Warstwowe zbiorniki wody lodowej: dyfuzory, przegrody i kontrola termokliny
Utworzono Dzisiaj
Zbiorniki wody lodowej ze stratyfikacją: dyfuzory, przegrody i kontrola termokliny
Stratyfikowany zbiornik wody lodowej nie oddaje swojej objętości płaszcza. Pojemność użytkowa to objętość, która pozostaje w określonym przedziale temperatur, a liczba ta jest wynikiem geometrii dyfuzora i przegród, a nie cylindra, który ją zawiera. Zbiornik działa, ponieważ zimna i ciepła woda różnią się gęstością i dlatego pod wpływem grawitacji rozdzielają się na warstwy utrzymywane osobno przez wąską termoklinę. Trzy mechanizmy niszczą to rozdzielenie: pęd strumienia wpływającego, przewodzenie ciepła przez płaszcz, dach i mostki konstrukcyjne, które go przenoszą, oraz zwarcie, w którym oba strumienie spotykają się, zanim warstwy się ustabilizują. Ponieważ pasmo termokliny jest trwałą i nieuniknioną utratą objętości użytkowej, a ponieważ zabezpieczenia, które je chronią, mianowicie kieszenie czujników, włazy dostępowe i podpory dyfuzora, można zamontować tylko przed izolacją naczynia, geometrię wewnętrzną i rezerwy projektowe należy ustalić podczas wytwarzania, a nie podczas rozruchu. Odbiór powinien zatem być określony względem pojemności użytkowej w podanym przedziale temperatur i wykazany profilem temperatur zarejestrowanym podczas cyklu napełniania i opróżniania, a nie względem objętości znamionowej płaszcza, jak szczegółowo opisano dla tes tank stratification diffuser.
Dlaczego stratyfikacja, a nie objętość płaszcza, określa pojemność użytkową
Zbiornik warstwowy jest kupowany, aby utrzymać dwie temperatury jednocześnie, bez ich mieszania się w jedną średnią, więc pytanie, które zadaje klient, jest wąskie: ile wody może dostarczyć zbiornik przy temperaturze zimnego wylotu, a ile przy temperaturze ciepłego wylotu, w tym samym czasie? Płaszcz nie odpowiada na żadne z tych pytań. Odpowiedzią jest objętość między dwiema warstwami, a grubość strefy przejściowej między nimi jest tym, co decyduje wyposażenie wewnętrzne. Dwa zbiorniki z tym samym cylindrem i powłoką mogą mieć użyteczne pojemności różniące się o jedną dziesiątą objętości, ponieważ jeden się warstwuje, a drugi nie, jak szczegółowo opisano dla tes tank stratification diffuser.
Jak termoklina tworzy się na różnicy gęstości
Mechanizm opiera się na gęstości. Gęstość wody maleje wraz ze wzrostem temperatury, więc w wąskim zakresie temperatur systemu wody lodowej różnica jest niewielka, ale wystarczająca: zimna woda wprowadzana nisko w zbiorniku rozprzestrzenia się po dnie i pozostaje pod cieplejszą wodą, która już się tam znajduje, podczas gdy ciepła woda unosi się i gromadzi na górze. Między obiema warstwami tworzy się strefa przejściowa, a jej grubość zależy od tego, jak bardzo oba strumienie wymieszały się, zanim się ustabilizowały. Każdy metr sześcienny w tej strefie to woda o temperaturze innej niż którykolwiek z punktów zadanych, a strefa ta jest trwała: nie drenowuje się i nie kurczy w trakcie eksploatacji, więc jej objętość jest odliczana od ilości kontraktowej na początku, zgodnie ze szczegółami dla tes tank stratification diffuser.
