Тепловая мощность — формула расчета и сферы применения
С теплотехническими расчётами приходится сталкиваться владельцам частных домов, квартир или любых других объектов. Это основа основ проектирования зданий.
Понять суть этих расчётов в официальных бумагах, не так сложно, как кажется.
Для себя также можно научиться выполнять вычисления, чтобы решить, какой утеплитель применять, какой толщины он должен быть, какой мощности приобретать котёл и достаточно ли имеющихся радиаторов на данную площадь.
Ответы на эти и многие другие вопросы можно найти, если понять, что такое тепловая мощность. Формула, определение и сферы применения – читайте в статье.
Что такое тепловой расчет?
Если говорить просто, тепловой расчёт помогает точно узнать, сколько тепла хранит и теряет здание, и сколько энергии должно вырабатывать отопление, чтобы поддерживать в жилье комфортные условия.
Оценивая теплопотери и степень теплоснабжения, учитываются следующие факторы:
- Какой это объект: сколько в нём этажей, наличие угловых комнат, жилой он или производственный и т. д.
- Сколько человек будет «обитать» в здании.
- Важная деталь — это площадь остекления. И размеры кровли, стен, пола, дверей, высота потолков и т. д.
- Какова продолжительность отопительного сезона, климатические характеристики региона.
- По СНиПам определяют нормы температур, которые должны быть в помещениях.
- Толщина стен, перекрытий, выбранные теплоизоляторы и их свойства.
Могут учитываться и другие условия и особенности, например, для производственных объектов считаются рабочие и выходные дни, мощность и тип вентиляции, ориентация жилья по сторонам света и др.
Определение
- Какой параметр называется тепловой мощностью?
Это количество тепла, выделяемое или потребляемое каким-либо объектом за единицу времени.
При проектировании систем отопления расчет этого параметра необходим в двух случаях:
- Когда необходимо оценить потребность помещения в тепле для компенсации потери тепловой энергии через пол, потолок, стены и вентиляцию;
При составлении проекта нужно знать, сколько тепла теряется через стены.
- Когда нужно выяснить, сколько тепла способен отдать отопительный прибор или контур с известными характеристиками.
Для чего нужен тепловой расчет?
Как умудрялись обходиться без тепловых расчётов строители прошлого?
Сохранившиеся купеческие дома показывают, что всё делалось просто с запасом: окна поменьше, стены — потолще. Получалось тепло, но экономически не выгодно.
Теплотехнический расчёт позволяет строить наиболее оптимально. Материалов берётся ни больше — ни меньше, а ровно столько, сколько нужно. Сокращаются габариты строения и расходы на его возведение.
Вычисление точки росы позволяет строить так, чтобы материалы не портились как можно дольше.
Для определения необходимой мощности котла также не обойтись без расчётов. Суммарная мощность его складывается из затрат энергии на обогрев комнат, нагрев горячей воды для хозяйственных нужд, и способности перекрывать теплопотери от вентиляции и кондиционирования. Прибавляется запас мощности, на время пиковых холодов.
При газификации объекта требуется согласование со службами. Рассчитывается годовой расход газа на отопление и общая мощность тепловых источников в гигакалориях.
Нужны расчёты при подборе элементов отопительной системы. Обсчитывается система труб и радиаторов – можно узнать, какова должна быть их протяжённость, площадь поверхности. Учитывается потеря мощности при поворотах трубопровода, на стыках и прохождении арматуры.
При расчетах затрат тепловой энергии могут пригодиться знания, как перевести Гкал в Квт и обратно. В следующей статье подробно рассмотрена эта тема с примерами расчета.
Полный расчет теплого водяного пола приведен в этом примере.
Знаете ли вы, что количество секций радиаторов отопления не берется «с потолка»? Слишком малое их количество приведет к тому, что в доме будет холодно, а чрезмерно больше создаст жару и приведет к чрезмерной сухости воздуха. По ссылке приведены примеры правильного расчета радиаторов.
Расчет тепловой мощности: формула
Рассмотрим формулу и приведем примеры, как произвести расчет для зданий с разным коэффициентом рассеивания.
Vx(дельта)TxK= ккал/ч (тепловая мощность), где:
- Первый показатель «V» – объем рассчитываемого помещения;
- Дельта «Т» — разница температур – это та величина, которая показывает насколько градусов внутри помещения теплее, чем снаружи;
- «К» — коэффициент рассеивания (его еще называют «коэффициент пропускания тепла»). Величина берется из таблицы. Обычно цифра колеблется от 4 до 0,6.
Примерные величины коэффициента рассеивания для упрощенного расчёта
- Если это неутепленный металлопрофиль или доска то «К» будет = 3 – 4 единицы.
- Одинарная кирпичная кладка и минимальное утепление – «К» = от 2 до 3-ёх.
- Стена в два кирпича, стандартное перекрытие, окна и
- двери – «К» = от 1 до 2.
- Самый теплый вариант. Стеклопакеты, кирпичные стены с двойным утеплителем и т. п. – «К» = 0,6 – 0,9.
Более точный расчет можно произвести, высчитывая точные размеры отличающихся по свойствам поверхностей дома в м2 (окна, двери и т. д.), производя расчёт для них отдельно и складывая получившиеся показатели.
Пример расчета тепловой мощности
Возьмем некое помещение 80 м2 с высотой потолков 2,5 м и посчитаем, какой мощности котел нам потребуется для его отопления.
Вначале высчитываем кубатуру: 80 х 2,5 = 200 м3. Дом у нас утеплен, но недостаточно – коэффициент рассеивания 1,2.
Морозы бывают до -40 °C, а в помещении хочется иметь комфортные +22 градуса, разница температур (дельта «Т») получается 62 °C.
Подставляем в формулу мощности тепловых потерь цифры и перемножаем:
200 х 62 х 1,2 = 14880 ккал/ч.
Полученные килокалории переводим в киловатты, пользуясь конвертером:
- 1 кВт = 860 ккал;
- 14880 ккал = 17302,3 Вт.
Округляем в большую сторону с запасом, и понимаем, что в самый сильный мороз -40 градусов нам потребуется 18 кВт энергии в час.
Можем посчитать теплопотери в Вт на каждый м2 стен и потолка. Высота потолков известна 2,5 м. Дом 80 м2 – это может быть 8 х 10 м.
Умножаем периметр дома на высоту стен:
(8 + 10) х 2 х 2,5 = 90 м2 поверхности стены + 80 м2 потолок = 170 м2 поверхности, контактирующей с холодом. Теплопотери, высчитанные нами выше, составили 18 кВт/ч, делим поверхность дома на расчетную израсходованную энергию получаем, что 1 м2 теряет примерно 0,1 кВт или 100 Вт ежечасно при температуре на улице -40 °C, а в помещении +22 °С.
Эти данные могут стать основой для расчёта требуемой толщины утеплителя на стены.
Приведем другой пример расчета, он в некоторых моментах сложнее, но более точный.
Формула:
Q = S x (дельта)T / R:
- Q– искомая величина теплопотерь дома в Вт;
- S– площадь охлаждающих поверхностей в м2;
- T– разница температур в градусах Цельсия;
- R– тепловое сопротивление материала (м2 х К/Вт) (Метры квадратные умноженные на Кельвин и делёный на Ватт).
Итак, чтобы найти «Q» того же дома, что и в примере выше, подсчитаем площадь его поверхностей «S» (пол и окна считать не будем).
- «S» в нашем случае = 170 м2, из них 80 м2 потолок и 90 м2 — стены;
- T = 62 °С;
- R– тепловое сопротивление.
Ищем «R» по таблице тепловых сопротивлений или по формуле. Формула для расчета по коэффициенту теплопроводности такая:
R= H/ К.Т. (Н – толщина материала в метрах, К.Т. – коэффициент теплопроводности).
В этом случае, дом у нас имеет стены в два кирпича обшитые пенопластом толщиной 10 см. Потолок засыпан опилками толщиной 30 см.
Отопительную систему частного дома нужно устраивать с учетом экономии средств на энергоносители. Расчет системы отопления частного дома, а также рекомендации по выбору котлов и радиаторов — читайте внимательно.
Чем и как утеплить деревянный дом изнутри, вы узнаете, прочитав эту информацию. Выбор утеплителя и технология утепления.
Из таблицы коэффициентов теплопроводности (измеряется Вт / (м2 х К) Ватт делёный на произведение метра квадратного на Кельвин). Находим значения для каждого материала, они будут:
- кирпич — 0,67;
- пенопласт – 0,037;
- опилки – 0,065.
Подставляем данные в формулу (R= H/ К.Т.):
- R (потолка 30 см толщиной) = 0,3 / 0,065 = 4,6 (м2 х К) / Вт;
- R (кирпичной стены 50 см) = 0,5 / 0,67 = 0,7 (м2 х К) / Вт;
- R (пенопласт 10 см) = 0,1 / 0,037 = 2,7 (м2 х К) / Вт;
- R (стен) = R(кирпич) + R(пенопласт) = 0,7 + 2,7 = 3,4 (м2 х К) / Вт.
Теперь можем приступить к расчету теплопотерь «Q»:
- Q для потолка = 80 х 62 / 4,6 = 1078,2 Вт.
- Q стен = 90 х 62 / 3,4 = 1641,1 Вт.
- Остается сложить 1078,2 + 1641,1 и перевести в кВт, получается (если сразу округлить) 2,7 кВт энергии за 1 час.
Можно обратить внимание, насколько большая разница получилась в первом и втором случае, хотя объём домов и температура за окном в первом и втором случае были совершенно одинаковыми. Всё дело в степени утомлённости домов (хотя, конечно, данные могли быть и иными, если бы мы рассчитывали пол и окна).
Факторы
Для помещения
- Что влияет на потребность квартиры, комнаты или дома в тепле?
При расчетах учитываются:
- Объем. От него зависит количество воздуха, нуждающегося в нагреве;
Чем объемнее помещение, тем больше тепла нужно для поддержания постоянной температуры в нем.
Примерно одинаковая высота потолков (около 2,5 метров) в большинстве домов поздней советской постройки породила упрощенную систему расчета — по площади помещения.
- Качество утепления. Оно зависит от теплоизоляции стен, площади и количества дверей и окон, а также от структуры остекления окон. Скажем, одинарное остекление и тройной стеклопакет будут сильно различаться по количеству теплопотерь;
- Климатическая зона. При неизменных качестве утепления и объеме помещения разность температур между улицей и комнатой будет линейно связана с количеством теряющегося через стены и перекрытия тепла. При неизменных +20 в доме потребность дома в тепле в Ялте при температуре 0С и в Якутске при -40 будет различаться ровно втрое.
Для прибора
- Чем определяется тепловая мощность радиаторов отопления?
Здесь действует три фактора:
- Дельта температур — перепад между теплоносителем и окружающей средой. Чем он больше, тем выше мощность;
- Площадь поверхности. И здесь тоже наблюдается линейная зависимость между параметрами: чем больше площадь при неизменной температуре, тем больше тепла она отдает окружающей среде за счет прямого контакта с воздухом и инфракрасного излучения;
Именно поэтому алюминиевые, чугунные и биметаллические тепловые радиаторы отопления , а также все виды конвекторов снабжаются оребрением. Оно увеличивает мощность прибора при неизменном количестве протекающего через него теплоносителя.
Как рассчитать тепловую мощность конвекторов, обогревателей и прочих отопительных приборов
Все отопительные приборы независимо от типа устройства (конвекторы, радиаторные батареи, обогреватели, тепловые пушки и т.д.) и типа теплоносителя (водяные, газовые, электрические) отапливают помещения и производимое ими тепло называется тепловой мощностью. Именно эта характеристика имеет важнейшее значение при выборе обогревательного прибора.
Например невозможно обогреть мастерскую площадью 20 м 2 и построенную без теплоизоляции при -15 0 С электрическим обогревателем мощностью 1 кВт, а небольшую ванную комнату, расположенную в центре кирпичного дома запросто.
Количество тепла, которое требуется помещению для обогрева, измеряется в килокалориях, а мощности приборов в ваттах, поэтому для перевода одного значения в другое нужно килокалории поделить на 860 и получатся кВт.
Все производители отопительного оборудования обязательно указывают тепловую мощность прибора в паспорте или инструкции. Однако, следует учитывать, что указанная мощность достигается при соблюдении всех условий эксплуатации т.е. для водяных конвекторов или радиаторов имеет значение температура теплоносителя, а для газовых приборов давление газа.
Поэтому помимо мощности отопления производители указывают, для каких условий эксплуатации предназначено оборудование.
Например, если у вас старая система центрального отопления с температурой нагрева 40-50 0 С, рекомендуется приобретать конвекторы для низкотемпературных систем отопления.
Простейший расчет тепловой мощности обогревателя
Существует общепринятый стандарт расчета тепловой мощности обогревателя при высоте помещения не более 3 м. На 10 метров квадратных площади устанавливается 1 кВт мощности прибора.
Эта формула неплохо работает при расчетах электрических отопительных приборов в помещениях с идеальными условиями — высокой теплоизоляцией, минимальной теплопотерей и одним окном с утепленным стеклопакетом. Но существует и примитивный вариант расчета, позволяющий учитывать и высоту комнат.
Простой расчет тепловой нагрузки (Q) помещения:
V (объем помещения/м3) х 40 Вт/1000 = Q (кВт/ч)
Эта формула не позволяет допустить ошибок, связанных с грубым расчетом по принципу 1 кВт на 10 м 2 т.к., учитывает объем комнаты включая высоту потолков. Однако и при таком расчёте легко совершить оплошность и приобрести «слабый» прибор — не учтено много важных факторов.
Пример расчетов
Вводные данные: гостиная в частном доме, ВхШхД – 4х5х6 м.
По первой формуле мы выясняем площадь помещения – 5х6 = 30 м 2 и умножаем на 1 кВт. Получается, что нам потребуется обогреватель на 3 кВт.
Но эти расчеты не гарантируют, что, купив обогреватель мощностью 3 кВт, вы получите комфортную температуру в помещении — в столь примитивном расчете даже не учитывается температура за окном. Если в средней полосе 3 кВт могут и справится с отоплением такой гостиной, но на севере с -35 за окном можете не сомневаться, разочарование от покупки и стучащие зубы вам обеспечены.
По второй формуле мы выясняем объем помещения – 4х5х6 = 120 м 3 .
V х 40 Вт/1000 = 120 х 40 / 1000 = 4,8 кВт
Как можно видеть вторая формула более точно отражает необходимую потребность помещения в тепле. Кроме того учитывайте, что эти расчеты обычно применяются в электрических обогревателях, а с прибором мощностью 5 кВт в час вы разоритесь на счетах за электроэнергию, да и далеко не вся проводка выдержит подобную нагрузку.
Формула расчета тепловой нагрузки с учетом разницы температур
Для более точного определения требуемой тепловой мощности обогревателя или конвектора рекомендуем воспользоваться следующими формулой.
V (объем помещения) х T (разница температур) х φ (коэффициент теплопотери) = ккал/ч
- V – это упоминаемый выше объем комнаты: ширина * длину * высоты.
- Т (разница температур) – в зависимости от климатической зоны температура на улице может составлять и -5 0 С и -30 0 С. Поэтому в формулу введен параметр выражающий разницу между средней зимней температурой на улице и желаемой температурой в помещении. Пример: среднее зимнее значение на улице составляет -15 0 С, а в комнате требуется 25 0 С – получается Т = 40 0 С.
