Как найти кпд электронагревателя

Перейти к содержимому

Скачать материал

без ожидания

Скачать материал

без ожидания

Описание презентации по отдельным слайдам:

• 

  1 слайд

  Государственное бюджетное общеобразовательное учреждение
  средняя общеобразовательная школа №2
  ж.-д. ст. Шентала муниципального района Шенталинский
  Самарской области
  Исследовательская работа
  «Расчёт коэффициента полезного действия домашних электронагревательных приборов»
  Выполнил ученик 9
  класса Сидоров Артём
  Руководитель: учитель
  физики Фомин В.Н.
  ст. Шентала 2016

• 

  2 слайд

  1. Сравнить КПД домашних электронагревательных приборов
  2. Проанализировать полученные данные.
  Цель исследования:

• 

  3 слайд

  Актуальность:

  Мы живем в XXI веке – веке инноваций и информационных технологий, развитие техники далеко ушло вперед. Люди до того привыкли к этим «диковинам», что перестали уделять внимание, пропуская мимо глаз, все то, что их окружает. Не многие знают, как работают электрические устройства, которыми они пользуются. В магазинах представлен большой ассортимент электронагревательных приборов, и я решил сравнить стоимость приборов с их качеством, именно поэтому я исследовал КПД электронагревательных приборов.

• 

  4 слайд

  Задачи:

  Рассмотреть тепловое действие тока.
  Изучить КПД электронагревательных приборов.
  Познакомиться с устройством электронагревательных приборов.
  Провести практическую часть и проанализировать полученный результат.

• 

  5 слайд

  Методы исследования:

  Анализ источников информации,
  Проведение эксперимента,
  Составление таблиц и диаграмм

• 

  6 слайд

  Тепловое действие тока.

  Количество выделенного тепла Q равно произведению квадрата силы тока I2, сопротивления проводника R и времени t прохождения тока через проводник:
  Q = I2 Rt
  Если в этой формуле силу тока брать в амперах, сопротивление в Омах, а время в секундах, то получим количество выделенного тепла в джоулях. Количество выделенного тепла равно количеству электрической энергии, полученной данным проводником при прохождении по нему тока

• 

  7 слайд

  Мощность.
  При наличии тока в проводнике совершается работа против сил сопротивления. Эта работа выделяется в виде тепла. Мощностью тепловых потерь называется величина, равная количеству выделившегося тепла в единицу времени.
  P=Q/t
  Согласно закону Джоуля — Ленца мощность тепловых потерь в проводнике пропорциональна силе протекающего тока и приложенному напряжению:
  P=I*U
  Мощность измеряется в ваттах

• 

  8 слайд

  Коэффициент полезного действия
  КПД – характеристика эффективности системы (устройства, машины) в отношении преобразования или передачи энергии; определяется отношением полезно использованной энергии к суммарному количеству энергии, полученному системой; обозначается обычно h = Wпол/Wcyм. КПД является безразмерной величиной и часто измеряется в процентах. Математически определение КПД может быть записано в виде:
  n= A/Q
  где А— полезная работа,
  Q – затраченная работа
  В силу закона сохранения энергии КПД всегда меньше единицы или равен ей, то есть невозможно получить полезной работы больше, чем затрачено энергии

• 

  9 слайд

  Типы КПД
  Различают КПД отдельного элемента (ступени) машины или устройства и КПД, характеризующий всю цепь преобразований энергии в системе.
  КПД первого типа в соответствии с характером преобразования энергии может быть механическим, термическим и т. д.
  Ко второму типу относятся общий, экономический, технический и др. виды КПД. Общий КПД системы равен произведению частных кпд, или кпд ступеней

• 

  10 слайд

  Закон Джоуля— Ленца
  Закон Джоуля—Ленца — физический закон, дающий количественную оценку теплового действия электрического тока. Установлен в 1841 году Джеймсом Джоулем и независимо от него в 1842 году Эмилием Ленцом.
  В словесной формулировке звучит следующим образом:
  «мощность тепла, выделяемого в единице объёма среды при протекании электрического тока, пропорциональна произведению плотности электрического тока на величину электрического поля».
  Математически может быть представлен в следующей форме:
  W=S*E=o*E2
  где w— мощность выделения тепла в единице объёма, S — плотность электрического тока, Е — напряжённость электрического поля, σ— проводимость среды.