Co ją niszczy: pęd, przewodzenie i zysk ciepła
Trzy działania atakują układ. Pierwszym jest pęd, ponieważ zimny strumień wchodzący jako strumień wypływowy przenosi swój pęd do zbiornika i wciska się w ciepłą warstwę, wciągając ciepłą wodę w dół na objętości znacznie większej niż wlot. Drugim jest przewodzenie i zysk ciepła, ponieważ ciepło przenika przez płaszcz, dach oraz każdą dyszę, podporę i przejście mostkujące izolację, a każde z nich wytwarza lokalną smugę, która eroduje granicę faz od zewnątrz do wewnątrz. Trzecim jest zwarcie, które występuje, gdy strumienie się spotykają, ponieważ wylot czerpie z drugiej warstwy. Wszystkie trzy pojawiają się w profilu temperatury, nie jako alarm, jak szczegółowo opisano dla tes tank stratification diffuser.
Typy dyfuzorów i pole przepływu, jakie każdy z nich wytwarza
Dysza nawiewna decyduje o sposobie, w jaki dopływający strumień wchodzi do objętości stratyfikowanej, a jej wybór jest wyborem kontroli pędu wobec dostępu serwisowego. Wymóg w każdym przypadku jest taki sam: odprowadzanie na całej powierzchni rzutu przy możliwie najniższej prędkości wylotowej, na jaką pozwala geometria, tak aby strumień nie przebił się przez granicę międzywarstwową, którą ma ustanowić. Poniżej przedstawiono powszechnie stosowane rodziny rozwiązań oraz ograniczenia, jakie każde z nich niesie. Żadne nie jest uniwersalnie właściwe, a właściwy wybór wynika z orientacji zbiornika, szybkości ładowania oraz tego, czy zbiornik musi być dostępny do czyszczenia. Każde z nich zawodzi również w sposób widoczny w profilu, ponieważ zatkana dysza wytwarza lokalną ciepłą kieszeń w zimnej warstwie, jak szczegółowo opisano dla przegrody stratyfikacyjnej zbiornika tes.
Rodzina dyfuzorów | Wzór wypływu | Gdzie pasuje | Ograniczenie |
Dyfuzor promieniowy, pierścień perforowany | Wypływ na zewnątrz wokół centralnego wlotu | Zbiorniki pionowe, wlot centralny | Pęd strumienia eroduje granicę międzywarstwową przy dużej prędkości wylotowej |
Kolektor perforowany, dysze na jednym poziomie | Rozproszony wypływ wzdłuż linii dysz | Długie zbiorniki, poziome płaszcze | Zatykanie zmienia rozkład, powoduje zwarcie |
Dyfuzor szczelinowy, szczeliny pionowe lub poziome | Niskoprędkościowy wypływ przez wąskie szczeliny | Zadania, w których decyduje kontrola pędu | Szczeliny zbierają zanieczyszczenia, trudne do czyszczenia w eksploatacji |
Wylot niskoprędkościowy, rozprowadzacz na powierzchni rzutu | Wypływ na całej powierzchni rzutu | Duże zbiorniki pionowe, wysokie natężenia zasilania | Wymaga dużej powierzchni rzutu, niepraktyczne przy małych średnicach |
Dystrybutor z odnogą zstępującą i odgałęzieniami bocznymi | Zasilanie wzdłuż długości naczynia | Poziome naczynia warstwowe | Nierówny przepływ boczny pozostawia gradienty |
Przegrody w zbiorniku poziomym, gdzie grawitacja i przepływ są prostopadłe
W poziomym płaszczu oś przepływu i wektor grawitacji są prostopadłe, co całkowicie zmienia geometrię stratyfikacji. Zimna woda wtryskiwana na jednym końcu nie osiada pod napływającym strumieniem w taki sposób, jak miałoby to miejsce w pionowym płaszczu; musi być skierowana do dna i tam utrzymana, podczas gdy ciepła woda jest kierowana do góry i chroniona przed cofaniem się wzdłuż naczynia. Pionowe przegrody przerywają wzdłużną ścieżkę prowadzącą ciepłą wodę w stronę zimnego końca wlotowego, czyli dominującą trasę krótkiego zwarcia. Nachylone przegrody przekierowują przepływ, ale ich orientacja decyduje o efekcie, a niewłaściwie zorientowana przegroda kieruje zimny strumień wzdłuż płaszcza obok ciepłego wylotu, jak szczegółowo opisano dla dyfuzora stratyfikacyjnego zbiornika TES.