- φ – коэффициент теплопотерь помещений в зависимости от конструкции и изоляции.
- 3-4 – отсутствие теплоизоляции. Простые деревянные или металлические строения без изоляции.
- 2-2,9 – низкая теплоизоляция. Кладка в один кирпич, упрощенная конструкция строений, одинарные окна.
- 1-1,9 – средняя теплоизоляция. Строения с кладкой в два кирпича, стандартные здания, обычная кровля, небольшое количество окон.
- 0,6-0,9 — высокая теплоизоляция. Мало окон, сдвоенные рамы, кирпичные стены, двойная теплоизоляция, утепленная крыша и толстое основание пола.
Для получения значения мощности конвектора или обогревателя в киловаттах требуется получившееся в число разделить на 860.
Пример расчетов
Вводные данные: гостиная в частном доме, ВхШхД – 4х5х6 м. Дом построен кладкой в два кирпича, на хорошем основании (фундамент), с большим панорамным окном. Средняя температура зимой -15 0 С, желаемая температура в комнате +22 0 С.
- Выясняем объем помещения – 4х5х6х = 120 м 3 .
- Определяем разницу температур – 15+22=37 0 С.
- Подбираем коэффициент – возьмем среднее значение 1,4 т.к. несмотря на стены в два кирпича и утолщенный пол присутствует большое окно.
Подставляем данные в формулу:
V х T х φ = 120 х 37 х 1,4 = 6216 ккал .
Переводим килокалории в кВт – 6216/860= 7,2 кВт.
Получается, что для получения требуемой температуры в гостиной нам потребуется установить обогревательный прибор на 7 кВт.
Естественно в данном случае и речи не может быть об установке электрических приборов. Такие значения можно получить при установке газовых или водяных конвекторов, радиаторных батарей, тепловых пушек и т.д. Однако с учетом размеров гостиной, подобная мощность излишня — снова нет в расчете некоторых важных нюансов.
Формула расчета тепловой мощности с учетом дополнительных факторов
Несмотря на введение коэффициента потерь тепла предыдущая формула не способна отразить всевозможные нюансы помещений. Наример теплопотери квартиры расположенной на 5 этаже в центре девятиэтажного здания ниже, чем у угловой квартиры на последнем этаже. Для получения более точных данных рекомендуем воспользоваться формулой:
Q = (100 Вт/м 2 х S х φ1 х φ2 х φ3 х φ4 х φ5 х φ6 х φ7)/1000
- S – площадь помещения в м 2 .
- φ 1 – потери тепла через окна:
- 0,85 – тройной стеклопакет;
- 1 – двойной стеклопакет;
- 1,27 – одинарный стеклопакет (стандартный).
- 0,854 – высокое;
- 1 – кладка в два кирпича;
- 1,27 – низкое.
- 1,2 – 50%;
- 1,1 – 40%;
- 1 – 30%;
- 0,9 – 20%;
- 0,8 – 10%.
- 1,5 – -35 0 С;
- 1,3 – -25 0 С;
- 1,1 – -20 0 С;
- 0,9 – -15 0 С;
- 0,7 – -10 0 С.
- 1,4 -4;
- 1,3 -3;
- 1,2 -2;
- 1,1 -1.
- 0,8 – обогреваемое;
- 0,9 – утеплённое, но не отапливаемое;
- 1 — холодный чердак или крыша.
- 1,2 – 4,5м;
- 1,15 – 4м;
- 1,1 – 3,5м;
- 1,05 – 3м;
- 1 – 2,5м.
Как видите в формуле расчета тепловой мощности обогревательного оборудования учтено значительно больше значений влияющих на теплопотери.
Пример расчета
Вводные данные: гостиная в частном доме, ВхШхД – 4х5х6 м. Дом построен кладкой в два кирпича, на утепленном фундаменте с большим панорамным окном, со стандартным остеклением, занимающим 50% от площади пола. Средняя температура зимой -15 0 С. На втором этаже отапливаемые спальни, две стены выходят на улицу.
Выясняем требуемые значения и коэффициенты:
- S – 30м 2 .
- φ 1 – 1,27.
- φ 2 – 1.
- φ 3 – 1,2.
- φ 4 – 0,9.
- φ 5 – 1,2.
- φ 6 – 0,8.
- φ 7 – 1,15.
Подставляем значения в формулу:
Q = (100 Вт/м 2 х S х φ 1 х φ 2 х φ 3 х φ 4 х φ 5 х φ 6 х φ 7)/1000
Q = (100 Вт/м 2 х 30 х 1,27 х 1 х 1,2 х 0,9 х 1,2 х 0,8 х 1,15)/1000 = 4,543 кВт
Исходя из этого уточненного расчета, получается, что нам нужно организовать отопление на 4,5-5 кВт.
Эта формула предпочтительна для расчета тепловой мощности отопительных систем, причем она подходит для расчета отопления в небольших жилых помещениях и в организации отопления промышленных объектов.
Важно! Для увеличения срока службы теплового оборудования и для учета непредвиденных ситуаций, рекомендуется добавлять небольшой запас в 10-15 %.к полученной тепловой мощности.
Нюансы при расчете мощности водяных конвекторов
Для выяснения необходимой мощности конвектора водяного отопления нужно учитывать дополнительные факторы, среди которых температура и давление рабочей среды (воды в отопительной системе).
Производители в паспортах и инструкций к водяным конвекторам указывают требуемую температуру теплоносителя, при которой прибор достигнет заявленной мощности. По санитарным нормам температура воды в централизованной системе отопления должна быть 70 градусов.
Однако в зависимости от состояния системы тепловой напор может быть ниже (в старых строениях) или выше (в новостройках). Большинство бытовых конвекторов работают при температуре до 95 0 С, однако максимальная температура, которую выдерживают водяные конвекторы это 120-150 0 С в зависимости от модели. В частных домах определение теплового напора проще — каждый пользователь может контролировать и задавать требуемые рабочие режимы самостоятельно.
Если вы уверены в требуемой температуре теплоносителя, можно приступать к расчетам по описанным формулам. Если вы проживаете в домах старого фонда, система отопления оставляет желать лучшего и зимой батареи нагреваются в пределах 30-60 0 С, выбирайте специализированные конвекторы, рассчитанные на работу в низкотемпературных отопительных системах.
Тепловая мощность – формула расчета и сферы применения
Кулер для воды
Опубликовано 13 Окт 2013Рубрика: Теплотехника | 82 комментария
Человечеству известно немного видов энергии – механическая энергия (кинетическая и потенциальная), внутренняя энергия (тепловая), энергия полей (гравитационная, электромагнитная и ядерная), химическая. Отдельно стоит выделить энергию взрыва,……энергию вакуума и еще существующую только в теории – темную энергию. В этой статье, первой в рубрике «Теплотехника», я попытаюсь на простом и доступном языке, используя практический пример, рассказать о важнейшем виде энергии в жизни людей — о тепловой энергии и о рождающей ее во времени тепловой мощности.
Несколько слов для понимания места теплотехники, как раздела науки о получении, передаче и применении тепловой энергии. Современная теплотехника выделилась из общей термодинамики, которая в свою очередь является одним из разделов физики. Термодинамика – это дословно «теплый» плюс «силовой». Таким образом, термодинамика – это наука об «изменении температуры» системы.
Воздействие на систему извне, при котором изменяется ее внутренняя энергия, может являться результатом теплообмена. Тепловая энергия, которая приобретается или теряется системой в результате такого взаимодействия с окружающей средой, называется количеством теплоты и измеряется в системе СИ в Джоулях.
Если вы не инженер-теплотехник, и ежедневно не занимаетесь теплотехническими вопросами, то вам, столкнувшись с ними, иногда без опыта бывает очень трудно быстро в них разобраться. Трудно без наличия опыта представить даже размерность искомых значений количества теплоты и тепловой мощности. Сколько Джоулей энергии необходимо чтобы нагреть 1000 метров кубических воздуха от температуры -37˚С до +18˚С. Какая нужна мощность источника тепла, чтобы сделать это за 1 час. На эти не самые сложные вопросы способны сегодня ответить «сходу» далеко не все инженеры. Иногда специалисты даже помнят формулы, но применить их на практике могут лишь единицы!
Прочитав до конца эту статью, вы сможете легко решать реальные производственные и бытовые задачи, связанные с нагревом и охлаждением различных материалов. Понимание физической сути процессов теплопередачи и знание простых основных формул – это главные блоки в фундаменте знаний по теплотехнике!
Количество теплоты при различных физических процессах.
Большинство известных веществ могут при разных температуре и давлении находиться в твердом, жидком, газообразном или плазменном состояниях. Переход из одного агрегатного состояния в другое происходит при постоянной температуре (при условии, что не меняются давление и другие параметры окружающей среды) и сопровождается поглощением или выделением тепловой энергии. Не смотря на то, что во Вселенной 99% вещества находится в состоянии плазмы, мы в этой статье не будем рассматривать это агрегатное состояние.
Рассмотрим график, представленный на рисунке. На нем изображена зависимость температуры вещества Т от количества теплоты Q , подведенного к некой закрытой системе, содержащей определенную массу какого-то конкретного вещества.
1. Твердое тело, имеющее температуру T1 , нагреваем до температуры Tпл , затрачивая на этот процесс количество теплоты равное Q1 .
2. Далее начинается процесс плавления, который происходит при постоянной температуре Тпл (температуре плавления). Для расплавления всей массы твердого тела необходимо затратить тепловой энергии в количестве Q2 — Q1 .
3. Далее жидкость, получившаяся в результате плавления твердого тела, нагреваем до температуры кипения (газообразования) Ткп , затрачивая на это количество теплоты равное Q3 — Q2 .
4. Теперь при неизменной температуре кипения Ткп жидкость кипит и испаряется, превращаясь в газ. Для перехода всей массы жидкости в газ необходимо затратить тепловую энергию в количестве Q4 — Q3 .
5. На последнем этапе происходит нагрев газа от температуры Ткп до некоторой температуры Т2 . При этом затраты количества теплоты составят Q5 — Q4 . (Если нагреем газ до температуры ионизации, то газ превратится в плазму.)
Таким образом, нагревая исходное твердое тело от температуры Т1 до температуры Т2 мы затратили тепловую энергию в количестве Q5 , переводя вещество через три агрегатных состояния.
Двигаясь в обратном направлении, мы отведем от вещества то же количество тепла Q5 , пройдя этапы конденсации, кристаллизации и остывания от температуры Т2 до температуры Т1 . Разумеется, мы рассматриваем замкнутую систему без потерь энергии во внешнюю среду.
Заметим, что возможен переход из твердого состояния в газообразное состояние, минуя жидкую фазу. Такой процесс именуется возгонкой, а обратный ему процесс – десублимацией.
Итак, уяснили, что процессы переходов между агрегатными состояниями вещества характеризуются потреблением энергии при неизменной температуре. При нагреве вещества, находящегося в одном неизменном агрегатном состоянии, повышается температура и также расходуется тепловая энергия.
Главные формулы теплопередачи.
Формулы очень просты.
Количество теплоты Q в Дж рассчитывается по формулам:
1. Со стороны потребления тепла, то есть со стороны нагрузки:
1.1. При нагревании (охлаждении):
Q = m * c *( Т2 — Т1 )
m – масса вещества в кг
с – удельная теплоемкость вещества в Дж/(кг*К)
1.2. При плавлении (замерзании):
Q = m * λ
λ – удельная теплота плавления и кристаллизации вещества в Дж/кг
1.3. При кипении, испарении (конденсации):
Q = m * r
r – удельная теплота газообразования и конденсации вещества в Дж/кг
2. Со стороны производства тепла, то есть со стороны источника:
2.1. При сгорании топлива:
Q = m * q
q – удельная теплота сгорания топлива в Дж/кг
2.2. При превращении электроэнергии в тепловую энергию (закон Джоуля — Ленца):
Q = t * I * U = t * R * I ^2=( t / R ) * U ^2
t – время в с
I – действующее значение тока в А
U – действующее значение напряжения в В
R – сопротивление нагрузки в Ом
Делаем вывод – количество теплоты прямо пропорционально массе вещества при всех фазовых превращениях и при нагреве дополнительно прямо пропорционально разности температур. Коэффициенты пропорциональности ( c , λ , r , q ) для каждого вещества имеют свои значения и определены опытным путем (берутся из справочников).
Тепловая мощность N в Вт – это количество теплоты переданное системе за определенное время:
Чем быстрее мы хотим нагреть тело до определенной температуры, тем большей мощности должен быть источник тепловой энергии – все логично.
Расчет в Excel прикладной задачи.
В жизни бывает часто необходимо сделать быстрый оценочный расчет, чтобы понять – имеет ли смысл продолжать изучение темы, делая проект и развернутые точные трудоемкие расчеты. Сделав за несколько минут расчет даже с точностью ±30%, можно принять важное управленческое решение, которое будет в 100 раз более дешевым и в 1000 раз более оперативным и в итоге в 100000 раз более эффективным, чем выполнение точного расчета в течение недели, а то и месяца, группой дорогостоящих специалистов…
Условия задачи:
В помещение цеха подготовки металлопроката размерами 24м х 15м х 7м завозим со склада на улице металлопрокат в количестве 3т. На металлопрокате есть лед общей массой 20кг. На улице -37˚С. Какое количество теплоты необходимо, чтобы нагреть металл до +18˚С; нагреть лед, растопить его и нагреть воду до +18˚С; нагреть весь объем воздуха в помещении, если предположить, что до этого отопление было полностью отключено? Какую мощность должна иметь система отопления, если все вышесказанное необходимо выполнить за 1час? (Очень жесткие и почти не реальные условия – особенно касающиеся воздуха!)
Расчет выполним в программе MS Excelили в программе OOo Calc.
С цветовым форматированием ячеек и шрифтов ознакомьтесь на странице «О блоге».
Исходные данные:
1. Названия веществ пишем:
в ячейку D3: Сталь
в ячейку E3: Лед
в ячейку F3: Лед/вода
в ячейку G3: Вода
в ячейку G3: Воздух
2. Названия процессов заносим:
в ячейки D4, E4, G4, G4: нагрев
в ячейку F4: таяние
3. Удельную теплоемкость веществ c в Дж/(кг*К) пишем для стали, льда, воды и воздуха соответственно
в ячейку D5: 460
в ячейку E5: 2110
в ячейку G5: 4190
в ячейку H5: 1005
4. Удельную теплоту плавления льда λ в Дж/кг вписываем
в ячейку F6: 330000
5. Массу веществ m в кг вписываем соответственно для стали и льда
в ячейку D7: 3000
в ячейку E7: 20
Так как при превращении льда в воду масса не изменяется, то
в ячейках F7 и G7: =E7 =20
Массу воздуха находим произведением объема помещения на удельный вес
в ячейке H7: =24*15*7*1,23 =3100
6. Время процессов t в мин пишем только один раз для стали
в ячейку D8: 60
Значения времени для нагрева льда, его плавления и нагрева получившейся воды рассчитываются из условия, что все эти три процесса должны уложиться в сумме за такое же время, какое отведено на нагрев металла. Считываем соответственно
в ячейке E8: =E12/(($E$12+$F$12+$G$12)/D8) =9,7
в ячейке F8: =F12/(($E$12+$F$12+$G$12)/D8) =41,0
в ячейке G8: =G12/(($E$12+$F$12+$G$12)/D8) =9,4
Воздух также должен прогреться за это же самое отведенное время, читаем
в ячейке H8: =D8 =60,0
7. Начальную температуру всех веществ T1 в ˚C заносим
в ячейку D9: -37
в ячейку E9: -37
в ячейку H9: -37
8. Конечную температуру всех веществ T2 в ˚C заносим
в ячейку D10: 18
в ячейку G10: 18
в ячейку H10: 18
Думаю, вопросов по п.7 и п.8 быть недолжно.