• 

  11 слайд

  Практическое значение
  При передаче электроэнергии тепловое действие тока является нежелательным, поскольку ведёт к потерям энергии. Поскольку передаваемая мощность линейно зависит как от напряжения, так и от силы тока, а мощность нагрева зависит от силы тока квадратично, то выгодно повышать напряжение перед передачей электроэнергии, понижая в результате силу тока. Однако, повышение напряжения снижает электробезопасность линий электропередачи.
  Для применения высокого напряжения в цепи для сохранения прежней мощности на полезной нагрузке приходится увеличивать сопротивление нагрузки. Подводящие провода и нагрузка соединены последовательно. Сопротивление проводов (Rпр) можно считать постоянным. А вот сопротивление нагрузки ( Rc ) растёт при выборе более высокого напряжения в сети. Также растёт соотношение сопротивления нагрузки и сопротивления проводов. Q= Rпр* I^2 Q= Rс *I^2 Ток в сети для всех сопротивлений постоянен. Следовательно, выполняющиеся соотношения в каждом конкретном случае являются константами. Следовательно, мощность, выделяемая на проводах, обратно пропорциональна сопротивлению нагрузки, то есть уменьшается с ростом напряжения, откуда следует, что в каждом конкретном случае величина является константой, следовательно, тепло выделяемое на проводе обратно пропорционально квадрату напряжения на потребителе.

• 

  12 слайд

  Электронагревательные приборы
  Если сила тока одна и та же на всём протяжении электрической цепи, то в любом выбранном участке будет выделять тепла тем больше, чем выше сопротивление данного участка.
  За счёт сознательного увеличения сопротивления участка цепи можно добиться локализованного выделения тепла в этом участке. По этому принципу работают электронагревательные приборы. В них используется нагревательный элемент— проводник с высоким сопротивлением. Повышение сопротивления достигается (совместно или по отдельности) выбором сплава с высоким удельным сопротивлением (например, нихром, константан), увеличением длины проводника и уменьшением его поперечного сечения. Подводящие провода имеют обычное низкое сопротивление и поэтому их нагрев, как правило, незаметен .

• 

  13 слайд

  Устройство электрических чайников различных форм

• 

  14 слайд

  Электрочайник традиционной формы

• 

  15 слайд

  Электрочайник типа «кувшин»

• 

  16 слайд

  Электрочайник классического типа

• 

  17 слайд

  Электроводонагреватель

• 

  18 слайд

  Практическая часть
  Я поставил перед собой задачу: выполнить работу по измерению КПД электрического чайника и электроводонагревателя.
  В инструкциях к приборам эти данные не указаны. Когда я измерил КПД чайника, стало интересно сравнить кпд различных чайников. В результате получилась данная работа.
  Я взял различные чайники, максимальное количество воды и максимальную мощность, на которую рассчитан прибор.

• 

  19 слайд

  Расчеты
  Работа электронагревательных приборов основана на тепловом действии электрического тока. При прохождении электрического тока проводник нагревается. При этом электрическая энергия преобразуется в тепловую. Эта энергию используется в данном случае для нагревания воды. Часть энергии расходуется бесполезно (теряется) на нагревание самого чайника (или сосуда, в котором находится вода), окружающего воздуха. Коэффициент полезного действия электрического чайника и кипятильника показывает, какая часть всей энергии идет на нагревание воды.
  Чем больше КПД, тем эффективнее работает прибор.
  Коэффициент полезного действия электрического чайника и электронагревателя можно рассчитать по формуле:
  1) (1)
  где Q – количество теплоты необходимое для нагревания воды (полезное количество теплоты), А – работа электрического тока (затраченная работа).
   2) , (2)
  где с – удельная теплоемкость воды (4200 Дж/кг °C),
  V – объем воды, ρ – плотность воды (1000 кг/м3),
  t2, t1 – конечная и начальная температуры воды при нагревании.
  t2 = 100 °C (в электрочайниках вода закипела), .
    3) A = P·t, (3)
  P – потребляемая прибором мощность, t – время закипания

• 

  20 слайд

  Оборудование
  электрические чайники различных фирм,
  электроводонагреватель
  секундомер,
  термометр для измерения температуры воды.