Oprzyrządowanie, które mierzy termoklinę, zamiast jej zakładać
Zbiornik warstwowy to jedyny zbiornik w zakładzie, w którym pojedynczy pomiar temperatury nie dowodzi prawie niczego. Istotnym stanem jest profil pionowy, więc oprzyrządowanie stanowi zestaw sond na wielu poziomach, a specyfikacja musi określać, ile ich jest, na jakich wysokościach i z jaką dokładnością. Sondy są zwykle umieszczane w uszczelnionych kieszeniach czujników przyspawanych do płaszcza lub do wewnętrznych wsporników, tak aby można je było wyjąć bez opróżniania zbiornika, a tych kieszeni nie można dodać później. Prowadzenie kabli to miejsce, w którym wymagania są najczęściej naruszane, ponieważ kabel wprowadzony przez nieuszczelniony punkt narusza barierę parową i tworzy ścieżkę kondensatu do wykładziny, jak szczegółowo opisano dla tes tank stratification diffuser.
Izolacja, bariera parowa i stan zimnej powierzchni
Izolowana powierzchnia zbiornika wody lodowej przez większość roku znajduje się poniżej punktu rosy otaczającego powietrza, co oznacza, że to paroizolacja decyduje o tym, czy zbiornik działa prawidłowo, a izolacja jest jedynie materiałem, który sprawia, że bariera jest warta zachodu. Ciągła i szczelna bariera utrzymuje izolację w stanie suchym; przerwana bariera pozwala wilgoci przedostać się do izolacji, gdzie ulega kondensacji, gdzie zwilża wykładzinę i gdzie odbiera wydajność cieplną, którą izolacja miała zapewnić. Bariera musi przebiegać od płaszcza na dach i przez połączenie dachu ze ścianą bez przerwy, a każde przejście musi być uszczelnione w detalu, zgodnie ze szczegółami dla tes tank stratification diffuser.
Przepisy projektowe, których nie można odłożyć do etapu rozruchu
Kilka cech zbiornika warstwowego jest fizycznie niemożliwych do dodania po izolacji naczynia, dlatego są to decyzje projektowe z powiązanym terminem produkcji. Są to również cechy najczęściej pomijane w zapytaniu ofertowym, ponieważ każda z nich wygląda nieznacznie na rysunku ogólnym. Warto zwrócić uwagę na rozwiązania konstrukcyjne, ponieważ elementy wewnętrzne nie są nieważkie: zespół dyfuzora wystarczająco duży, aby rozprowadzić przepływ na obszarze rzutu, zestaw przegród rozciągających się przez naczynie oraz zestaw wsporników czujników — wszystkie one wywierają obciążenia na płaszcz i dno, a obciążenia te muszą być przenoszone przez układ usztywnień i fundament, zgodnie ze szczegółami dla tes tank stratification diffuser.
· Pozycje i liczba kieszeni czujników: przyspawane do płaszcza podczas wykonania, jak szczegółowo opisano dla tes tank stratification diffuser.
· Rozmiar i lokalizacja włazu: ustalone w układzie blach i wycięte przed emaliowaniem, zgodnie ze szczegółami dla tes tank stratification diffuser.
· Wsparcie dyfuzora i wewnętrzna ścieżka obciążenia: część projektu zbiornika i fundamentu, zgodnie ze szczegółami dla dyfuzora stratyfikacyjnego zbiornika TES.
· Rozmiary i położenie króćców: przejścia przez płaszcz nie mogą być później spawane na miejscu, zgodnie ze szczegółami dla dyfuzora stratyfikacyjnego zbiornika TES.
· Szczegóły paroizolacji przy każdym przejściu: zaprojektowane przed montażem izolacji, zgodnie ze szczegółami dla dyfuzora stratyfikacyjnego zbiornika TES.
