных C-рейтинга аккумулятора (емкость на разном времени разряда). Емкость Пекерта рассчитывается по формуле – Ср=R(C/R)^n (R – рейтинг в часах, соответствующий данной емкости, например, 10).

На базе этой формулы с учетом КПД инверторов и глубины разряда основаны наши калькуляторы. Они с высокой точностью рассчитывают время автономии как на коротких, так и на длинных разрядах.

3) Расчет по таблицам из спецификаций АКБ

Профессионально и точно можно рассчитать время автономии используя разрядные таблицы аккумуляторов. Опишем алгоритм по шагам:

Шаг 1. Расчет полной мощности в мощность нагрузки на аккумуляторы

Ракб= (Pнагр*cos(φ)*Кнагр)/КПДинв

  • Pнагр – мощность в кВа
  • cos(φ) – характеристика коэффициент мощности (характеристика нагрузки)
  • Кнагр – степень загрузки ИБП
  • КПДинв – коэффициент полезного действия инвертора

Для примера возьмем ИБП мощностью 120кВа работающий на нагрузке 70% с коэффициентом мощности 0.8:

Ракб= (120000*0,8*0,7)/0,94=71 489Вт — именно эта нагрузка ляжет на весь аккумуляторный банк при питании ИБП от АКБ.

Шаг 2. Расчет нагрузки на один аккумулятор

Пересчитаем нагрузку на один АКБ. Как правило, в крупных ИБП аккумуляторы соединяются последовательно кол-вом 32-40шт. Для расчета нагрузки на на одну батарею при 40АКБ:

71 489Вт/40=1 788Вт.

В дата-листе аккумуляторов как правило указывается мощность на элемент (Pэл), которых 6шт. в 12В АКБ. Следовательно:

Pэл = 1788/6 = 298Вт.

Шаг 3. Изучение разрядных таблиц батарей и подбор.

В статье Как правильно выбрать аккумулятор для ИБП мы рассматривали подвиды аккумуляторов в разрезе различного целевого использования. Одна из базовых характеристик – это энергоотдача, т.е. сколько способен отдать мощности АКБ за определенное время.

Давайте посмотрим разрядные таблицы 100Ач аккумуляторов Delta двух различных серий.

Delta DTM 12100 l:

Delta HRL 12100:

Напомним, что наша нагрузка на элемент 298Вт. Глубина разряда – 10,8В или 1,80В на элемент. Таким образом, из данных таблиц, можно сделать вывод, что DTM 12100 l продержит нагрузку около 13,8 минут (можно считать пропорционально, искажения минимальны), Delta HRL 12100 – 16,3 мин. разница порядка 15%. Кстати, разница в цене приблизительно аналогична.

4) Проведение реальных разрядов

Конечно, идеальным является проведение реальных разрядных тестов. Необходимо учитывать, что аккумуляторы набирают максимальную емкость к 10-му циклу заряда-разряда.

Теплофффф

Что прежде всего нужно знать для правильного выбора источника бесперебойного питания (ИБП) для энергозависимых котлов отопления?

Сразу необходимо отметить, что подключить стандартный автомобильный аккумулятор напрямую к газовому котлу не получится, т.к аккумулятор выдает только постоянный ток напряжением в 12 В или 24 В. Поэтому для подключения автономного электропитания к котлу необходимо устройство, которое преобразует постоянное напряжение аккумулятора на переменное сетевое 220В. К тому же преобразование должно быть достаточно качественным (форма синусоиды), для питания электронных компонентов системы. Вот такие устройства и называются источником бесперебойного питания, сокращенно ИБП или UPS.

Функции таких устройств — инвертировать постоянное напряжение от аккумулятора в 220В переменного тока при отсутствии напряжения в сети, стабилизация выходного в 220 В, при наличии на различного на входе (например от 100 В до 300 В), Исключить броски перенапряжения, а также зарядка аккумулятора при необходимости. Такое устройство полностью автоматическое и обеспечивает безударный переход на автономное питание без разрыва питания котла и системы отопления. При появлении питания, автоматически отключает батарее и переходит в режим зарядки аккумуляторов. Зарядка аккумуляторов происходит по определенному алгоритму, позволяющему намного увеличить срок эксплуатации батарей.

