二、设计依据
1、加热系统功率的计算(以6牛位上表面积1.2m2的饮水器为例):
饮水器电加热功率损耗计算主要有以下几部分:水的表面积与空气的对流、水的表面积蒸发、水与不锈钢材料的传导、水温度的提升吸热。
(1)水的表面积与空气对流散热功率损耗P1= ME1T△(M表示饮水槽水的表面积,为1.2m2;E1表示1m2温度差为1度时的散热系数;T△表示水的表面积温度与水槽外环境的温度差)
(2)水的表面积蒸发吸热主要是在有风的情况下,但和水的表面积、温度差都有正比例关系。P2=ME2T△(E2表示1m2温度差为1度时的蒸发散热系数)。
(3)水与不锈钢材料的热传导也和水的表面积、温度差都有正比例关系,但我们有保温材料这部分可以不考虑。如果考虑也定义P3=M3E3T△(M3表示饮水槽水与不锈钢接触的表面积,约为2.4m2;E3表示1m2温度差为1度时的与不锈钢传导散热系数)。
以上的E1、E2、E3,查资料系数都比较小又不好选择,我们推导以下公式: 总的水槽散热功率P=P1+P2+P3=ME1T△+ME2T△+M3E3T△=ME1T△+ME2T△+2ME3T△=MT△(E1+E2+2E3)。我们将(E1+E2+2E3)定义为总的散热系数,当加热器的功率P电=P=MT△(E1+E2+2E3)时我们定义总的散热系数为平衡散热系数即E平,由于查找各分项散热系数不好确定,我们可以根据实际经验取E平,有下列公式P电=P=MT△E平。
在内蒙古呼和浩特、多伦现场及冷库内试验测试得出的多组实际经验数据是:六牛位加热功率为600瓦的饮水器,外界温度为-20℃,水槽内液位高度20厘米的时候,水槽内水温度为5℃;外界温度为-15℃时,水槽内水温度为10℃等等;所以有:600=1.2×25E平,E平=20瓦。
因此,如果外界温度为-20℃,水槽内液位高度20厘米的时候,要让水槽内水温度为10℃,即温度差为30℃时,则水槽加热功率要增大到720瓦,才能维持平衡;但这要求给饮水槽供水的温度要在10℃以上,如果供水水温是5℃,我们来计算一下在2分钟(每批6头牛同时饮水时,如无外供水,饮水槽内的水量可供的饮用时间)内将0.24立方米的水加热到10℃所需要的加热功率值:根据能量守恒加热能量等于水温度升高吸收的能量,即:Pt=VCT(V表示体积单位L,C表示水的比热容,T表示摄氏度,水温升高的度数),所以有P*120=240×4200×5,P=42000瓦。
要用这么大功率的饮水槽是不切实际的,因此电加热饮水器的加热功能主要是用来维持外界供水水温的,外界供水水温的高低对牛只饮到水的水温起决定性作用!
三、结论
1、电加热饮水槽的加热功能主要是用来维持外界供水水温不再降低,而对外界供水水温再加温是次要的;由于我国大部分地区60米以下的井水温度都在10℃以上,外界供水水温保持在10℃以上是较好实现的。
2、实际测试值:饮水槽散热功率P= MT△E平(M表示饮水槽散热表面积;T△表示外界温度与水温度差;E平表示饮水槽平衡散热系数,约为20瓦)。
3、如果在水槽上加塑料盖板,可以减小T△和E平起到保温的作用,制造一个水面与盖板空间的小环境,可起到保温的作用。
4、由于浮子功能不好或饮水槽焊接质量问题导致漏水使E平增大都会使水槽结冰;
5、由于断电等原因导致水槽结冰,要除掉结冰加入热水后再重新启动饮水槽加热功能,如果直接对结冰加热,由于冰融化了体积减小,要在加热器周围形成真空负压,越加热真空负压就越大,达不到融化整槽水的目的,所以这种情况绝对不允许。
6、安装液位传感器、温度传感器和报警器可有效防止饮水槽故障的发生。