• 

  21 слайд

  Ход работы
  Определить потребляемую мощность чайника и водонагревателя по паспорту прибора.
  Наполнить чайник водой известного объема
  Измерить начальную температуру воды термометром
  Включить чайник и довести воду до кипения. Измерить время закипания.
  Рассчитать количество теплоты, которое потребовалось для нагревания воды по формуле (2).
  Рассчитать работу электрического тока по формуле (3).
  Рассчитать КПД по формуле (1).
  Провести измерения для водонагревателя и для чайников различных фирм. Результаты занести в таблицу и сделать выводы

• 

  22 слайд

  Результаты измерений

• 

  23 слайд

  Результаты вычислений

• 

  24 слайд

  Выводы
  В результате выполнения работы я определил КПД чайников и электроводонагревателя.
  КПД электроводонагревателя оказался достаточно большим, и сравним с КПД чайников. Как я и ожидал КПД чайников мало отличаются друг от друга. Самый большой КПД у чайников «Siemens» и «Bork».
  В чайнике «Braun» было небольшое количество накипи, его КПД оказался самым маленьким. Я думаю, что именно присутствие накипи значительно снижает КПД.
  Проанализировав полученные результаты, я составил диаграммы, которые показывают зависимость качества прибора от его цены. (Цифрами на диаграммах представлены чайники в той последовательности, в которой они указаны в таблицы выше).

• 

• 

  26 слайд

  Заключение
  В ходе работы я выяснил, что принцип действия большинства электронагревательных приборов основан на законе Джоуля-Ленца .
  Данная работа может быть использована в качестве дополнительного материала при изучении темы КПД в 8 и 10 классах, а так же потенциальным покупателям поможет при покупки электронагревательных приборов.
  В ходе моей исследовательской работы я вычислил КПД электронагревательных приборов, сравнил полученные результаты между собой и сделал выводы. В процессе работы я достиг всех целей и задач, поставленных мною выше. Работа оказалась интересной и увлекательной.

• 

  27 слайд

  Список источников и литературы
  1. http://ru.wikipedia.org/wiki/
  2. Пёрышкин А. В. Физика. 8 класс — Дрофа, 2011.
  3. Большая советская энциклопедия : [в 30 т.] / гл. ред. А. М. Прохоров ; 1969—1978, т. 8
  4. Общий курс физики (в 5 томах) Год выпуска: 2002-2005 Автор: Сивухин Д.В. Издательство: ФИЗМАТЛИТ/МФТИ — т. 3. Электричество.
  5. Лабораторный практикум по курсу “Основы научных исследований” : методическое пособие / ВСГТУ ; сост. А. Б. Буянтуев. – Улан-Удэ : Издательство ВСГТУ, 2001.

Найдите материал к любому уроку, указав свой предмет (категорию), класс, учебник и тему:

6 252 668 материалов в базе

• Выберите категорию:

• Выберите учебник и тему

• Выберите класс:

• Тип материала:

  • Все материалы

  • Статьи

  • Научные работы

  • Видеоуроки

  • Презентации

  • Конспекты

  • Тесты

  • Рабочие программы

  • Другие методич. материалы

Найти материалы

Вам будут интересны эти курсы:

• Курс повышения квалификации «Информационные технологии в деятельности учителя физики»

• Курс профессиональной переподготовки «Управление персоналом и оформление трудовых отношений»

• Курс повышения квалификации «Методика написания учебной и научно-исследовательской работы в школе (доклад, реферат, эссе, статья) в процессе реализации метапредметных задач ФГОС ОО»

• Курс повышения квалификации «Организация научно-исследовательской работы студентов в соответствии с требованиями ФГОС»

• Курс профессиональной переподготовки «Клиническая психология: организация реабилитационной работы в социальной сфере»

• Курс повышения квалификации «Этика делового общения»

• Курс повышения квалификации «ЕГЭ по физике: методика решения задач»

• Курс повышения квалификации «Методы и инструменты современного моделирования»

• Курс профессиональной переподготовки «Управление сервисами информационных технологий»

• Курс профессиональной переподготовки «Организация деятельности специалиста оценщика-эксперта по оценке имущества»

• Курс профессиональной переподготовки «Организация системы менеджмента транспортных услуг в туризме»

Известно, что коэффициент полезного действия (КПД) не может быть больше единицы (или 100%). Этот показатель определяют отношением энергии, затраченной на выполнение работы, к энергии, поступившей за это же время. Поэтому затратить больше энергии, чем поступило, нельзя. Однако сейчас из рекламы можно узнать, что, например, конденсационный газовый котел имеет КПД более 100%, а тепловой насос — 200%.