Odbiór na podstawie pojemności użytecznej oraz test rozruchowy, który to potwierdza
Kryterium odbioru wynika z obowiązku. Nie jest to objętość płaszcza ani pojedynczy odczyt temperatury na wylocie. Jest to objętość dostarczalna przy temperaturze na zimnym wylocie i objętość dostarczalna przy temperaturze na ciepłym wylocie, wraz z grubością termokliny rejestrowaną podczas zdefiniowanego cyklu napełniania i opróżniania. Objętość płaszcza w poniższym przykładzie obliczeniowym wynosi 628,3 m3, przy średnicy 10 m i prostej wysokości płaszcza 8 m; następnie odejmuje się od niej pasmo, objętości martwe i pobory na wylocie. Wszystkie wartości w tabeli są przykładowymi danymi wejściowymi użytymi do zademonstrowania metody i nie stanowią propozycji projektowej ani wymagania projektowego, zgodnie ze szczegółami dotyczącymi difuzora stratyfikacyjnego zbiornika TES.
· Możliwa do wykorzystania pojemność przy podanych temperaturach wylotu zimnego i ciepłego oraz tolerancja pasma, zgodnie ze szczegółami dla dyfuzora stratyfikacyjnego zbiornika TES.
· Orientacja zbiornika z wlotami zimnego i ciepłego oraz punktami poboru na rysunku ogólnym, zgodnie ze szczegółami dla dyfuzora stratyfikacyjnego zbiornika TES.
· Rodzina dyfuzorów, powierzchnia wylotu i projektowa szybkość ładowania, do której jest dobrany, zgodnie ze szczegółami dla dyfuzora stratyfikacyjnego zbiornika TES.
· Układ przegród z orientacją, zasięgiem i rozmiarami szczelin, które zapewniają płukalność zbiornika, zgodnie ze szczegółami dla dyfuzora stratyfikacyjnego zbiornika TES.
· Harmonogram kieszeni czujników z wysokościami, liczbą i metodą uszczelnienia wylotu kieszeni, zgodnie ze szczegółami dla dyfuzora stratyfikacyjnego zbiornika TES.
Pas przejściowy | Pojemność użytkowa | Udział płaszcza | Odczyt dla kontraktu |
10 m3 | 618,3 m3 | 98,4% | Utrata pasma w typowej tolerancji wylotu |
20 m3 | 608,3 m3 | 96,8% | Strata staje się pozycją umowną, gdy pasmo jest określone |
40 m3 | 588,3 m3 | 93,6% | Objętość płaszcza i objętość użytkowa znacznie się rozdzieliły |
Najczęściej zadawane pytania
P1. Dlaczego stratyfikacja określa pojemność użytkową?
Ponieważ obie warstwy są oddzielone strefą przejściową, w której temperatura zmienia się w sposób ciągły, a ta strefa nie należy do żadnego z odpływów. Pojemność użytkowa to objętość płaszcza pomniejszona o strefę przejściową, martwe strefy za przegrodami oraz objętości poza punktami poboru. Grubość strefy wynika z geometrii dyfuzora, a nie z wymiarów zbiornika, jak szczegółowo opisano dla dyfuzora stratyfikacji zbiornika tes.
P2. Jak powstaje termoklina?
Zimna i ciepła woda różnią się gęstością, więc strumień zimnej wody wprowadzony nisko w zbiorniku rozprzestrzenia się pod cieplejszą wodą, która już się tam znajduje, i pozostaje pod nią, podczas gdy ciepła woda unosi się i gromadzi powyżej. Między nimi tworzy się strefa przejściowa, a jej grubość zależy od tego, jak bardzo oba strumienie wymieszały się, zanim warstwy się ustaliły. Układ wlotów i prędkość wlotowa mają równie duże znaczenie jak geometria zbiornika, co szczegółowo opisano dla tes tank stratification diffuser.
P3. Co go niszczy?
Trzy mechanizmy. Pęd dopływającego strumienia wciska się w ciepłą warstwę i wciąga ciepłą wodę w dół. Przewodzenie i zyski ciepła przez płaszcz, dach i każde przenikanie mostkujące izolację wytwarzają lokalne pióropusze, które erodują granicę faz od zewnątrz do wewnątrz. Zwarcie przepływu pozwala strumieniom się spotkać, ponieważ odpływ czerpie z drugiej warstwy, co szczegółowo opisano dla tes tank stratification diffuser.