Результаты расчетов:
9. Количество теплоты Q в КДж, необходимое для каждого из процессов рассчитываем
для нагрева стали в ячейке D12: =D7*D5*(D10-D9)/1000 =75900
для нагрева льда в ячейке E12: =E7*E5*(E10-E9)/1000 =1561
для плавления льда в ячейке F12: =F7*F6/1000 =6600
для нагрева воды в ячейке G12: =G7*G5*(G10-G9)/1000 =1508
для нагрева воздуха в ячейке H12: =H7*H5*(H10-H9)/1000 =171330
Общее количество необходимой для всех процессов тепловой энергии считываем
в объединенной ячейке D13E13F13G13H13: =СУММ(D12:H12) =256900
В ячейках D14, E14, F14, G14, H14, и объединенной ячейке D15E15F15G15H15 количество теплоты приведено в дугой единице измерения – в ГКал (в гигакалориях).
10. Тепловая мощность N в КВт, необходимая для каждого из процессов рассчитывается
для нагрева стали в ячейке D16: =D12/(D8*60) =21,083
для нагрева льда в ячейке E16: =E12/(E8*60) =2,686
для плавления льда в ячейке F16: =F12/(F8*60) =2,686
для нагрева воды в ячейке G16: =G12/(G8*60) =2,686
для нагрева воздуха в ячейке H16: =H12/(H8*60) =47,592
Суммарная тепловая мощность необходимая для выполнения всех процессов за время t рассчитывается
в объединенной ячейке D17E17F17G17H17: =D13/(D8*60) =71,361
В ячейках D18, E18, F18, G18, H18, и объединенной ячейке D19E19F19G19H19 тепловая мощность приведена в дугой единице измерения – в Гкал/час.
На этом расчет в Excel завершен.
Выводы:
Обратите внимание, что для нагрева воздуха необходимо более чем в два раза больше затратить энергии, чем для нагрева такой же массы стали.
При нагреве воды затраты энергии в два раза больше, чем при нагреве льда. Процесс плавления многократно больше потребляет энергии, чем процесс нагрева (при небольшой разности температур).
Нагрев воды в десять раз затрачивает больше тепловой энергии, чем нагрев стали и в четыре раза больше, чем нагрев воздуха.
Для получения информации о выходе новых статей и для скачивания рабочих файлов программпрошу вас подписаться на анонсы в окне, расположенном в конце статьи или в окне вверху страницы.
После ввода адреса своей электронной почты и нажатия на кнопку «Получать анонсы статей» НЕ ЗАБУДЬТЕ ПОДТВЕРДИТЬ ПОДПИСКУ кликом по ссылкев письме, которое тут же придет к вам на указанную почту (иногда — в папку«Спам»)!
Мы вспомнили понятия «количество теплоты» и «тепловая мощность», рассмотрели фундаментальные формулы теплопередачи, разобрали практический пример. Надеюсь, что мой язык был прост, понятен и интересен.
Жду вопросы и комментарии на статью!
Прошу УВАЖАЮЩИХ труд автора скачать файл ПОСЛЕ ПОДПИСКИ на анонсы статей.
Ссылка на скачивание файла: raschet-teplovoy-moshchnosti (xls 19,5KB).
Другие статьи автора блога
Статьи с близкой тематикой
Отзывы
- 05 декабря 2018 09:37:54
- Просмотров: 3135
Начало выполнения подготовки проекта отопления, как жилых загородных домов, так и производственных комплексов, следует с теплотехнического расчёта. В качестве источника тепла предполагается тепловая пушка.
Что представляет собой теплотехнический расчёт?
- Тип объекта (частный дом, одноэтажное либо многоэтажное здание, административное, производственное или складское).
- Количество проживающих в здании либо работающих в одну смену человек, количество точек подачи горячей воды.
- Архитектурная часть (габариты крыши, стен, полов, размеры дверных и оконных проёмов).
- Специальные данные, например, количество рабочих дней в году (для производств), продолжительность отопительного сезона (для объектов любого типа).
- Температурные режимы в каждом из помещений объекта (их определяет CHиП 2.04.05-91).
- Функциональное назначение (складское производственное, жилое, административное или бытовое).
- Конструкции крыши, наружных стен, полов (тип утепляющих прослоек и применяемых материалов, толщина перекрытий).
Зачем нужен теплотехнический расчёт?
- Для выбора подходящего оборудования. Данные теплового расчёта являются определяющим фактором при выборе приборов для отопления объектов. Следует учитывать множество параметров – ориентацию по сторонам света, габариты дверных и оконных проёмов, размеры помещений и их расположение в здании.
Как происходит теплотехнический расчёт
Можно воспользоваться упрощённой формулой, чтобы определить минимально допустимую мощность тепловых систем:
Qт – это тепловая нагрузка на определённое помещение; K – коэффициент теплопотерь здания; V – объём (в м 3 ) отапливаемого помещения (ширина комнаты на длину и высоту); ΔT – разница (обозначена С) между необходимой температурой воздуха внутри и температурой снаружи.
Такой показатель, как коэффициент потерь тепла (К), зависит от изоляции и типа конструкции помещения. Можно использовать упрощённые значения, рассчитанные для объектов разных типов:
- K = от 0,6-ти до 0,9-ти (повышенная степень теплоизоляции). Небольшое количество окон, снабжённых сдвоенными рамами, стены из кирпича с двойной теплоизоляцией, крыша из высококачественного материала, массивное основание пола;
- К = от 1-го до 1,9-ти (теплоизоляция средней степени). Двойная кирпичная кладка, крыша с обычной кровлей, небольшое количество окон;
- K = от 2-х до 2,9 (низкая теплоизоляция). Конструкция сооружения упрощённая, кирпичная кладка одинарная.
- K = 3-х – 4-х (отсутствие теплоизоляции). Сооружение из металлического или гофрированного листа либо упрощённая деревянная конструкция.
Определяя разницу между требуемой температурой внутри обогреваемого объёма и температурой снаружи (ΔT), следует исходить из степени комфорта, которую Вы желаете получить от тепловой установки, а также из климатических особенностей того региона, в котором находится объект. В качестве параметра по умолчанию принимаются значения, определённые CHиП 2.04.05-91:
- +18 – общественные здания и производственные цеха;
- +12 – комплексы высотного складирования, склады;
- + 5 – гаражи, а также склады без постоянного обслуживания.
Расчёт по упрощённой формуле не позволяет учитывать различия тепловых потерь здания в зависимости от типа ограждающих конструкций, утепления и размещения помещений. Так, например, больше тепла потребуют комнаты с большими окнами, высокими потолками и угловые помещения. В то же время минимальными тепловыми потерями отличаются помещения, которые не имеют внешних ограждений. Желательно использовать следующую формулу при расчёте такого параметра, как минимальная тепловая мощность:
Qт (kВт/час)=(100 Вт/м 2 * S (м 2 ) * K1 * K2 * K3 * K4 * K5 * K6 * K7)/1000, где
S – площадь комнаты, м 2 ; Bт/м 2 – удельная величина потерь тепла (65-80 ватт/м 2 ). В этот показатель входят утечки тепла через вентиляцию, поглощения стенами, окнами и прочие виды утечек; К1 – коэффициент утечки тепла через окна:
- при наличии тройного стеклопакета К1 = 0,85;
- если стеклопакет двойной, то К1 = 1,0;
- при стандартном остеклении К1 = 1,27;
К2 – коэффициент потерь тепла стен:
- высокая теплоизоляция (показатель К2 = 0,854);
- утеплитель толщиной 150 мм либо стены в два кирпича (показатель К2=1,0);
- низкая теплоизоляция (показатель К2=1,27);
К3 – показатель, определяющий соотношение площадей (S) окон и пола:
- 50% КЗ=1,2;
- 40% КЗ=1,1;
- 30% КЗ=1,0;
- 20% КЗ=0,9;
- 10% КЗ=0,8;
К4 – коэффициент температуры вне помещения:
- -35°C K4=1,5;
- -25°C K4=1,3;
- -20°C K4=1,1;
- -15°C K4=0,9;
- -10°C K4=0,7;
К5 – количество выходящих наружу стен:
- четыре стены К5=1,4;
- три стены К5=1,3;
- две стены К5=1,2;
- одна стена К5=1,1;
К6 – тип теплоизоляции помещения, которое располагается над отапливаемым:
- обогреваемое К6-0,8;
- теплая мансарда К6=0,9;
- не отапливаемый чердак К6=1,0;
К7 –высота потолков:
- 4,5 метра К7=1,2;
- 4,0 метра K7=1,15;
- 3,5 метра К7=1,1;
- 3,0 метра К7=1,05;
- 2,5 метра K7=1,0.
Приведём в качестве примера расчёт минимальной мощности отопительной автономной установки (по двум формулам) для отдельно стоящего сервисного помещения СТО (высота потолка 4м, площадь 250 м 2 , объём 1000 м3, окна большие с обычным остеклением, теплоизоляция потолка и стен отсутствует, конструкция – упрощённая).
По упрощённому расчёту:
Qт (кВт/час) = V * ΔT * K/860=1000 *30*4/860=139,53 кВт, где
V — объем воздуха в отапливаемом помещении (250 *4), м 3 ; ΔT — разница показателей между температурой воздуха извне комнаты и требуемой температурой воздуха внутри помещения (30°С); К — коэффициент теплопотерь строения (для зданий без теплоизоляции К = 4,0); 860 — перевод в кВт/час.
Более точный расчёт:
Qт (кВт/час) = (100 Вт/м 2 * S (м 2 ) * K1 * K2 * K3 * K4 * K5 * K6 * K7)/1000 = 100*250*1,27*1,27*1,1*1,5*1,4*1*1,15/1000=107,12 кВт/час, где
S – площадь помещения, для которого выполняется расчёт (250 м 2 ); K1 – параметр утечки тепла через окна (стандартное остекление, показатель К1 равен 1,27); К2 – значение утечки тепла через стены (плохая теплоизоляция, показатель К2 соответствует 1,27); К3 – параметр соотношения габаритов окон к площади пола (40%, показатель К3 равен 1,1); K4 – значение температуры снаружи (-35 °C, показатель K4 соответствует 1,5); K5 – количество стен, которые выходят наружу (в данном случае четыре К5 равен 1,4); К6 – показатель, определяющий тип помещения, расположенного непосредственно над отапливаемым (чердак без утепления К6=1,0); K7 – показатель, определяющий высоту потолков (4,0 м, параметр К7 соответствует 1,15).
Как можно видеть из произведённого расчёта, вторая формула предпочтительнее для расчёта мощности отопительных установок, поскольку она учитывает гораздо большее количество параметров (особенно если необходимо определить параметры маломощного оборудования, предназначенного для эксплуатации в небольших помещениях). К полученному результату надо приплюсовать небольшой запас по мощности для увеличения срока эксплуатации теплового оборудования. Выполнив несложные расчёты, Вы сможете без помощи специалистов определить необходимую мощность автономной отопительной системы для оснащения объектов жилого или промышленного назначения.
Купить тепловую пушку и другое обогреватели можно на сайте компании или посетив наш розничный магазин.
| Паспорт на воздухонагреватели PROF-06380, PROF-09380 →-33%Инфракрасные обогреватели потолочные IC (ИК панели) 3013.00 руб. 2010.00 руб. Печь электронагревательная ПЭТ СПЕКТР-1; 3; 4 (трамвайная печь)1023.00 руб. -37%Конвектор отопления Hintek GL 1000, 2000 Вт 4100.00 руб. 2600.00 руб. Электрический масляный радиатор 0.75кВт 220В1850.00 руб. Электрические воздушно-тепловые завесы 6кВт, 380В, L=1,0м; L=1,5м12190.00 руб. Электрические тепловентиляторы 6 и 9кВт, 380В4400.00 руб. -30%Электрические тепловентиляторы 3 и 5кВт, 220В 4733.00 руб. 3300.00 руб. -9%Электрические тепловентиляторы 12;15;18кВт, 380В 11133.00 руб. 10100.00 руб. -31%Тепловые пушки электрические 6 и 9 кВт, 380 В 7113.00 руб. 4940.00 руб. Содержание статьи:
Эффективность работы отопительного оборудования напрямую связана с показателем тепловой мощности. От нее зависит комфортность и уют в помещении, обогреваемом посредством газа, дров или электричества. Поэтому пользователю важно знать, что собой представляет эта физическая величина и как она рассчитывается в каждом конкретном случае.
Определение понятия тепловой мощности
Тепловая мощность оборудования напрямую зависит от количества потребляемой энергии котлом
Под мощностью тепловыделения понимается количество теплоты, образующееся при преобразовании исходного носителя в энергию обогрева. Этот показатель отличен по величине для разных видов энергоносителей и рассчитывается для каждого из них индивидуально. Для газовых котлов он зависит от объема природного или сжиженного газа, подводимого к горелке в единицу времени.
При рассмотрении электрических аналогов этот параметр напрямую связан с мощностью электроэнергии, потребляемой агрегатом от сети 220 или 380 Вольт и его тепловым КПД. Соотношение тепловых и электрических мощностей задается специальными формулами, переводящими одно значение в другое.
Необходимые характеристики
Главным узлом в отопительном котле является теплообменник
Расчет тепловой мощности очень важен, так как его результаты необходимы для определения параметров выбираемого образца отопительного оборудования. К последним традиционно относятся:
- электрическая мощность агрегата для энергозависимых моделей;
- эффективность преобразования (или КПД котла);
- производительность, определяемая как количество тепла, формируемое устройством в единицу времени.
Модели котлов, подключаемых к электросети, относятся к оборудованию с потребляемой мощностью системы отопления, приводимой к количеству сжигаемого твердого или газообразного топлива. Для независимых от электричества образов этот параметр определяется напрямую – без перерасчета на затраченную электроэнергию.
Эффективность работы любого отопительного агрегата в значительной мере зависит от правильности выбора узла, обеспечивающего преобразование тепловой энергии (теплообменника). Грамотное решение этого вопроса позволяет получить требуемую теплопроизводительность и комфортно чувствовать себя в доме даже в самые морозные дни.
Избытки по тепловой мощности нежелательны, поскольку в этом случае часть расходуемых средств тратится впустую.
Факторы, влияющие на потребность в тепле
Тепловая мощность зависит от площади помещения, климата региона, степени утепления здания
К основным факторам, определяющим потребность в тепловой энергии для помещения, относят:
- полный объем нагреваемых пространств;
- тип и качество утеплительного материала;
- климатическая зона, в которой располагается здание.