Но не все UPS обеспечивают все эти функции. ИБП есть двух типов:

  • Первый тип — это ИБП типа off-line. Автоматически переключают питание от батареи при пропадании электричества в сети и автоматически заряжают аккумулятор, когда это необходимо. Т.е. при наличии напряжения в сети устройство никак не задействовано, ток идет через него транзитом и, соответственно, не стабилизируется. Если на входе 180 В, то и на выходе будет 180 В. Самые дешевые бесперебойники для компьютера именно такого типа. Стоит отметить, что импульсные блоки питания компьютеров, телевизоров позволяют нормально работать в широком диапазоне входного напряжения (140В-250В, и более широком диапазоне). Газовые котлы, в основном, намного требовательны в этом плане и при напряжении меньше 190-200В могут отключаться. В инструкциях не указывают это предел — смотрите по форумах или узнавайте у специалистов касаемо марки Вашего котла.
  • Второй тип — это ИБП on-line, которые задействованы все время (например, Teplocom). Напряжение в ИБП типа on-line стабилизируется с помощью инвертора двойного преобразования: сначала переменное напряжение в 220В преобразуется в постоянное 12 В или 24 В, затем постоянное напряжение трансформируется в переменное напряжение 220В. Поскольку постоянное напряжение в 12 В или 24 В всегда стабильно, то при преобразовании этого напряжения в переменный ток 220В также никаких колебаний, проседаний или бросков напряжения не происходит. В результате, ИБП on-line на выходе всегда дают стабильную синусоиду и напряжение. Различаются еще по качеству сформированной синусоиды. Кроме того, ИБП со встроенным стабилизатором напряжения позволяет обеспечить стабильное напряжение для потребителей без перехода в режим работы от аккумулятора. Это позволяет существенно сэкономить ресурс батареи. Источник бесперебойного питания со стабилизатором напряжения двойного преобразования являются на сегодня самыми точными и надежными, и к сожалению, самыми дорогими. Именно такие ИБП необходимо приобретать для работы с настенными газовыми котлами.

Еще несколько замечаний как выбрать ИБП для системы отопления

— Недорогие компьютерные ИБП имеют прямоугольную форму сигнала на выходе, что недопустимо при работе насосов, вентиляторов и другой индуктивной нагрузки. Для работы котла необходимо напряжение с чистой синусоидой на входе (обеспечение плавного крутящего момента двигателя).

— Стартерные аккумуляторные батареи предназначены для работы на кратковременных мощных нагрузках (запуск стартера), требуют обслуживания и выделяют пары серной кислоты в процессе работы (не допускаются к использованию в закрытых помещениях в непосредственной близости от людей). Средний срок службы автомобильного аккумулятора в системе ИБП не более одного года.
Как рассчитать мощность ИБП для газового котла и системы отопления?
В классическом варианте электрическая мощность оборудования отопления (не путайте с тепловой ) состоит из потребляемой мощности самого котла и циркуляционного насоса. Эти данные можете взять из документации (паспорт, инструкция по эксплуатации и т.д.) или на шильдиках оборудования.
В газовых котлах до 25 кВт по теплу, как правило, находится один насос. В более мощных, промышленных котлах, может быть два и более насосов. В большинстве случаев котел с одним насосом потребляет при включенном насосе 90-150Вт электроэнергии и такому котлу достаточно стабилизатора или ИБП мощностью до 300 Вт. Соответственно, если в Вашей системе отопления применяется два насоса — то необходимо брать ИБП как минимум 400-500Вт. В целом же мощность ИБП должна соответствовать совокупной мощности всех устройств, запитанных от него. И не забывайте также о запасе по мощности, хотя бы в 20-30%.
Очевидно, что чем больше емкость аккумулятора — тем дольше время автономной работы ИБП. Приблизительное время беспрерывной работы ИБП можно определить согласно ниже приведенной таблице.

Еще один важный показатель у ИБП — это мощность зарядного устройства. Как известно, чем больше емкость аккумулятора — тем большая сила тока необходима, чтобы зарядить аккумулятор полностью. Приблизительное соотношение — 1 к 10. Т.е. для зарядки аккумулятора емкостью 60 А/ч потребуется ток заряда 6А. Можно заряжать и большими токами, но это приводит к быстрому износу аккумулятора. Если ток заряда будет меньше положенного, то аккумулятор не дозарядится, в результате чего будет «закоксовываться» (технический термин — сульфатизация), что также приведет к снижению срока службы.

Расчет времени работы источника бесперебойного питания

Длительность автономной работы ИБП с внешними аккумуляторными батареями зависит в первую очередь от общей емкости всех АКБ. Фактически, при работе ИБП происходит перевод энергии заряда аккумуляторных батарей в электрическую энергию с напряжением 220 Вольт. Так как инвертор бесперебойника не является абсолютно идеальным прибором и имеет потери, то необходимо учитывать коэффициент его полезного действия. Кроме того, аккумуляторные батареи не могут высвободить все 100 % энергии, нужно учитывать коэффициент доступной емкости АКБ.

С учетом этих коэффициентов формула расчета принимает следующий вид:

T = E * U / P * KPD * KDE (часов),

где E — емкость всех подключенных АКБ, U — напряжение АКБ, P — мощность нагрузки, KPD примерно равен 0,8, KDE равен примерно 0,9.