P4. Jakie rodzaje dyfuzorów istnieją?
Typowe rodziny to dyfuzor promieniowy odprowadzający na zewnątrz na obszarze kołowym, kolektor perforowany z dyszami na jednym poziomie, dyfuzor szczelinowy ze szczelinami pionowymi lub poziomymi, wylot o małej prędkości rozprzestrzeniający się na całej powierzchni rzutu oraz dystrybutor z odnogami stosowany w płaszczach poziomych. Każdy z nich równoważy kontrolę pędu z dostępem do czyszczenia, jak szczegółowo opisano dla dyfuzora stratyfikacji zbiornika tes.
P5. Dlaczego zbiorniki poziome potrzebują przegród?
W poziomym zbiorniku oś przepływu i wektor grawitacji są prostopadłe, więc strumienie muszą być kierowane, a nie pozostawione swobodnemu osiadaniu. Przegrody przerywają wzdłużną ścieżkę prowadzącą ciepłą wodę w stronę zimnego wlotu, a nachylone przegrody mogą przekierowywać strumień w dół lub w górę. Ich orientacja decyduje o efekcie, a uszczelniona przegroda pozostawia martwe objętości, jak szczegółowo opisano dla tes tank stratification diffuser.
P6. Jak mierzy się położenie termokliny?
Za pomocą pionowego profilu temperatury wykonanego sondami na wielu wysokościach, zwykle umieszczonymi w uszczelnionych kieszeniach czujników przyspawanych do płaszcza lub do wewnętrznych wsporników. Liczba i wysokości muszą być określone w specyfikacji, a profil jest rejestrowany w trakcie cyklu napełniania i opróżniania, a nie próbkowany jednorazowo, ponieważ pojedynczy odczyt nie pozwala odróżnić stabilnej strefy od przejściowej, jak szczegółowo opisano dla tes tank stratification diffuser.
P7. Dlaczego wymagane są zarówno izolacja, jak i bariera parowa?
Izolowana powierzchnia przez większą część roku znajduje się poniżej punktu rosy otaczającego powietrza, dlatego paroizolacja zatrzymuje wilgoć z dala od izolacji i utrzymuje powierzchnię zewnętrzną blisko temperatury otoczenia. Uszkodzona paroizolacja powoduje kondensację wilgoci wewnątrz izolacji, zawilgoca okładzinę i niweluje wydajność cieplną, którą izolacja miała zapewnić. Oba elementy pełnią różne funkcje i żaden nie zastępuje drugiego, jak szczegółowo opisano dla tes tank stratification diffuser.
P8. Które przepisy projektowe muszą zostać ustalone przed wykonaniem?
Pozycje i liczba kieszeni czujników, rozmiary i lokalizacje włazów, podparcie dyfuzora i wewnętrzna ścieżka obciążenia, rozmiary i pozycje króćców oraz szczegóły bariery parowej wokół każdego przejścia. Wszystkie są wbudowane w zbiornik lub zatwierdzone przed montażem izolacji, więc żadnego nie można dodać podczas rozruchu bez cięcia płaszcza, zgodnie ze szczegółami dla tes tank stratification diffuser.
Q9. Dlaczego odbiór odbywa się na podstawie pojemności użytkowej, a nie objętości płaszcza?
Ponieważ klient kupuje dwie temperatury jednocześnie, a nie ilość stali. Objętość płaszcza jest geometrycznym punktem wyjścia; ilość kontraktowa to objętość dostarczalna przy temperaturze wylotowej zimnej i ciepłej. Na przykładowej geometrii o średnicy 10 m i prostej części płaszcza 8 m objętość płaszcza wynosi 628,3 m3, a pasmo 40 m3 pozostawia 588,3 m3 użytecznej pojemności, zgodnie ze szczegółami dla dyfuzora stratyfikacyjnego zbiornika TES.
P10. W jaki sposób rozruch weryfikuje stratyfikację?