От объема помещения зависит количество воздушного пространства, нуждающегося в обогреве. Чем объемнее отапливаемое помещение, тем больше тепла потребуется для поддержания нужного микроклимата. При одинаковой высоте потолков (порядка 2,5 метров) обычно применяется упрощенный расчет, при котором за основу берется площадь комнаты.
О качестве утепления судят по способам теплоизоляции стен, а также по площади и комплекту окон и дверей. Учитывается также вид остекления – простой и тройной стеклопакет различны по тепловым потерям. Влияние климатического фактора сказывается при прочих равных условиях и учитывается как разность температур на улице и в комнате, где установлен котел.
Для прибора (батареи отопления)
Степень теплопроводности металлов – из некоторых изготавливают радиаторы
При рассмотрении факторов, влияющих на мощность нагрева радиаторов отопления, выделяются три основных:
- показатель, соответствующий разнице нагрева теплоносителя и окружающей воздушной среды – с его повышением увеличивается тепловая мощность;
- площадь поверхности, отдающей тепло;
- теплопроводность используемого материала.
В этом случае наблюдается та же линейная зависимость: с увеличением поверхности батареи возрастает и величина тепловой отдачи. По этой причине многие современные отопительные радиаторы дополняются специальными алюминиевыми ребрами, повышающими общую теплоотдачу.
Зачем нужен расчет мощностного показателя
Мощность котла выбирают по предполагаемому количеству приборов, которые придется обслуживать
Потребность в определении мощности объясняется тем, что основные характеристики котла зависят от следующих факторов:
- особенности конструкции и назначение отапливаемого объекта;
- размеры и форма каждого помещения;
- общее число жильцов;
- месторасположение на карте страны.
Расчетная мощность теплопередачи используется для определения параметров котельного оборудования, планируемого к установке именно в этом помещении. Будущий котел должен обладать производительностью, достаточной для его обогрева даже в самые холодные зимние дни. Также важно предусмотреть возможность согласованного подключения агрегата к магистральному трубопроводу. Проведенные расчеты помогут определиться с его длиной и типоразмером труб, а также с типом радиаторов и параметрами циркуляционного насоса.
Расчет тепловой мощности
Для оценки тепловой энергии существует формула определения мощности через количество теплоты: N = Q/Δ t, где Q – это количество теплоты, выраженное в джоулях, а Δ t – время выделения энергии в секундах.
При оценочных расчетах также используется специальный коэффициент (КПД), указывающий на объем израсходованного тепла. Он находится как отношение полезной энергии к мощности тепловых потерь и выражается в процентах.
Объем затраченной энергии для помещений зависит от их строительных особенностей. Тот же показатель для батарей определяется используемыми при их изготовлении материалами и особенностями конструкции.
Более точный тепловой расчет
Грамотный выбор нагревательного оборудования возможен лишь после ознакомления с порядком расчета тепловой мощности, требуемой в каждом конкретном случае. Формула, используемая для его точного определения, выглядит так: P=V∆TK= ккал/час:
- V – объем обогреваемого помещения, измеряемый в метрах кубических.
- ∆Т – разница между температурой воздуха вне и внутри помещения.
- К – коэффициент потерь тепла.
Последняя величина зависит от материала стен. На основании проведенных специалистами измерений для неутепленной деревянной конструкции она составляет 3,0-4,0. Точные значения К для различных вариантов утепления приведены ниже:
- Для зданий из одинарной кирпичной кладки и с упрощенными конструкциями окон и крыши (так называемая “простая” теплоизоляция) К=2,0-2,9.
- Утепление среднего качества (К=1,0-1,9). Это типовая конструкция, под которой понимается двойная кладка, крыша с обычной кровлей, ограниченное количество окон.
- Высококачественное утепление (К=0,6-0,9), предполагающее кирпичные стены с усиленной теплоизоляцией, малое число окон со сдвоенными рамами, прочное основание пола и крышу с надежными теплоизоляторами.
В качестве примера будет рассмотрен точный расчет мощности для нагреваемого помещения объемом 5 х 16 х 2,5 = 200 метров кубических. ∆Т определяется как разница показателя снаружи -20 °С и внутри помещения +25 °С. Принимается вариант со средней удельной теплоизоляцией (К=1-1,9). По усредненным условиям эксплуатации берем 1,7. Рассчитываем: 200 х 45 х 1,7 = 15 300 ккалчас. Исходя из того, что 1 кВт = 860 ккалчас, в итоге имеем: 15 300860 = 17,8 кВт.
Самостоятельное оборудование дома системой отопления — очень ответственное занятие. Выбирать все комплектующие, включая котёл, без предварительно подготовленных расчётов будет неразумно. В первую очередь необходимо сделать расчёт тепловой энергии на отопление здания. Калькулятор может помочь в этом вопросе. Именно площадь помещения является первым, что нужно узнать перед покупкой оборудования.
1 Простые приёмы расчёта</span></h2>
Чтобы отопление в доме было эффективным и качественным, а также были созданы комфортные условия проживания, система должна выполнять две важные функции. Они очень похожи между собой и мало чем отличаются:
- 1. Оптимальная температура воздуха во всём помещении на постоянной основе. Под потолком воздух будет теплее, но разница должна быть незначительная. Согласно общепринятым правилам, оптимальной температурой в помещении считается около +20 градусов Цельсия. Система отопления должна иметь возможность прогреть определённый объём воздуха до необходимой температуры в помещении. Если говорить о юридической стороне вопроса, то все требуемые параметры прописаны в государственных стандартах, а в частности в ГОСТ 30494–96 .
- 2. Компенсирование теплопотерь через элементы здания. К сожалению, тепловые потери являются серьёзным соперником системы отопления. Хотя их и можно минимизировать с помощью хорошей теплоизоляции, но полностью устранить не получится.
Во втором варианте тепло может уходить из дома по разным причинам и направлениям. К ним можно отнести фундамент, полы, изначально плохо заизолированные стыки строительных конструкций, выход газовых и канализационных труб, окна и стены, вентиляция и дымоход.
Разумеется, чтобы система отопления справлялась со своей основной задачей, она должна иметь запас мощности с учётом теплопотерь. Кроме этого, мощность нужно выбирать с учётом площади помещения и его расположения в здании, а также в соответствии с другими требованиями.
‘ >Устройство отопления в многоквартирном доме. Часть 2
Как правило, рассчитывать эти данные необходимо, начиная с каждой отдельной комнаты, после чего складывать все данные и добавлять 10% запаса для того, чтобы устройство не работало на своих пределах. При этом количество радиаторов в комнате после этого определить несложно, поскольку расчёты имеются по каждой из них.
В непрофессиональных кругах существует обобщённый метод расчёта, где на 1 кв. м помещения нужно 100 Вт тепловой энергии.
Самый примитивный способ подсчёта — использование формулы:
- Q — необходимое количество тепла для здания;
- S — площадь помещения;
- 100 — количество мощность в Вт на 1 кв. м.
Этот способ очень простой, но он не является совершенным. Стоит отметить, что такая формула применима только для комнат, где высота потолков от 2,5 до 3 м. То есть при более высокой комнате нужно формулу рассчитывать в зависимости от объёма помещения, а не от её квадратуры.
Разумеется, что рассчитывать теперь нужно, отталкиваясь от мощности на один кубический метр, а не квадратный. Таким образом, для кирпичного дома будет достаточно 34 кВт на один кубический метр, а для панельного 41 кВт.
Результат можно получить более точный, так как здесь учитываются не только размеры площади помещения, но и в определённой степени тип стен.
‘ >расчет нагрузки на отопление
С другой стороны, максимальная точность определяется совсем по-другому. Связано это с упущением многих нюансов, которые влияют на теплопотери.
Рекомендуем Способы расчета тепловой нагрузки на отопление
2 Особенности помещения</span></h2>
Вышеуказанные методы применимы только для приблизительного подсчёта. В связи с этим полностью им доверять не стоит. Даже человек, который ничего не понимает в подобных расчётах, может засомневаться в их правдоподобности. К примеру, не могут же быть одинаковые цифры для северных и южных регионов. Также стоит учитывать и количество окон, стен в комнате, которые выходят на улицу. Для комнаты, где одна стена контактирует с воздухом и имеется только одно окно, теплопотери будут выше, чем в угловом помещении с двумя окнами.
Кроме этого, важны и площадь самих окон, материал, из которых они изготовлены, и ещё другие нюансы, влияющие на теплопотери. Одним словом, учитывать при расчёте отопления помещения необходимо множество факторов. Сделать это не так сложно даже начинающему мастеру. Благодаря такому подходу теплопотери будут минимальными.
Рекомендуем Отопление частного дома: особенности расчета
3 Математический подход</span></h2>
За основу в этом методе также можно взять соотношение 100 кВт на 1 кв. м помещения. Но сама формула будет усовершенствованной и к ней прибавится много новых дополнительных факторов и коэффициентов.
Выглядит она следующим образом:
Q = (S x 100) x А x Б x В x Г x Д x Е x Ё x Ж x З x И x Й x К.
Рекомендуем Проект вентиляции здания
3.1 Расшифровка значений</span></h3>
Кириллические буквы взяты по алфавиту и не имеют никакого отношения к математическим формулам или законам физики. Главное, правильно сделать тепловой расчёт помещения.
Можно более детально разъяснить каждую составляющую формулы:
- 1. А — количество стен в комнате, которые контактируют с воздухом (внешние стены здания). Разумеется, что наличие внешних стен влечёт за собой тепловые потери. Кроме этого, имеются ещё и угловые комнаты, которые более уязвимы, поскольку имеют «мостики холода». Сквозь углы в помещение попадает больше холода, чем через стены. Подставлять коэффициент по этому фактору необходимо следующим образом: внешних стен нет — умножаем на 0,8, при одной — на 1, при двух — на 1,2, а при трёх — на 1,4.
- 2. Б — расположение внешних стен относительно сторон света. Даже в условиях сильных северных холодов солнечные лучи имеют значение. Логично, что стены, которые «смотрят на юг», имеют более сильное солнечное влияние, чем стены, смотрящие на север. На последние этот фактор практически не влияет, так же как и на восточную сторону. Таким образом, коэффициент «Б» можно учитывать только тогда, когда стены развёрнуты на север или восток, умножая на 1,1. Если сторона западная или южная, то учитывать влияние солнца не нужно, то есть умножение происходит только на 1.
- 3. В — влияние зимних ветров на теплопотери. Хотя иногда этот фактор и не имеет значения, так как дом расположен на участке с защитой от ветров, но если это не так, то нужно вносить поправку на холодную «розу ветров». Разумеется, что стена, в которую дует «в лоб» ветер, будет иметь намного больше теплопотерь, чем противоположна ей. В любом регионе существует уже составленная согласно многолетним наблюдениям так называемая роза ветров — график, который показывает направления ветра в зимнее и летнее время. Если есть необходимость в такой поправке, то нужно умножить значение на такой коэффициент: наветренная сторона — на 1,2, подветренная — на 1, а параллельная — на 1,1.
- 4. Г — учитывание расположения дома в определённых климатических условиях. Большое значение для количества теплопотерь имеет местонахождение здания в определённых климатических условиях. Разумеется, что в зимний период показатели термометра опускаются в минус. Но для каждого региона эти показатели разные. Как правило, эти данные можно уточнить в метеослужбе, но можно сделать расчёты и самостоятельно. При этом необходимо умножать на коэффициент от 0,7 до 1,5 при средней температуре от -10 до -35 градусов.
- 5. Д — степень утепления внутренних стен. Одним из значений теплопотерь, которое нужно учитывать при расчёте, является степень изолирования конструкций. В большей мере это относится к стенам здания. То есть их уровень термоизоляции напрямую влияет на теплопотери. Таким образом, если стены без утепления, следует умножать на 1,27, среднее качество — 1, а хорошая термоизоляция — на 0,85.
- 6. Е — поправка на высоту потолков. Во многих зданиях потолки не имеют стандартно принятой нормы высоты в 3 метра. В связи с этим и теплопотери могут быть разные исходя из такого параметра. Его стоит также учитывать. Если высота более трех метров, требуется умножать на 1,1, от 3,6 до 4 — на 1,15, более 4 — на 1,2.
- 7. Ё — тип пола. Это значение нужно учитывать так же, как и помещение, которое находится под ним. Пол считается одним из основных источников потерь тепла. Поэтому нужно внести некоторые коррективы. Пол без утепления и расположенный под подвальным помещением — следует умножать на 1,4, пол находится над землёй, но имеется утепление — на 1,2, под отапливаемым помещением — на 1.
- 8. Ж — тип верхнего помещения и потолка. Как известно, тёплый воздух всегда будет подниматься в верхнюю часть помещения, и если потолок имеет свои особенности и увеличенные теплопотери, то это тоже нужно учитывать. Если сверху расположен чердак с утеплением, то умножать нужно на 0,9, а если отапливаемое помещение, то на 0,8.
- 9. З — особенности окон. Следует учитывать и коэффициент инфильтрации здания в расчёте тепловой нагрузки. Окна являются одним из ключевых факторов при большой потере тепла. Разумеется, что в основном это зависит от качества производства самой оконной конструкции. Ранее устанавливались только деревянные конструкции, которые по степени потерь тепла значительно уступают современным стеклопакетам с несколькими камерами. Хотя и стеклопакеты бывают разные. К примеру, двухкамерные конструкции будут намного теплее однокамерных. Для учёта этого фактора следует подставлять такие значения: Деревянные окна с двойным остеклением — 1,27, однокамерные стеклопакеты — 1, двухкамерные — 0,9.
- 10. И — общая площадь остекления. Хотя можно установить самые новые окна с 3 камерами и аргоновым покрытием, но полностью избежать потерь тепла не удастся. Для того чтобы определить это значение, необходимо сначала найти общую площадь окон с помощью формулы х = Sок / Sп. После этого, в зависимости от полученного значения, умножать его от 0,8 до 1,2.
- 11. Й — наличие входной двери. Входная дверь или балкон также имеют большое значение для расчёта тепловой нагрузки на отопление здания. При каждом открытии в комнату поступает определённое количество холодного воздуха. Это нужно учитывать при расчётах теплопотерь. Если имеется одна дверь на улицу или на балкон, то умножать нужно на 1,3, а если две, то на 1,7.
‘ >Расчет потерь в тепловых сетях
3.2 Количество секций радиатора</span></h3>
После того как все данные учтены и выведено значение объёма теплопотерь, для каждой комнаты нужно правильно подсчитать количество секций радиатора для создания комфортной температуры. Для этих целей применяются разные методики. Как оказалось, посчитать расход теплоэнергии, которая уходит из помещения через разные пути, несложно.
Оптимальный вариант — это использование коэффициента площади помещения. Квадратура указана в технической документации к зданию, а требования — к количеству необходимой энергии в нормах СНиП.
‘ >Расчет потребления тепловой энергии в квартирах и домах
Согласно таким требованиям, нужно ориентироваться на следующие показатели:
- средняя полоса России — на 1 квадрат нужно от 60 до 100 Вт;
- если области северные, то этот показатель увеличивается до 150−200 Вт.
Опираясь на эти показатели, можно рассчитать необходимое потребление энергии для каждой комнаты и количество рёбер радиатора для каждой комнаты. Сколько кВт энергии имеет одно такое ребро, указано в технической документации к батарее.