Коэффициенты доступной емкости и полезного действия не являются фиксированными величинами. Эти коэффициенты зависят от скорости расхода энергии, от температуры и влажности воздуха.

Приведем несколько примеров расчетов времени автономной работы ИБП.

— Используются АКБ напряжением 12 Вольт и емкостью 60 Ач. ИБП осуществляет питание настенного котла отопления электрической мощностью 150 Вт.
В этом случае получаем время автономной работы ИБП:
T = 60 х 12 / 150 х 0,8 х 0,9 = 3,5 ч

— Используются АКБ напряжением 12 Вольт и емкостью 150 Ач. ИБП осуществляет питание настенного котла отопления электрической мощностью 150 Вт.
В этом случае получаем время автономной работы ИБП:
T = 150 х 12 / 150 х 0,8 х 0,9 = 8,6 ч

— Используются два АКБ напряжением 12 Вольт и емкостью 150 Ач. ИБП осуществляет питание настенного котла отопления электрической мощностью 150 Вт.
В этом случае получаем время автономной работы ИБП:
T = 2 х 150 х 12 / 150 х 0,8 х 0,9 = 17,2 ч

Таблица расчета времени автономной работы ИБП для котлов отопления по общей емкости подключенных АКБ в зависимости от величины полезной нагрузки.

Общая емкость и напряжение АКБНагрузка
100 Вт
Нагрузка
150 Вт
Нагрузка
200 Вт
Нагрузка
300 Вт
Нагрузка
400 Вт
Нагрузка
500 Вт
40 Ач, 12 В3,5 ч2,3 ч1,7 ч
60 Ач, 12 В5,2 ч3,5 ч2,6 ч
100 Ач, 12 В8,6 ч5,8 ч4,3 ч2,9 ч2,2 ч1,7 ч
150 Ач, 12 В13 ч8,6 ч6,5 ч4,3 ч3,2 ч2,6 ч
200 Ач, 12 В17,3 ч11,5 ч8,6 ч5,8 ч4,3 ч3,5 ч
300 Ач, 12 В25,9 ч17,3 ч13 ч8,6 ч6,5 ч5,2 ч
400 Ач, 12 В34,6 ч23 ч17,3 ч11,5 ч8,6 ч6,9 ч
500 Ач, 12 В43,2 ч28,8 ч21,6 ч14,4 ч10,8 ч8,6 ч
600 Ач, 12 В51,8 ч34,6 ч25,9 ч17,3 ч13 ч10,4 ч

Расчет времени резерва питания нагрузки от ИБП

Товары из статьи:

Как выбрать оптимальную конфигурацию ИБП для организации бесперебойного питания оборудования и бытовых приборов в доме

Ответить на вопрос о выборе конфигурации источника бесперебойного питания для обеспечения надёжного электропитания отопительных и инженерных систем, бытовых электроприборов достаточно сложно. По сути, это уравнение с многими неизвестными. Ведь, заранее неизвестно на сколько плохим будет сетевое электропитание, и какова будет продолжительность отключений электроэнергии.

На первом этапе необходимо определить общую мощность всех потребителей энергии, работу которых необходимо обеспечивать в случае отсутствия сетевого электропитания. Исходя из этого значения необходимо выбрать ИБП мощностью на 20% превышающей максимальное значение нагрузки. После этого нужно определится с ёмкостью внешних аккумуляторных батарей, исходя из необходимого времени резервирования.

Наиболее оптимальным решением бесперебойного питания будет разбить нагрузку на несколько более маленьких групп потребителей. И решать задачи обеспечения резерва раздельно для различных групп потребителей в зависимости от их важности. При выборе конфигурации источника бесперебойного питания и аккумуляторных батарей следует учитывать, что увеличение запаса мощности ИБП не приводит к линейному увеличению длительности резерва. Для обеспечения большой мощности нагрузки необходим более мощный ИБП, а для обеспечения большого времени резерва необходимо увеличивать ёмкость внешних аккумуляторных батарей.

Простой способ расчета времени резерва бесперебойника

Время резерва питания определяется прежде всего двумя параметрами: мощностью полезной нагрузки и общей ёмкостью всех аккумуляторных батарей.

Однако следует отметить, что зависимость времени резерва от этих параметров не линейная. Но для быстрой примерной оценки времени резерва можно использовать простую формулу.

T = E * U / P (часов),

где Е — ёмкость аккумуляторов, U — напряжение аккумуляторов, Р — мощность нагрузки всех подключаемых приборов.

Уточненный способ расчёта времени резерва бесперебойника

Для уточнения расчёта времени резерва дополнительно вводятся специальные коэффициенты: КПД инвертора, коэффициент разряда аккумулятора, коэффициент доступной ёмкости в зависимости от температуры окружающей среды.

С учётом этих коэффициентов формула расчета принимает следующий вид.