Poprzez przeprowadzenie cyklu ładowania i rozładowania obciążenie faktycznie zobaczy i rejestruje profil temperatury w ustalonych odstępach czasu, aż się ustabilizuje, a następnie rejestruje pasmo między dwiema warstwami i dostarczone objętości na każdym wylocie. Test musi być przeprowadzony przy projektowych szybkościach ładowania i rozładowania, ponieważ zmniejszona szybkość spowoduje stratyfikację zbiornika, który w eksploatacji miesza się źle, zgodnie ze szczegółami dla dyfuzora stratyfikacyjnego zbiornika TES.
Stratyfikowany zbiornik wody lodowej kupuje się ze względu na objętość, którą dostarcza w dwóch temperaturach, a objętość ta jest wytwarzana przez geometrię dyfuzora i przegród, a nie przez płaszcz, w którym jest dostarczany. Konsekwencją inżynierską jest to, że elementy wewnętrzne stanowią projekt, a zastrzeżenia wokół nich — kieszenie czujników, włazy rewizyjne, wewnętrzne podparcie i szczegóły bariery parowej — są decyzjami produkcyjnymi z przypisanym terminem. Określenie zbiornika na podstawie objętości płaszcza i oddanie go do eksploatacji przy jednej temperaturze wylotowej pozostawia kupującemu różnicę. Określenie pojemności użytkowej w podanym zakresie, ustalenie rozwiązań przed zaizolowaniem zbiornika i akceptacja wyniku na podstawie profilu temperatur zmierzonego w cyklu napełniania i opróżniania przy projektowych natężeniach przepływu to decyzje, które zamieniają zbiornik wody w magazyn stratyfikowany, zgodnie ze szczegółami dla tes tank stratification diffuser.
Porozmawiaj z inżynierem
Dla stratyfikowanego zbiornika wody lodowej należy podać natężenia ładowania i rozładowania, temperatury zasilania i powrotu zimnej i ciepłej wody wraz z pasmem tolerancji, wymaganą pojemność użytkową na każdym wylocie, orientację zbiornika i dostępną powierzchnię zabudowy, rozważaną objętość płaszcza wraz z jego geometrią, układ izolacji i paroizolacji, wymagania dotyczące dachu lub kopuły, podstawę sejsmiczną i wiatrową dla lokalizacji oraz liczbę i rozmieszczenie punktów pomiaru temperatury potrzebnych do testu rozruchu. Zwrócimy układ ogólny z rozmieszczeniem dyfuzora i przegród opracowanym pod kątem natężenia ładowania, obliczenie pojemności użytkowej z podanym odliczeniem pasma przejściowego, zestawienie kieszeni czujników i włazów, ocenę strukturalną obciążeń wewnętrznych oraz test rozruchu z interwałem rejestracji i wartością akceptacji dla pasma, zgodnie ze szczegółami dla stratyfikacyjnego dyfuzora zbiornika TES.
O Center Enamel
Shijiazhuang Zhengzhong Technology Co., Ltd (Center Enamel) to profesjonalny producent od 2008 roku, specjalizujący się w projektowaniu i wytwarzaniu zbiorników magazynowych skręcanych. Asortyment produktów obejmuje zbiorniki Glass-Fused-to-Steel (GFS), zbiorniki Fusion-Bonded Epoxy (FBE), zbiorniki ze stali nierdzewnej, zbiorniki ze stali ocynkowanej oraz aluminiowe kopuły geodezyjne, wraz ze wsparciem technicznym EPC i osprzętem do zbiorników. Produkcja odbywa się zgodnie z ISO 9001, ISO 14001 i ISO 45001, a asortyment produktów posiada certyfikaty NSF/ANSI 61, WRAS, CE i EN 1090, ISO 28765, AWWA D103-09 i NFPA, tam gdzie wymaga tego zastosowanie. Firma posiada blisko 200 patentów na emaliowanie, prowadzi bazę produkcyjną o powierzchni 150 000 m2, produkuje około 300 000 emaliowanych blach stalowych rocznie, zrealizowała ponad 30 000 zainstalowanych projektów i dostarczyła zbiorniki do ponad 100 krajów. Zdolności projektowe obejmują zbiorniki o pojemności do 60 000 m3, zgodnie ze szczegółami dla tes tank stratification diffuser.
WhatsApp