Таким образом, на отопление здания расчёт тепловой нагрузки с калькулятором сделать несложно. Его можно осуществить с помощью общих методов с использованием укрупнённых значений, а также точных математических способов. Главное, правильно подойти к задаче. Только так можно получить действительно хороший результат.
‘ >Экономия тепловой энергии с помощью приточно-вытяжной вентиляции с рекуператором // FORUMHOUSEФото
С теплотехническими расчётами приходится сталкиваться владельцам частных домов, квартир или любых других объектов. Это основа основ проектирования зданий.
Понять суть этих расчётов в официальных бумагах, не так сложно, как кажется.
Для себя также можно научиться выполнять вычисления, чтобы решить, какой утеплитель применять, какой толщины он должен быть, какой мощности приобретать котёл и достаточно ли имеющихся радиаторов на данную площадь.
Ответы на эти и многие другие вопросы можно найти, если понять, что такое тепловая мощность. Формула, определение и сферы применения – читайте в статье.
Что такое тепловой расчет?
Если говорить просто, тепловой расчёт помогает точно узнать, сколько тепла хранит и теряет здание, и сколько энергии должно вырабатывать отопление, чтобы поддерживать в жилье комфортные условия.
Оценивая теплопотери и степень теплоснабжения, учитываются следующие факторы:
- Какой это объект: сколько в нём этажей, наличие угловых комнат, жилой он или производственный и т. д.
- Сколько человек будет «обитать» в здании.
- Важная деталь – это площадь остекления. И размеры кровли, стен, пола, дверей, высота потолков и т. д.
- Какова продолжительность отопительного сезона, климатические характеристики региона.
- По СНиПам определяют нормы температур, которые должны быть в помещениях.
- Толщина стен, перекрытий, выбранные теплоизоляторы и их свойства.
Могут учитываться и другие условия и особенности, например, для производственных объектов считаются рабочие и выходные дни, мощность и тип вентиляции, ориентация жилья по сторонам света и др.
Для чего нужен тепловой расчет?
Как умудрялись обходиться без тепловых расчётов строители прошлого?
Сохранившиеся купеческие дома показывают, что всё делалось просто с запасом: окна поменьше, стены – потолще. Получалось тепло, но экономически не выгодно.
Теплотехнический расчёт позволяет строить наиболее оптимально. Материалов берётся ни больше – ни меньше, а ровно столько, сколько нужно. Сокращаются габариты строения и расходы на его возведение.
Вычисление точки росы позволяет строить так, чтобы материалы не портились как можно дольше.
При газификации объекта требуется согласование со службами. Рассчитывается годовой расход газа на отопление и общая мощность тепловых источников в гигакалориях.
Нужны расчёты при подборе элементов отопительной системы. Обсчитывается система труб и радиаторов – можно узнать, какова должна быть их протяжённость, площадь поверхности. Учитывается потеря мощности при поворотах трубопровода, на стыках и прохождении арматуры.
При расчетах затрат тепловой энергии могут пригодиться знания, как перевести Гкал в Квт и обратно. В следующей статье подробно рассмотрена эта тема с примерами расчета.Полный расчет теплого водяного пола приведен в этом примере.
Знаете ли вы, что количество секций радиаторов отопления не берется “с потолка”? Слишком малое их количество приведет к тому, что в доме будет холодно, а чрезмерно больше создаст жару и приведет к чрезмерной сухости воздуха. По ссылке https://microklimat.pro/sistemy-otopleniya/raschet-sistem-otopleniya/kolichestva-sekcij-radiatorov.html приведены примеры правильного расчета радиаторов.
Расчет тепловой мощности: формула
Рассмотрим формулу и приведем примеры, как произвести расчет для зданий с разным коэффициентом рассеивания.
Vx(дельта)TxK= ккал/ч (тепловая мощность), где:
- Первый показатель «V» – объем рассчитываемого помещения;
- Дельта «Т» – разница температур – это та величина, которая показывает насколько градусов внутри помещения теплее, чем снаружи;
- «К» – коэффициент рассеивания (его еще называют «коэффициент пропускания тепла»). Величина берется из таблицы. Обычно цифра колеблется от 4 до 0,6.
Примерные величины коэффициента рассеивания для упрощенного расчёта
- Если это неутепленный металлопрофиль или доска то «К» будет = 3 – 4 единицы.
- Одинарная кирпичная кладка и минимальное утепление – «К» = от 2 до 3-ёх.
- Стена в два кирпича, стандартное перекрытие, окна и
- двери – «К» = от 1 до 2.
- Самый теплый вариант. Стеклопакеты, кирпичные стены с двойным утеплителем и т. п. – «К» = 0,6 – 0,9.
Более точный расчет можно произвести, высчитывая точные размеры отличающихся по свойствам поверхностей дома в м 2 (окна, двери и т. д.), производя расчёт для них отдельно и складывая получившиеся показатели.
Пример расчета тепловой мощности
Возьмем некое помещение 80 м 2 с высотой потолков 2,5 м и посчитаем, какой мощности котел нам потребуется для его отопления.
Вначале высчитываем кубатуру: 80 х 2,5 = 200 м 3 . Дом у нас утеплен, но недостаточно – коэффициент рассеивания 1,2.
Морозы бывают до -40 °C, а в помещении хочется иметь комфортные +22 градуса, разница температур (дельта «Т») получается 62 °C.
Подставляем в формулу мощности тепловых потерь цифры и перемножаем:
200 х 62 х 1,2 = 14880 ккал/ч.
Полученные килокалории переводим в киловатты, пользуясь конвертером:
- 1 кВт = 860 ккал;
- 14880 ккал = 17302,3 Вт.
Округляем в большую сторону с запасом, и понимаем, что в самый сильный мороз -40 градусов нам потребуется 18 кВт энергии в час.
Можем посчитать теплопотери в Вт на каждый м 2 стен и потолка. Высота потолков известна 2,5 м. Дом 80 м 2 – это может быть 8 х 10 м.
Умножаем периметр дома на высоту стен:
(8 + 10) х 2 х 2,5 = 90 м 2 поверхности стены + 80 м 2 потолок = 170 м 2 поверхности, контактирующей с холодом. Теплопотери, высчитанные нами выше, составили 18 кВт/ч, делим поверхность дома на расчетную израсходованную энергию получаем, что 1 м 2 теряет примерно 0,1 кВт или 100 Вт ежечасно при температуре на улице -40 °C, а в помещении +22 °С.
Эти данные могут стать основой для расчёта требуемой толщины утеплителя на стены.
Приведем другой пример расчета, он в некоторых моментах сложнее, но более точный.
Формула:
Q = S x (дельта)T / R:
- Q– искомая величина теплопотерь дома в Вт;
- S– площадь охлаждающих поверхностей в м 2 ;
- T– разница температур в градусах Цельсия;
- R– тепловое сопротивление материала (м 2 х К/Вт) (Метры квадратные умноженные на Кельвин и делёный на Ватт).
Итак, чтобы найти «Q» того же дома, что и в примере выше, подсчитаем площадь его поверхностей «S» (пол и окна считать не будем).
- «S» в нашем случае = 170 м 2 , из них 80 м 2 потолок и 90 м 2 – стены;
- T = 62 °С;
- R– тепловое сопротивление.
Ищем «R» по таблице тепловых сопротивлений или по формуле. Формула для расчета по коэффициенту теплопроводности такая:
R= H/ К.Т. (Н – толщина материала в метрах, К.Т. – коэффициент теплопроводности).
В этом случае, дом у нас имеет стены в два кирпича обшитые пенопластом толщиной 10 см. Потолок засыпан опилками толщиной 30 см.
Отопительную систему частного дома нужно устраивать с учетом экономии средств на энергоносители. Расчет системы отопления частного дома, а также рекомендации по выбору котлов и радиаторов – читайте внимательно.Чем и как утеплить деревянный дом изнутри, вы узнаете, прочитав эту информацию. Выбор утеплителя и технология утепления.
Из таблицы коэффициентов теплопроводности (измеряется Вт / (м 2 х К) Ватт делёный на произведение метра квадратного на Кельвин). Находим значения для каждого материала, они будут:
- кирпич – 0,67;
- пенопласт – 0,037;
- опилки – 0,065.
Подставляем данные в формулу (R= H/ К.Т.):
- R (потолка 30 см толщиной) = 0,3 / 0,065 = 4,6 (м 2 х К) / Вт;
- R (кирпичной стены 50 см) = 0,5 / 0,67 = 0,7 (м 2 х К) / Вт;
- R (пенопласт 10 см) = 0,1 / 0,037 = 2,7 (м 2 х К) / Вт;
- R (стен) = R(кирпич) + R(пенопласт) = 0,7 + 2,7 = 3,4 (м 2 х К) / Вт.
Теперь можем приступить к расчету теплопотерь «Q»:
- Q для потолка = 80 х 62 / 4,6 = 1078,2 Вт.
- Q стен = 90 х 62 / 3,4 = 1641,1 Вт.
- Остается сложить 1078,2 + 1641,1 и перевести в кВт, получается (если сразу округлить) 2,7 кВт энергии за 1 час.
Можно обратить внимание, насколько большая разница получилась в первом и втором случае, хотя объём домов и температура за окном в первом и втором случае были совершенно одинаковыми.
Всё дело в степени утомлённости домов (хотя, конечно, данные могли быть и иными, если бы мы рассчитывали пол и окна).
Заключение
Приведённые формулы и примеры показываю, что при теплотехнических расчётах очень важно учитывать как можно больше факторов, влияющих на теплопотери. Сюда входит и вентиляция, и площадь окон, степень их утомлённости и т. д.
А подход, когда на 10 м 2 дома берётся 1 кВт мощности котла – слишком приблизительный, чтобы всерьёз опираться на него.
О тепловой энергии простым языком!
Человечеству известно немного видов энергии – механическая энергия (кинетическая и потенциальная), внутренняя энергия (тепловая), энергия полей (гравитационная, электромагнитная и ядерная), химическая. Отдельно стоит выделить энергию взрыва.. энергию вакуума и еще существующую только в теории – темную энергию. В этой статье, первой в рубрике «Теплотехника», я попытаюсь на простом и доступном языке, используя практический пример, рассказать о важнейшем виде энергии в жизни людей — о тепловой энергии и о рождающей ее во времени тепловой мощности.
Несколько слов для понимания места теплотехники, как раздела науки о получении, передаче и применении тепловой энергии. Современная теплотехника выделилась из общей термодинамики, которая в свою очередь является одним из разделов физики. Термодинамика – это дословно «теплый» плюс «силовой». Таким образом, термодинамика – это наука об «изменении температуры» системы.
Воздействие на систему извне, при котором изменяется ее внутренняя энергия, может являться результатом теплообмена. Тепловая энергия, которая приобретается или теряется системой в результате такого взаимодействия с окружающей средой, называется количеством теплоты и измеряется в системе СИ в Джоулях.
Если вы не инженер-теплотехник, и ежедневно не занимаетесь теплотехническими вопросами, то вам, столкнувшись с ними, иногда без опыта бывает очень трудно быстро в них разобраться. Трудно без наличия опыта представить даже размерность искомых значений количества теплоты и тепловой мощности. Сколько Джоулей энергии необходимо чтобы нагреть 1000 метров кубических воздуха от температуры -37˚С до +18˚С. Какая нужна мощность источника тепла, чтобы сделать это за 1 час. На эти не самые сложные вопросы способны сегодня ответить «сходу» далеко не все инженеры. Иногда специалисты даже помнят формулы, но применить их на практике могут лишь единицы!
Прочитав до конца эту статью, вы сможете легко решать реальные производственные и бытовые задачи, связанные с нагревом и охлаждением различных материалов. Понимание физической сути процессов теплопередачи и знание простых основных формул – это главные блоки в фундаменте знаний по теплотехнике!
Количество теплоты при различных физических процессах.
Большинство известных веществ могут при разных температуре и давлении находиться в твердом, жидком, газообразном или плазменном состояниях. Переход из одного агрегатного состояния в другое происходит при постоянной температуре (при условии, что не меняются давление и другие параметры окружающей среды) и сопровождается поглощением или выделением тепловой энергии. Не смотря на то, что во Вселенной 99% вещества находится в состоянии плазмы, мы в этой статье не будем рассматривать это агрегатное состояние.
Рассмотрим график, представленный на рисунке. На нем изображена зависимость температуры вещества Т от количества теплоты Q , подведенного к некой закрытой системе, содержащей определенную массу какого-то конкретного вещества.
1. Твердое тело, имеющее температуру T1 , нагреваем до температуры Tпл , затрачивая на этот процесс количество теплоты равное Q1 .
2. Далее начинается процесс плавления, который происходит при постоянной температуре Тпл (температуре плавления). Для расплавления всей массы твердого тела необходимо затратить тепловой энергии в количестве Q2 — Q1 .
3. Далее жидкость, получившаяся в результате плавления твердого тела, нагреваем до температуры кипения (газообразования) Ткп , затрачивая на это количество теплоты равное Q3 — Q2 .
4. Теперь при неизменной температуре кипения Ткп жидкость кипит и испаряется, превращаясь в газ. Для перехода всей массы жидкости в газ необходимо затратить тепловую энергию в количестве Q4 — Q3 .
5. На последнем этапе происходит нагрев газа от температуры Ткп до некоторой температуры Т2 . При этом затраты количества теплоты составят Q5 — Q4 . (Если нагреем газ до температуры ионизации, то газ превратится в плазму.)
Таким образом, нагревая исходное твердое тело от температуры Т1 до температуры Т2 мы затратили тепловую энергию в количестве Q5 , переводя вещество через три агрегатных состояния.
Двигаясь в обратном направлении, мы отведем от вещества то же количество тепла Q5 , пройдя этапы конденсации, кристаллизации и остывания от температуры Т2 до температуры Т1 . Разумеется, мы рассматриваем замкнутую систему без потерь энергии во внешнюю среду.
Заметим, что возможен переход из твердого состояния в газообразное состояние, минуя жидкую фазу. Такой процесс именуется возгонкой, а обратный ему процесс – десублимацией.
Итак, уяснили, что процессы переходов между агрегатными состояниями вещества характеризуются потреблением энергии при неизменной температуре. При нагреве вещества, находящегося в одном неизменном агрегатном состоянии, повышается температура и также расходуется тепловая энергия.
Главные формулы теплопередачи.
Формулы очень просты.
Количество теплоты Q в Дж рассчитывается по формулам:
1. Со стороны потребления тепла, то есть со стороны нагрузки:
1.1. При нагревании (охлаждении):
Q = m * c *( Т2 — Т1 )
m – масса вещества в кг
с – удельная теплоемкость вещества в Дж/(кг*К)
1.2. При плавлении (замерзании):
Q = m * λ
λ – удельная теплота плавления и кристаллизации вещества в Дж/кг
1.3. При кипении, испарении (конденсации):
Q = m * r
r – удельная теплота газообразования и конденсации вещества в Дж/кг
2. Со стороны производства тепла, то есть со стороны источника:
2.1. При сгорании топлива:
Q = m * q
q – удельная теплота сгорания топлива в Дж/кг
2.2. При превращении электроэнергии в тепловую энергию (закон Джоуля — Ленца):
Q = t * I * U = t * R * I ^2=( t / R ) * U ^2
t – время в с
I – действующее значение тока в А
U – действующее значение напряжения в В
R – сопротивление нагрузки в Ом
Делаем вывод – количество теплоты прямо пропорционально массе вещества при всех фазовых превращениях и при нагреве дополнительно прямо пропорционально разности температур. Коэффициенты пропорциональности ( c , λ , r , q ) для каждого вещества имеют свои значения и определены опытным путем (берутся из справочников).