T = E * U / P * KPD * KRA * KDE (часов),

где KPD (коэффициент полезного действия инвертора) находится в диапазоне 0,7—0,8,

KRA (коэффициент разряда аккумуляторов) находится в диапазоне 0,7—0,9,

KDE (коэффициент доступной ёмкости) находится в диапазоне 0,7—1,0.

Коэффициент доступной ёмкости имеет сложную зависимость от значения температуры и скорости прикладывания нагрузки. Чем холоднее температура воздуха, тем ниже коэффициент доступной ёмкости. Чем медленнее расходуется энергия батарей, тем больше значения коэффициента доступной ёмкости.

Готовые таблицы значения времени резерва бесперебойников серии SKAT и TEPLOCOM


Таблица примерного времени резерва TEPLOCOM-300

Необходим один внешний аккумулятор напряжением 12 Вольт

Ёмкость, в АчМощность нагрузки, ВА
100150200250270
262ч 18мин1ч 22мин55мин44мин39мин
403ч 37мин2ч 15мин1ч 36мин1ч 15мин1ч 09мин
657ч 01мин4ч 00мин2ч 45мин2ч 12мин1ч 54мин
10012ч 00мин7ч 12мин5ч 00мин3ч 40мин3ч 26мин



Таблица примерного времени резерва TEPLOCOM-1000

Необходимо два внешних аккумулятора напряжением 12 Вольт

Емкость АКБ, АчНагрузка, ВА
1002003004005006007008009001000
2х409,374,062,311,511,361,221,070,530,390,34
2х6516,157,124,403,022,291,561,441,361,281,11
2х10027,1111,557,335,234,123,052,442,222,011,49
2х12032,3714,529,446,105,114,123,142,512,332,15
2х15040,4717,4011,248,195,575,074,173,282,572,42
2х20054,2324,4815,4711,279,096,505,455,084,313,54

Таблица примерного времени резерва SKAT-UPS 3000 RACK

Необходимо 8 внешних аккумуляторов напряжением 12 Вольт

Емкость АКБ, АчНагрузка, ВА
50010001500200025003000
6512ч 20мин5ч 10мин2ч 55мин2ч 15мин1ч 40мин1ч 25мин
10019ч 25мин8ч 40мин5ч 20мин3ч 40мин2ч 45мин2ч 15мин
12023ч 05мин11ч 35мин7ч 00мин4ч 45мин3ч 30мин2ч 45мин
15028ч 55мин14ч 20мин8ч 45мин6ч 30мин4ч 50мин3ч 40мин
20038ч 30мин19ч 10мин12ч 45мин8ч 45мин7ч 00мин5ч 20мин

Как увеличить время резервного питания нагрузки?

Для увеличения времени резерва питания полезной нагрузки есть несколько путей. Все эти способы вытекают из формулы расчета времени резерва.

Для увеличения времени резерва можно увеличить ёмкость внешних АКБ, уменьшить полезную нагрузку, создать оптимальные условия эксплуатации ИБП и аккумуляторных батарей.

Первый вариант — самый простой, но затратный. Для увеличения ёмкости батарей придется покупать более дорогие аккумуляторы и ИБП, позволяющие производить их эффективный заряд. Кроме затрат на оборудование потребуется и выделение специального помещения, предназначенного для хранения и работы аккумуляторных батарей, снабженного хорошей системой вентиляции.

Второй метод — уменьшить нагрузку. Прежде всего нужно разбить нагрузку на группы в зависимости от необходимости обеспечения бесперебойного питания. Если электроэнергии не будет длительное время, то нужно будет выбирать между важностью обеспечения работы инженерных систем отопления, водоснабжения и необходимостью пользоваться холодильником или кондиционером. Так современный холодильник позволяет обеспечить приемлемую температуру около 20 часов, если его лишний раз не открывать. Еще одной группой потребителей является система освещения, для освещения можно использовать автономные источники бесперебойного питания или аварийные светильники со встроенной аккумуляторной батареей. В конечном счёте можно посидеть и при свете фонарика или старой доброй свечи, всё лучше, чем разморозить систему отопления.

Третий метод заключается в повышении качества обслуживания ИБП и батарей. Здесь наиболее важными моментами являются содержание оборудования в чистоте, обеспечение хорошего температурного режима. Отдельно стоит отметить необходимость проведения правильного заряда АКБ и проведения тренировок аккумуляторов. Часто бывает так, что проблем с электричеством нет, и аккумуляторы не подвергаются циклам разряда и заряда. В результате через несколько месяцев резко падает реальная ёмкость АКБ. Для тренировки АКБ необходимо использовать специальное оборудование или имитировать периодически отключение электроэнергии, давая возможность батареям работать.

Читайте также:  Эксперимент с тэном от электрического чайника
Рейтинг
( Пока оценок нет )
Загрузка ...