Тепловая мощность N в Вт – это количество теплоты переданное системе за определенное время:
Чем быстрее мы хотим нагреть тело до определенной температуры, тем большей мощности должен быть источник тепловой энергии – все логично.
Расчет в Excel прикладной задачи.
В жизни бывает часто необходимо сделать быстрый оценочный расчет, чтобы понять – имеет ли смысл продолжать изучение темы, делая проект и развернутые точные трудоемкие расчеты. Сделав за несколько минут расчет даже с точностью ±30%, можно принять важное управленческое решение, которое будет в 100 раз более дешевым и в 1000 раз более оперативным и в итоге в 100000 раз более эффективным, чем выполнение точного расчета в течение недели, а то и месяца, группой дорогостоящих специалистов…
Условия задачи:
В помещение цеха подготовки металлопроката размерами 24м х 15м х 7м завозим со склада на улице металлопрокат в количестве 3т. На металлопрокате есть лед общей массой 20кг. На улице -37˚С. Какое количество теплоты необходимо, чтобы нагреть металл до +18˚С; нагреть лед, растопить его и нагреть воду до +18˚С; нагреть весь объем воздуха в помещении, если предположить, что до этого отопление было полностью отключено? Какую мощность должна иметь система отопления, если все вышесказанное необходимо выполнить за 1час? (Очень жесткие и почти не реальные условия – особенно касающиеся воздуха!)
Расчет выполним в программе MS Excel или в программе OOo Calc.
С цветовым форматированием ячеек и шрифтов ознакомьтесь на странице «О блоге».
Исходные данные:
1. Названия веществ пишем:
в ячейку D3: Сталь
в ячейку E3: Лед
в ячейку F3: Лед/вода
в ячейку G3: Вода
в ячейку G3: Воздух
2. Названия процессов заносим:
в ячейки D4, E4, G4, G4: нагрев
в ячейку F4: таяние
3. Удельную теплоемкость веществ c в Дж/(кг*К) пишем для стали, льда, воды и воздуха соответственно
в ячейку D5: 460
в ячейку E5: 2110
в ячейку G5: 4190
в ячейку H5: 1005
4. Удельную теплоту плавления льда λ в Дж/кг вписываем
в ячейку F6: 330000
5. Массу веществ m в кг вписываем соответственно для стали и льда
в ячейку D7: 3000
в ячейку E7: 20
Так как при превращении льда в воду масса не изменяется, то
в ячейках F7 и G7: =E7 =20
Массу воздуха находим произведением объема помещения на удельный вес
в ячейке H7: =24*15*7*1,23 =3100
6. Время процессов t в мин пишем только один раз для стали
в ячейку D8: 60
Значения времени для нагрева льда, его плавления и нагрева получившейся воды рассчитываются из условия, что все эти три процесса должны уложиться в сумме за такое же время, какое отведено на нагрев металла. Считываем соответственно
в ячейке E8: =E12/(($E$12+$F$12+$G$12)/D8) =9,7
в ячейке F8: =F12/(($E$12+$F$12+$G$12)/D8) =41,0
в ячейке G8: =G12/(($E$12+$F$12+$G$12)/D8) =9,4
Воздух также должен прогреться за это же самое отведенное время, читаем
в ячейке H8: =D8 =60,0
7. Начальную температуру всех веществ T1 в ˚C заносим
в ячейку D9: -37
в ячейку E9: -37
в ячейку F9: 0
в ячейку G9: 0
в ячейку H9: -37
8. Конечную температуру всех веществ T2 в ˚C заносим
в ячейку D10: 18
в ячейку E10: 0
в ячейку F10: 0
в ячейку G10: 18
в ячейку H10: 18
Думаю, вопросов по п.7 и п.8 быть недолжно.
Результаты расчетов:
9. Количество теплоты Q в КДж, необходимое для каждого из процессов рассчитываем
для нагрева стали в ячейке D12: =D7*D5*(D10-D9)/1000 =75900
для нагрева льда в ячейке E12: =E7*E5*(E10-E9)/1000 = 1561
для плавления льда в ячейке F12: =F7*F6/1000 = 6600
для нагрева воды в ячейке G12: =G7*G5*(G10-G9)/1000 = 1508
для нагрева воздуха в ячейке H12: =H7*H5*(H10-H9)/1000 = 171330
Общее количество необходимой для всех процессов тепловой энергии считываем
в объединенной ячейке D13E13F13G13H13: =СУММ(D12:H12) = 256900
В ячейках D14, E14, F14, G14, H14, и объединенной ячейке D15E15F15G15H15 количество теплоты приведено в дугой единице измерения – в ГКал (в гигакалориях).
10. Тепловая мощность N в КВт, необходимая для каждого из процессов рассчитывается
для нагрева стали в ячейке D16: =D12/(D8*60) =21,083
для нагрева льда в ячейке E16: =E12/(E8*60) = 2,686
для плавления льда в ячейке F16: =F12/(F8*60) = 2,686
для нагрева воды в ячейке G16: =G12/(G8*60) = 2,686
для нагрева воздуха в ячейке H16: =H12/(H8*60) = 47,592
Суммарная тепловая мощность необходимая для выполнения всех процессов за время t рассчитывается
в объединенной ячейке D17E17F17G17H17: =D13/(D8*60) = 71,361
В ячейках D18, E18, F18, G18, H18, и объединенной ячейке D19E19F19G19H19 тепловая мощность приведена в дугой единице измерения – в Гкал/час.
На этом расчет в Excel завершен.
Выводы:
Обратите внимание, что для нагрева воздуха необходимо более чем в два раза больше затратить энергии, чем для нагрева такой же массы стали.
При нагреве воды затраты энергии в два раза больше, чем при нагреве льда. Процесс плавления многократно больше потребляет энергии, чем процесс нагрева (при небольшой разности температур).
Нагрев воды в десять раз затрачивает больше тепловой энергии, чем нагрев стали и в четыре раза больше, чем нагрев воздуха.
Мы вспомнили понятия «количество теплоты» и «тепловая мощность», рассмотрели фундаментальные формулы теплопередачи, разобрали практический пример. Надеюсь, что мой язык был прост и понятен.
Ссылка на скачивание файла: raschet-teplovoy-moshchnosti (xls 19,5KB).
Статьи с близкой тематикой
Отзывы
117 комментариев на «О тепловой энергии простым языком!»
-
Тамара 10 Ноя 2013 06:57
Очень понравилась статья. У меня часто возникают вопросы по количеству теплоэнергии на отопление квартиры. Даже самой приходилось разбираться по справочникам. У меня получилось на 25% меньше, чем забито в нормы. В них включили верхний предел отрицательных температур для региона. Вы бы еще написали о пропан-бутане. 21 кг, это сколько кбм газа?
Я искала в интернете, точного расчета не нашла, примерно — 1 кбм. =
Спасибо за отзыв.
Газ имеет различный объем при разном давлении. Поэтому 1кг газа будет занимать при разном давлении разный объем. Баллон имеет неизменный объем, по мере расхода газа уменьшается его масса и падает давление, а объем не меняется.Удельная теплота сгорания пропан-бутана — 45МДж/кг. При сгорании всего газа из баллона можно получить тепловой энергии (без учета КПД печи и остатка в баллоне): Q=21кг*45МДж/кг=945МДж=0,226ГКал.
Статья интересная, напоминает советского издания, брошюры из серии «Библиотечка КВАНТ»
Спасибо за материал Мне интересен пиролизный котел для воздушного отопления В вашей статье лишний раз убедился что легче нагреть воздух в помещении , нежели идти к этому через затраты на нагрев воды, металла, и затем воздуха Но вот вопрос об использовании перегретой воды или пара пропускаемого через медные трубки радиаторов и съем тепла с них с помощью вентилятора меня заставляет задуматься о эффективности , нет скорее вопрос о сравнении эффективности двух процессов отопления Казалось бы , нагрел литр, два воды до 120 градусов (тосол) Запустил в радиатор от авто, подключил насос , включил вентилятор принудительно и кажется небольшой объем воды перегретой может заменить собой пару батарей по эффективности. Практически нет возможности проверить а просчитать знаний не хватает Из статьи понимаю что эффективней при обогреве, но наличие таких обогревателей (GAGA-GAGA Италия) не дает уверенности в выборе метода обогрева Строю производственное помещение Отходы древесина , поэтому к пиролизнику с воздушным отоплением присматриваюсь Уже и чертежи в формате компаса купил
Михаил, я думаю, Вы что-то не правильно понимаете. В конечном счете Вам ведь нужно нагреть воздух в помещении! Для этого необходимо определенное количество энергии в единицу времени — мощность! И все. Не важно как вы его будете греть. Нет никаких пустых затрат на нагрев воды, металла. Есть КПД котлов, стоимость топлива и стоимость постройки и эксплуатации системы отопления!
Прочитайте внимательно вот здесь.
Спасибо. Статья помогла при выборе мощности инфракрасных обогревателей
Однако весьма и весьма полезная статья.
Файл в EXCEL просто подарок!
мы занимаемся фореловодством. проблема в том что температура воды немного ниже оптимальных параметров.
можете ли сказать как нужно рассчитать количество воздуха напрмер 30 гр для прогрева воды с 10 гр до 16 гр цельселя.
позволяет ли вышеизложенная таблица рассчитать данные параметры расхода.
Шухрат, что бы ответить на Ваш вопрос необходимо знать дополнительно: массу нагреваемой воды, теплопотери здания в окружающее пространство (в грунт и воздух), климатический район, мощность действующей системы отопления, систему вентиляции, инсоляцию. Короче, Вам нужно найти и привезти на объект грамотного и опытного проектировщика-теплотехника.
Если не учитывать вышесказанное и предположить, что все тепло от воздуха будет передано воде и «изолированная от мира» система «воздух (+30) — вода (+10)» придет в равновесие при +16 градусах, то для определения расхода воздуха достаточно указать дополнительно массу воды, объем воздуха в здании и время за которое это должно произойти.
Спасибо огромное! Столько времени сэкономил благодаря вашей табличке!
Александр, здравствуйте! Приятно смотреть на Ваши труды — огромное спасибо, что делитесь своими знаниями.
У меня к Вам есть вопрос по расчетам тепловой мощности: если брать ячейку G14, в ней энергия 0,0004Гкал/час. Я правильно понимаю, чтобы нагреть воду от 0 до 18град. нужно потратить 9,4мин?
Вот мне необходимо рассчитать для проекта нагрузку для нагрева в водоводяном теплообменнике 5м3/час воды для ГВС. Греющая вода — сетевая Т1/Т2 с температурным графиком 90/70. Могу ли я рассчитать необходимую нагрузку для нагрева этого количества воды, ну и далее для подбора диаметров труб для греющей воды до теплооменника в Вашем калькуляторе? Как это сделать? Спасибо!
Чтобы нагреть 20 кг воды от 0 до 18 градусов нужно затратить 0,0004 ГКал энергии. Чтобы сделать это за 9,4 минуты необходима мощность 2,686 КВт или 0,0023 ГКал/час.
температуры — G9 и G10.
Считываете результаты в G12, G14, G16, G18.
Далее определяете расход греющей воды обратным расчетом, и по расходу и мощности подбираете теплообменник.
Если Вы проектируете теплообменник, то с помощью моей таблицы можно лишь определить его мощность. Теплообменники бывают самых разнообразных конструкций, и расчет их различен и индивидуален.
Добрый день. Простите, наверно я туповат для разбора Вашей таблицы. Помогите пожалуйста, есть прикладной вопрос: На производстве имеется неутилизируемый (пока) остаточный пар. Характеристики: t-140 гр.С Р- 3кг/см.кв. Вопрос — до какой температуры можно нагреть емкость с водой 10м.куб. со стартовой температурой 10гр.С прямым впрыском пара за один час? Насколько увеличится общий объем жидкости? Помогите пожалуйста с расчетами. С уважением, Сергей.
Добрый день! Скажите пожалуйста, а что имеется в виду под временем процесса в строке 8? Что оно характеризует? Это получается, что за час нагревается воздух в помещении до нужной температуры и потом на протяжении оставшихся 23 часов поддерживается?
А что такое 60 в этой записи? «для нагрева воздуха в ячейке H12: =H12/(H8*60)= 47,592»
Чтобы нагреть сталь, лед, растопить лед, нагреть воду и воздух в количествах указанных в примере (в кг) необходимо энергии 256900 КДж.
Если требуется это сделать за 1 час (60 минут), то мощность источника тепловой энергии должна быть 71,361 КВт.
Если за 10 часов — мощность может быть в 10 раз меньше — 7,136 КВт.
Теплопотери здания в расчетах не участвуют. Это не расчет отопления помещения. Все нагреваемые объекты как бы изолированы от окружающей среды. Источник тепловой энергии в примере включается на 1 час, все нагревает и выключается. Поддерживать нечего, теплопотерь нет. (Они, конечно есть, но их компенсировать задача, например, постоянно работающего другого источника — системы отопления помещения.)
«А что такое 60 в этой записи? «для нагрева воздуха в ячейке H12: =H12/(H8*60)= 47,592»»
В тексте опечатка! Должно быть:
«для нагрева воздуха в ячейке H16: =H12/(H8*60)= 47,592». Я ее поправил.
60 в этой записи — это перевод времени из ячейки H8, где оно в минутах — в секунды. (Система СИ: килограмм, метр, секунда.)
Большое спасибо! А если нам все же нужно рассчитать сколько гигакаллорий уходит вообще на отопление, как учесть то, о чем Вы говорили? Как посчитать постоянно работающий другой источник? Получается, что если помещение отапливается 24 часа в сутки, то нельзя просто взять как время 24 часа (вместо 1 часа у Вас в примере)?
Возможно, Вы найдете ответ на свой вопрос, посмотрев внимательно это:
Также рекомендую полистать все статьи рубрики ТЕПЛОТЕХНИКА этого блога.
В рассмотренном в статье примере смоделирована ситуация, когда в отапливаемом помещении открываются настеж ворота, ВЕСЬ теплый воздух замещается воздухом с улицы и завозится холодный металл. Решается задача определения мощности источника тепла для возвращения нормальных климатических условий в помещении за 1 час!
Вы можете написать в ячейку D8 1440 минут (24 часа) и увидите, что энергии для нагрева указанных в расчете веществ вам понадобится столько же — 256900 КДж. Но так как греть до нужной температуры вы их собираетесь 24 часа, то мощности источника достаточно 2,973 КВт! При этом не учитываются теплопотери здания. Все тепло от источника направлено на решение задачи нагрева воздуха, стали и воды, а не окружающей среды.
Прочитал статью «О себе», то есть о Вас и у меня вопрос к Вам. Где и кем Вы работаете в настоящее время?
Ответ отправлен на почтовый ящик.
Огромное , человеческое спасибо за Ваш труд. Спасибо.
Спасибо Вам огромное, Александр. Жаль не могу назвать по отчеству, а за такую работу и отношение к нуждающимся, хочется и надо бы.
Очень полезная и интересная статья! Спасибо за Ваш труд! У меня возник вопрос по теме, только вот никак не могу ответить на него сама. А точнее, сколько понадобится времени чтобы вода закипела, например 1л, в металлической кастрюле, на газовой горелке? в Вашей таблице не получается сосчитать. может есть какая-то другая формула?
Ответ на Ваш вопрос есть в статье. Все зависит от мощности горелки, КПД (потерь тепла в окружающее пространство), химического состава газа.
Посчитайте энергию необходимую для нагрева 1л воды от 20 до 100 градусов и, зная мощность и КПД горелки найдете время.
Здраствуйте вы не могли бы отправить таблицу расщет тепловой мощности
на электронную почту буду очень благодарна
Чолпон, в конце статьи — ссылка на скачивание таблицы.
Спасибо за Ваш труд!
Добрый день, спасибо большое за удобную для понимания форму и статью. Подскажите пож-та как соотнести результаты расчета с нагревательным оборудованием: я посчитал по таблице только нагрев воздуха в загородном доме с 10 до 25 гр., объемом 360 куб. м. (масса воздуха 443 кг), за час, получилось N=1,8 кВт. Дальше смотрю тепловую газовую пушку с характеристиками: мощность 10 кВт, Max поток воздуха 300 куб.м/ч, Max расход сжиженного газа 0.7 кг/ч. Я правильно понимаю, что такая тепловая пушка справится с поставленной задачей ?
Вы посчитали мощность, необходимую для нагрева за 1 час 360 куб. м. воздуха на 15С в АБСОЛЮТНО ИЗОЛИРОВАННОМ ОТ ВНЕШНЕЙ СРЕДЫ пространстве! Но дом через стены, пол и потолок обменивается теплом с окружающим пространством!
Если на улице +10С, в доме +10С и Вы хотите нагреть воздух до +25С за 1 час и затем поддерживать этот перепад, то для расчета мощности нагревательного прибора нужно знать теплопотери дома. Посчитать их можно, зная теплопроводности материалов всех ограждающих конструкций.
Тепловая пушка 10 КВт конечно нагреет воздух и до более высокой температуры за 1 час.
При непрерывном режиме работы такая пушка, скорее всего, способна поддерживать в Вашем доме +25С и при -15С.
Спасибо большое. Понял. Вообще идея была связана с поиском экономии и скорости. Т.е. +10 в доме поддерживаетcя за счет электрокотла с теплым полом постоянно, не зависимо от уличной температуры. Если бы жили постоянно, можно было бы и котлом поддерживать +25, а поскольку ездим только на выходных, держать такую температуру все время, даже когда нас там нет очень дорого, то хотелось найти решение чтобы быстро (не более часа) разогреть объем до комфортной температуры на дельту температур 15 гр. наиболее дешевым вариантом (газ), а потом уже можно и конвектором поддерживать.
Очень полезная статья и очень полезный блог!
Желаю Вам новых идей для просвещения их на Вашем блоге!
Не могли бы поделиться для каждой тематики Вашего блога (конструирование, теплотехника, физика и пр.) тем источником (сайты, книги или иное), из которого Вы иногда черпаете знания и информацию, помимо той, что уже имеется у Вас в голове из практического жизненного опыта и прошлого обучения?
Спасибо за ответ!
Если я составлю список из нескольких сотен книг, то это будет для меня пустая трата времени, а для Вас бесполезная информация.
Заинтересовавшись каким-либо вопросом я иногда месяцами читаю и изучаю ВСЁ, что нахожу. Так как люблю и знаю математику, то предпочтение отдаю публикациям, содержащим практические методики, подкрепленные теоретическими обоснованиями.
Учитесь быстро читать и выделять важное. При наличии некоторого опыта по оглавлениям и беглому просмотру текстов Вы будете за один час отсортировывать важные данные из 15. 20 источников.
Читайте англоязычную техническую литературу. Если на русском, французском или немецком найдете 10 интересных книг или статей, то на английском их будет, как правило, 30.
Если корректно задавать такие вопросы: туннельная печь. Объем воздуха 2.4 куба. Нужна температура 110±10 градусов. В помещении 20 — 26 градусов. Печь для ткани, вертикальная 2500 выс.х1600 шир.х 600 глуб. Ткань заходит вверху, выходит внизу. Движется со скоростью от 140 см в минуту до 12 м.мин. Есть вытяжка для испарений. В основном вода. На поверхности ткани водная краска.
Основная задача минимизировать максимальную нагрузку. Есть ограничения по сети. Время нагрева ± не важно. Для стабильности предполагаю поставить тяжелую плиту над нагревательным элементами , если мысль правильная, то какой вес? Какая мощность такой конструкции ±? 6 кВт достаточно?
Всё зависит от теплотехнических характеристик и размеров стен печи, геометрии и размеров входных и выходных окон, от параметров вытяжки, от теплоемкости мокрой ткани.
Коротко — нужен проектный расчет печи. Исходных данных мало.
Ну или можно, как обычно, — «методом тыка».
Спасибо за ответ!
На все вопросы можно ответить, но, похоже метод тыка проще)) а если рассматривать упрощенный вариант, так: нагреть воздух до 110 градусов, например за 15 минут внутри печи, в закрытом состоянии, после выхода на 110 градусов, запускаем цикл, каждую минуту за счет попадания воздуха и ткани внутрь печи температура будет стремиться упасть, например на 10 градусов,нужно будет в течении полминуты догреть на 10 градусов, чтобы вернуться к 110 и удерживать этот баланс, все остальные параметры не учитывать.
Чтобы нагреть 2,4 м3 воздуха (без учета теплопотерь) от 20С до 110С за 15 минут необходим источник тепла мощностью 0,297 кВт.
Чтобы нагреть 2,4 м3 воздуха (без учета потерь тепла в окружающее пространство)от 100С до 110С за 0,5 минуты мощность источника тепла должна быть 0,989 кВт.
Но у Вас в печи кроме нагрева воздуха необходимо нагревать ткань, нагревать воду и испарять воду — на это потребуется определенное количество энергии.
Если знаете массу и удельную теплоемкость сухой ткани, массу воды, то можно учесть вышеперечисленные процессы.
Получив суммарную мощность и предположив КПД печи = 0,5. 0,6 (меньше не должен быть — у чайника на газовой плите — 0,3), найдете необходимую мощность нагревателя.
Закон Джоуля-Ленца, а точнее его вариации с помощью закона Ома, поправьте, пожалуйста, а то запутаются люди.
Попробовал Ваш расчет для процесса охлаждения. Пытаюсь сделать мини-морозильник для охлаждения до -50С небольшого — 300 грамм нержавейки — цилиндра. Использую термоэлемент Пельтье. Почему реальный процесс идет по экспоненте? Не достигая темп-ры ниже минус 36С. Вкачивал и хорошую мо-
щность (до 200 Ватт) — бесполезно. Изоляция хорошая — 5 см везде (пена). Отвод тепла —
гидронасос с поддержанием температуры +4С. У Вас есть что-нибудь для меня?
Видимо, реальный процесс идет по экспоненте потому, что Вы теряете энергию в окружающее пространство. Иначе Вы бы легко достигли -273С и пошли не останавливаясь дальше. 🙂
Александр, добрый день! Подскажите как расчитать темературу стальной трубы на расстоянии 150мм от сварного шва во время сварки? Заранее спасибо!
«Во время сварки» — означает: во времени. А из этого следует, что процесс нужно описать дифференциальными уравнениями. Как учитывать потери в пространство? Не знаю. Знаю, что они сильно зависят от температуры и скорости движения воздуха.
Не знаю зачем Вам это нужно, но не проще ли просто на практике измерить температуру термометром или пирометром?
спасибо большое за интересную и полезную статью.
Вы не могли бы помочь в расчете необходимой мощности котла для следующего:
Объём комнаты 300 куб м.
Необходимо с исходных 20 град, достичь температуры воздуха в пустой комнате 70 град по Цельсию (например, за 3 часа) и удерживать постоянно. Какая мощность котла требуется, учитывая КПД 92%? Теплопотери подсчитали около 8 квт/час.
Если есть вопросы готов на них ответить.
Теплопотери измеряют в кВт или ГКал/час (не в кВт/час).
При каких условиях у Вас теплопотери 8 кВт? При каких температурах наружного и внутреннего воздуха? Если при расчетных, то Вам нужен котел 8 кВт. Его КПД не имеет в расчете значения! Котел и с высоким КПД и с низким должен выдавать тепловую мощность 8 кВт. Конечно, котел с более высоким КПД будет при этом потреблять меньше газа (электричества, угля, дров, . ).
То есть — для поддержания 70˚С Вам нужно 8 кВт.
Для нагрева 300 м3 воздуха за 3 часа на 50˚С (от 20˚С до 70˚С) БЕЗ УЧЕТА ТЕПЛОПОТЕРЬ необходимая мощность источника тепла = 1,7 кВт.
Итого: необходимая мощность котла = 9,7 кВт в первые 3 часа, а потом 8 кВт. (Хотя, возможно, хватит и вообще 8 кВт, так как теплопотери комнаты в период нагрева будут меньше. И это без учета затрат тепла на нагрев ограждающих конструкций.)
Как Вы, думаю, поняли — главное правильно посчитать теплопотери комнаты при расчетных температурах воздуха внутри и снаружи.
«Нагрев воды в десять раз затрачивает больше тепловой энергии, чем нагрев стали и в четыре раза больше, чем нагрев воздуха.» — как то с табл. не бьет.
Думаю, логично было бы в конце дать ссылку на расчет необх. мощности тепловой завесы =)
Какие таблицы Вас бьют? 🙂
Сравните просто удельные теплоемкости вышеназванных веществ и посмотрите на формулу количества энергии при нагревании.
А ссылку на расчет тепловых завес легко найдёте сами.
Нужны такие расчеты!
В смысле: «Да. Здорово. Нужны. » или Вам нужно выполнить такие расчеты?
Здравствуйте, очень интересная статья. У меня возникла необходимость сосчитать скорость нагрева воды в бочке до температуры окружающей среды. Как это сделать, зная только разницу температур. Например бочка объёмом 10 м3 с температурой воды 5 градусов и среднесуточначная температура воздуха 20 градусов. Когда температура воды в бочке станет 20 градусов, как посчитать? Или например на сколько она, вода, будет нагреваться за час?
Подскажите, Как рассчитать скорость нагрева воды в бочке на улице до температуры окружающей среды? Для простоты например 1 кубометр воды с температурой +5 градусов. На улице пусть +20 градусов. Когда вода станет 20 градусов? Как рассчитать? Мы же не знаем количество энергии, а есть только разница температур? Или количество энергии можно какое то предположить?
Полезная статья! Подскажите, а как рассчитать скорость нагрева воды до температуры окр. среды? Например имеем 1 кубометр воды температурой 5 градусов и температура на улице 20 градусов. Когда вода станет температурой 20 градусов? Сколько Энергии так сказать тратит окружающая среда нам же не известно? Как сделать такой расчёт?
Не могу отправить коммент(((
Все Ваши комментарии были на модерации, так как Вы пишете мне первый раз.
Для того чтобы нагреть 1 тонну воды от 5 до 20 градусов нужно подвести энергию:
Q=m*c*(Т2-Т1)=1000*4190*(20-5)= 62850000 Дж.
Если сделать это нужно за 1 час, то мощность источника тепла должна быть:
Но Вам нужно решить другую задачу.
А для её решения необходимо знать форму и геометрические размеры бочки, материал и толщину стенок. Сложная задача.
Естественно, чем толще стенки и меньше теплопроводность материала стенок, тем дольше вода будет сохранять температуру. Но если представить, что у нас далеко не термос. Например бочка из тоненького алюминия. То как быстро нагреется вода? Сколько же энергии передаёт окружающая, допустим чисто воздушная среда нашей бочке?
1.»Сколько же энергии передаёт окружающая, допустим чисто воздушная среда нашей бочке?»
До установления теплового баланса воздушная среда передаст ЭНЕРГИЮ в размере 62850000 Дж!
2.»Как быстро нагреется вода?»
Чтобы найти время за которое температура воды сравняется с температурой окружающего воздуха необходимо знать ФОРМУ и ГЕОМЕТРИЧЕСКИЕ РАЗМЕРЫ бочки, материал и толщину стенок, и еще массу факторов.
Почитайте Закон охлаждения Ньютона.
Добрый день. Встал вопрос «продают патронные тэны разной мощности от 100 Вт и до 2500 Вт. Каким образом можно перенести мощность тэна на алюминиевый радиатор.То есть какую площадь надо сопоставимую иметь радиатора. Понимаю что и маленькая и большие площади нагреюся только за разное время. Есть какие нибудь соотношения, рекомендации площадь ТЭНА допустим 10 см.кв. площадь радиатора должна быть Х*10 см.кв. Учитывается каким то образом расположение площади Тэна на площади радиатора. Если у Вас есть рекомендации отправьте на почту или ссылки где их можно найти. С Уважением, Сергей . erygin.1966@mail.ru
Мощность ТЭНа должна быть такой же как и расчетная тепловая мощность радиатора. Тогда радиатор будет работать при температуре наружной поверхности
Если радиатор будет меньшего размера, тогда температура начнет приближаться к 100С и возникнет опасность закипания.
Если радиатор будет большего размера, тогда температура будет меньше 80С, но тепла он будет отдавать столько же.
Площадь радиатора Вам не нужна. В паспорте указана его тепловая мощность при определенных параметрах теплоносителя. На неё и ориентируйтесь.
Думаю, Вам будет полезен этот материал:
Только не забывайте, что продукты сгорания СО и NO тоже будут внутри помещения, что будит нарушать санитарные нормы воздуха. Тепловые пушки не природны для отопления жилых помещений
Скажите уважаемые есть ли такой электронный прибор который может определить мощность бензинового примуса в цифрах или конкретно в кВт.
Спасибо. Нужно бы знать точно или вернее проверить три -четыре примуса и узнать сколько мощности они выдают?
Ну или с какой силой они горят?
Прибора не знаю.
Мощность — количество тепловой энергии в единицу времени.
Измеряйте количество бензина в кг, поджигайте и включайте секундомер.
И помните, что часть энергии «улетит» без совершения полезной работы в окружающее пространство.
Чтобы определить мощность примуса при нагреве воды, измеряйте ее количество в кг, температуру, поджигайте и включайте секундомер, тушите примус, выключайте секундомер, измеряйте новую температуру.
Как считать мощность — в статье выше.
Мощность во втором случае будет зависеть от температуры и скорости окружающего воздуха.
Физика и электротехника конечно говорят с нами законом Ома и Джоуля, но в итоге мы всё равно почему-то проигрываем в тепле. Уже не первый знакомый с коттеджа мне говорит о том, что при НОРМАЛЬНОМ напряжении и таких же морозах он платит МЕНЬШЕ чем при пониженном напряжении.
Тоесть КПД нагревателя — теплоотдача/конвекция и ещё что-то там. работают лучше при нормальном напряжении. большее количество приборов — больше потерь КПД, нежели падает КПД в одном приборе при той же суммарной мощности.
Так как мощность зависит линейно от напряжения.
Наверное этим можно объяснить проигрыш в тепле или в деньгах за электричество. — суммарным проигрышем КПД основного и дополнительных нагревателей.
Как-то можно научно просчитать эти проигрыши?? Ведь КПД нагревателей если и найдём то только при номинальном напряжении а уж при пониженном НЕТ.
Это достаточно серьёзный вопрос, у нас в Иркутске — 35!! а напряжение в доме всего 170в.
Забудьте про КПД! Если отопление осуществляется ТЭНами, то вся электроэнергия поступающая в объект превращается в тепловую энергию. Куда еще ей деваться?
И мощность не зависит линейно в данном случае от напряжения!
170^2=28900 — это уже всего 60% .
Здравствуйте Александр!Не могли бы вы подсказать:у меня печь 30м3 мне нужно поднять в ней температуру 200градусов за 40 минут. Сейчас у меня стоит 10тенов по 2.5квт за 1час температура от-5 до 114.3 градусов поднимается и встает. Что мне делать подскажите пожалуйста, а то в таблицах я не силен.)
Воздух вокруг печи -5С?
Система «окружающая среда — печь» достигает равновесного стационарного режима. Сколько тепловой энергии подается в печь, столько же уходит в окружающее пространство. При этом воздух в печи 114С.
1. Утеплять ограждающие конструкции печи.
2. Увеличивать мощность ТЭНов.
3. Повышать температуру окружающей среды до
4. Выполнять п.1,2 одновременно. (П.3 — это, скорее всего, не реально (шутка)).
Принцип расчетов подробно в — этой статье.
Печь герметичная а температура за ее приделами варьируется от -5С до +5С. Нужно чтобы температура в печи поднималась до 200С это необходимо для покраски! В ней не будет водяного отопления она отапливается через 380в и только горячим воздухом.
Я отсылал Вас к статье про водяное отопление, что бы Вы посмотрели, как считать теплопотери бокса через ограждающие конструкции. Понятно, что водой до 200С не нагреешь.
Приближенно: если 25 Квт выводят печь на стационарный режим с температурой 114С при температурном напоре 119С, то для обеспечения 200С и температурного напора 205С нужна мощность ТЭНов:
У вас плохая теплоизоляция стен, потолка! Вентиляция, надеюсь, в момент нагрева выключена?
Вообще-то, нужно делать проверочный расчет теплопотерь камеры (геометрия, стены, потолок, пол, ворота, теплопроводности материалов, . ).
Спасибо большое Александр! Вытяжки в ней нет у нее только через рельсу будет выходить тепло немного. Это камера для порошковой краски ,а по поводу геометрии погрешность 0.5см.
Интересная публикация. Я начинаю изготавливать ванну для лужения медных шин. Длина 1700мм, глубина 100мм, ширина 140мм. Заполнение на 50мм. Температура воздуха +16, температура ванны +300 гр.С. Толщина стенок ванны 8мм. сталь. Интересно какую мощность надо подавать при погружении медных шин размером 60×1600х6 интервалом в 5 минут.
Посчитайте массу медных шин, температуру на которую они нагреваются, определите количество энергии, поделите на обозначенные 5 минут — получите мощность, необходимую для регулярного нагрева шин (дополнительную мощность).
Мощность (основная) на расплавление припоя и поддержание в ванне 300 гр.С, а также потери тепла в окружающее пространство Вам известны.
Добрыый день! Подскажите пожалуйтса, где можно посмотреть, как рассчитать количество энергии необходимой для нагрева 1 метра кубического воздуха, на 1 градус по цельсию? Спасибо!
Добрый день, Александр!
Статью выше комментариев посмотреть не пробовали? Там, вроде, всё написано и даже посчитано.
В том то и дело, что пробовал. Вроде все просто, масса воздуха умножить на его теплоемкость и градусы, потом начинаю загрузать в переводе с джоулей в киловатты. Т.е не мощность, а энергия.
Количество энергии для нагрева 1 м3 воздуха на 1 гр.С:
Джоули в киловатты не переводятся!
Если нужно нагреть куб воздуха на 1 К ЗА 1 СЕКУНДУ, то мощность источника тепла должна быть:
Если нужно нагреть куб воздуха на 1 К ЗА 1 МИНУТУ, то мощность источника тепла должна быть:
Понимаете в чем разница между количеством энергии и подводимой мощностью? Для нагрева на одно и то же количество градусов одного и того же тела необходима одно и то же количество энергии. Всегда! А вот мощность источника нагрева зависит от того на сколько быстро нужно нагреть.
Я так понял, что кВт и кВт/ч величины одинаковые?
Нет кВт/ч. Есть кВт*ч — это единица количества энергии; кВт — это единица измерения мощности.
1Вт=1Дж/1с. Вт и Дж/с — величины одинаковые.
Спасибо! Пожалуйста удалите сегодняшний вопрос, просто я ответ увидел, когда обновилась страница.
Зачем удалять? Очень правильные важные вопросы! А с кВт/ч и кВт*ч попытайте коллег. Большинство ответят неправильно или вообще ничего не ответят.
Добрый день Александр,
посчитал по Вашей методике необходимую энегию для нагрева 100 кг оксида магния (планируем выпускать) с температуры 0град.цельсия до 230 получил 8,4 кВтчас и засомневался. Проверьте пожалуйста. С уважением Александр.
Это не моя методика, это физика.
Теплоемкость MgO сильно изменяется в зависимости от температуры. Если принять в указанном Вами диапазоне температур за среднее значение С=1000 Дж/(кг*К), то необходимое количество энергии Q=23000 КДж. Если необходимо нагреть за 1 час, то необходимая мощность N=6,4 Квт. Это теоретически, при условии отсутствия в нагревательном устройстве потерь в окружающее пространство (чего никогда почти не бывает).
И еще. Время прогрева по данным формулам не определяется!
Спасибо, почти совпало. Удачи
Хорошая статья. Вспомнил школу. Решил по памяти сам похожую задачу, только нагревали колёсные пары с мороза. Решил правильно! Хорошо нас учили в Советской школе. Спасибо вам за материал.
Доброго времени, Александр!
Большое спасибо за ваше математическое творчество!
Помогите с решением такой задачки.
Необходимо подобрать сечение алюминиевого стержня (при условии отсутствия теплоотдачи поверхностью)для передачи тепловой энергии через себя в кол-ве 1500 Вт*ч? (длина стержня L=0,2м).
Если теплоотдача с поверхности полностью (абсолютно) отсутствует, то проводник любого сечения рано или поздно нагреется и расплавится.
Прошу прощения, не правильно объяснил.
Допустим алюминиевый стержень с изолированной цилиндрической поверхностью, торцы являются теплопроводными. К одному торцу прикладывается тепловая энергия 1500Вт*ч с температурой 30 град.С, со второго торца снимаем энергию температурой -30 град.С.
Длина стержня L=0.2м
Процесс постоянный. Я так понимаю будет действовать Закон Фурье, но что с ним делать не совсем понимаю.
Мощность теплового потока : Q=1500Вт
Теплопроводность алюминия при 0°C: λ=236Вт/(м*К)
Температуры торцев: t1=+30°C t2=-30°C
Удельный тепловой поток: q=(t1-t2)/(L/λ)=70800Вт/м2
Площадь сечения стержня: F=Q/q=0.021м2
Александр, снова здравствуйте!
Такой вопрос к Вам: Содержащийся пар в уличном воздухе зимой присутствует в виде льда. При попадании воздуха в тёплое помещение лёд начинает таять и пройдя через жидкую фазу испаряется. Так вот, температура испарения воды будет равна 0гр. С? Т.е. сразу, как только наступил переход из твердого состояния в жидкое — влага начинает испаряться?
Так как речь идет не о воде в вакууме, а о растворе воды в воздухе, то испарение (растворение) может происходить не только при жидкой, но и при твердой фазах. Воздух при разной температуре способен «удерживать внутри себя» разное количество растворенной влаги.
Таким образом испарение воды в воздух происходит и при жидком и при твердом состоянии воды. Зависит процесс от температуры и влажности окружающего воздуха.
Впервые встречаю очень полезный, необычный блог Воробьева Александра. Спасибо!
Под лучами солнца стоит баллон с газом. Солнечные лучи не могут нагреть баллон, например, до 1000*С Как определить предел нагрева лучами солнца? Спасибо за ответ.
Если размеры баллона принять D=0,3м и L=1,0м, то площадь боковой поверхности А=3,14*D*L=0,94≈1м2
Предположим, что половина этой поверхности находится под прямыми солнечными лучами, а половина в тени.
Известно, что интенсивность потока энергии от Солннца (см. al-vo.ru/o-zhizni/solnechnaya-energiya.html) не может быть больше 1КВт/м2. Это означает, что мощность поступаемого к баллону теплового потока равна:
Полагаем, что баллон стоит вертикально, ветра нет совсем, температура окружающего воздуха +40С.
Используем программу из статьи о коэффициенте теплоотдачи (см. al-vo.ru/teplotekhnika/ko. nost-vozduh.html).
Принимаем ε=0,9; В=1м; L=1м; отводимая мощность естественной конвекцией и излучением Q2=Q1=0,5КВт.
При этом температура поверхности баллона будет +81С.
Спасибо за экспресс — ответ Александру Воробьеву и с большой благодарностью
Овощная теплица покрыта светопрозрачным покрытием.Солнечные лучи нагревают воздух и землю. Насколько земля будет снижать температуру в теплице? Огромное спасибо.
Вопрос не понятен. Солнечные лучи нагревают землю и другие поверхности, а уже от них нагревается воздух в теплице.
Продолжение темы. 1. В теплице земля покрыта пленкой. До какой температуры нагреется воздух в теплице? 2. Убрав пленку, насколько снизится температура в теплице?
Непростая неоднозначная задача с массой переменных, значения которых могут сильно варьироваться и во времени и в пространстве (широта местности, долгота дня, уровень инсоляции, размеры теплицы, светопропускная способность ограждений, температурное поле грунта, и т.д. и т.п.).
Так что продолжения темы не будет. )))
буду искать ответ в Ваших работах. Спасибо!
Мой вопрос не связан со статьей, подскажите как рассчитать тепловую мощность факельной установки с учетом неполноты сгорания топлива. если можно пришлите ответ или ссылку на источник на почту.
п.2.1 этой статьи:
Нужно знать массу сгораемой части топлива, удельную теплоту сгорания топлива и время горения.
Александр, спасибо за ссылку!
Как говорят: «все гениальное — просто», если знаешь предмет.
Подкорректировал под свои условия и исходные данные — у меня льда и воды нет, но есть оборудование, которое как оказалось требует очень значительной энергии на разогрев.
Хочу попробовать добавить в расчет теплообмен и тепловые потери помещения и думаю получится прекрасная тепловая модель помещения для оценки мощности и времени.
Но пока с помощью оценочных коэффициентов получил тепловые параметры помещения.
Поздравляю с наступающим Новым Годом! Здоровья и творческих успехов!
Кажется что к вам можно и стоит обратиться как к теплотехнику. так имееем расход води=28литров в минуту давление от 1атм до 2,5атм, вода движется тени мощностью 3×3киловата — вопрос какая температура води будет на виходе проточного устройства
Здравствуйте! У меня вопрос, пожалуйста помогите!
Итак, имеется нагреватель с мощностью 1 кВт. Сколько времени потребуется для того чтобы с его помощью передать тепло в 118 кило Джоулей?
Спасибо. мне статья понравилась. Давно не мог рассчитать, сколько экономии даёт рекуперация тепла выделяемого оборудованием, и используемого для обогрева производственных помещений. Частично для сравнительного пересчёта применил ваш расчёт.
Думаю если будет статья на эту тему многим она понадобится.
Удивительно, как много хороших отзывов, как много людей воспользовались материалом статьи, как они благодарны автору. И, конечно, он молодец, потратил время и сделал полезное людям. Присоединяюсь к словам благодарности за труд.
Но пишу по другой причине: удивительно, что решение простейшей задачи за 8-й, наверное, класс нашло такой отклик.
«Сергей, спасибо» Вы должны писать через запятую.
(не для публикации)
Александр, добрый день.
Сумасшедшая идея – воздухом из воздушного солнечного коллектора нагреть воду 500 кг от 10С до 70С через теплообменник воздух/вода.
Теплообменник из чистого алюминия толщиной 0.3 мм, параллелепипед размерами 1000×20х1000, внутри множественные разделения змейкой (чтобы увеличить трение и расстояние прохождения воздуха), по бокам труба сотка – вход/выход.
Вес воздуха 1 куб=1.2 кг, при скорости 3.5 м/с 30 л/с или за час 108000 литров = 108 кубов или 129,6 кг воздуха в час.
5 часов солнца зимой =648 кг (всё, что я могу пропустить через трубу 100 мм).
По вашей таблице 648 кг нагреть воздух от 18С до 80С – 40377 кДж или 0.0096 ГКал или 2.24 кВт (что-то сомнительно в ваттах).
18С – воздух беру из гидропоники (я сделал ОСОБОЕ строение из двойной пленки и двойного экрана (отмостка по периметру 1.5 м геомембраной), при отопление газом одной большой камфоркой и температурой наружной -5С – внутри у меня в 7 утра +11.5С).
Грунтовый аккумулятор на глубине 1.5 м (климатология Шымкент – зимой на глубине 1 м 10С), полностью обложен пенопластом в 100 мм + экран (подложка для теплых полов, 5мм) + геомембрана.
По вашей таблице нагреть воду массой 500 кг с 10С до 70С за 300 мин – 0.03 Гкал или 6.98 кВт (в кДж данных нет).
То есть за 5 солнечных часов воздухом добуду всего 2.24 кВт – но, у меня 6 кв.м. коллектора (полотно чистый Al с СЕЛЕКТИВНЫМ покрытием + хочу экранирование зеркалами).
Даже зимой 400 Вт/ч солнечной инсоляции на 1 кв.м. – я добуду 2.4 кВт ТЕПЛА, а за 5 часов это 12 кВт.
— получается я могу рассчитывать даже на нагрев 1 тонны воды?
— или я что-то не понимаю?
Александр, как мне рассчитать площадь данного теплообменника, чтобы иметь высокий КПД теплообмена?
Ведь чтобы поднять температуру воды массой 1 тонна на 1С потребуется 1.16 кВт тепла.
Разберитесь внимательно в различиях понятий энергия и мощность.
Чтобы поднять температуру воды массой 1 тонна на 1С потребуется тепловой энергии 4190 кДж.
Чтобы подвести эту энергию за 1 час необходим ИСТОЧНИК ТЕПЛОВОЙ ЭНЕРГИИ МОЩНОСТЬЮ 1,164 кВт.
Чтобы подвести эту же энергию за 1 минуту необходим ИСТОЧНИК ТЕПЛОВОЙ ЭНЕРГИИ МОЩНОСТЬЮ 69,833 кВт.
Необходимо поднять температуру суппродукта курицы замороженной с минус 16 градусов до минус 2 градусов в ванне с водой. Как рассчитать скорость разморозки. Разморозить необходимо порядка 12 тонн в смену, ритмично отправляя сырье при минус 2-4 градуса на дальнейшую переработку. Одно из условий — экономия воды и использование не теплой, чтобы не смывать жир.
Забыл, продукт в замороженных блоках размером 60см*40см*15см, весом 10кг.