Размер отапливаемой площади различными обогревателями.

Котлы, работающие на разных видах топлива, по этому показателю существенно разнятся. Самым высоким КПД обладают аппараты, использующиеся для обогрева помещения электроэнергию. Однако это не означает, что именно такие обогреватели и следует устанавливать.

Выбирая аппарат, учитывают его потребительские качества. В первую очередь это относится к такому показателю, как эксплуатационные расходы на обогрев.

Котлы на органическом топливе

Аппараты, работающие на электроэнергии, имеют КПД, равный 100%. Для использующих органическое топливо, то есть дрова или уголь, солярку (мазут) или газ, производители гарантируют такие коэффициенты:

• обычный котел на газе — η_г=90%;
• конденсационный газовый котел — η_гк=96%;
• на дизельном топливе — η_дт=85%;
• на твердом топливе (на дровах) η_др=70%; пиролизный котел обладает высшим коэффициентом, равным η_{др пир}=90%.

Таблица сравнения традиционных электрических нагревателей.

Для приобретения обогревателя необходимо рассчитать мощность, необходимую для обогрева дома. Мощность котла должна возместить потери тепла, уходящего из внутренних помещений. Точный расчет этих потерь достаточно сложен, и без специалиста не обойтись. Однако для примерного расчета можно воспользоваться данными, полученными практически.

Так, в европейских странах, где уже давно ведут строительство с утеплением стен, перекрытий и чердаков, практикой установлено, что для компенсации потерь достаточно на 1 м площади помещения 100 Вт мощности обогревателя.

Для сравнения котлов по стоимости топлива удобно воспользоваться практически установленной часовой потерей тепла на 1 м объема дома. Обозначим его как γ (кВт·ч). Теперь можно определить количество топлива, S, которое необходимо сжечь в течение часа. Это можно выполнить по формуле:

None Удельная теплота сгорания отдельных видов топлива составляет:

• 1 м природного газа 34 МДж или 9,45 кВт·ч;
• 1 кг дизельного топлива 42 МДж или 11,7 кВт·ч;
• 1 л дизельного топлива 33,6 МДж или 9,33 кВт·ч;
• 1 кг сухих дров 10 МДж или 2,78 кВт·ч; у пиролизного котла удельная теплота сгорания дров выше и равна 4 кВт·ч.

[my_custom_ad_shortcode1]

Расчет расхода отдельных видов топлива

Рассчитаем требуемое количество топлива для здания площадью 250 м, с высотой потолков 3 м, то есть V=750 м.

Для России отопительный сезон реально длится не менее 250 дней. За это время газовые котлы и котлы на жидком топливе работают примерно 6 часов в сутки, то есть всего 250×6=1500 ч.
Для этих котлов воспользуемся формулой (1), считаем, что γ=0,02 кВт·ч/м.

Принцип работы пиролизного котла. Часовой расход равен:

S_г=(750·0,02/(9,45×0,9)=1,764 м, что за 1500 часов работы составит 2645 м.

Для газового конденсационного котла объем потребленного газа составит 2480 м.

• котел на дизельном топливе;

Часовой расход равен: Sдт кг=(750·0,02/(11,7×0,85)=1,51 кг, что за 1500 часов работы составит 2262 кг.

Расход дизельного топлива в литрах будет равен: Sдт л=(750·0,02/(9,33×0,85)=1,89 л, что за 1500 часов работы составит 2837 л.

Для котлов на твердом топливе такой режим работы не подходит. Эти котлы работают непрерывно, только для пиролизных котлов необходимо учитывать перерывы на закладку новой порции дров. Работая непрерывно в течение всего отопительного сезона, то есть время работы (в часах) за отопительный сезон составит 250×24=6000 ч. По формуле (1) имеем:

S_др=(750·0,02/(2,78×0,7)=7,7 кг, что за 6000 ч работы составит 46.2 т.

Рисунок 1. Процесс горения в обычном и конденсационном котле.

• пиролизный котел на дровах.

Обычный пиролизный котел имеет камеру сгорания, объем которой равен 0,1 м. Требуемый часовой расход дров составит:

S_{др пир}=(750·0,02/(4×0,9)=4,17 кг.

Чтобы определить расход за отопительный сезон, необходимо рассчитать время работы котла на одной закладке дров. В камеру объемом в 0,1 м войдет примерно 20 кг дров. То есть одной загрузки достаточно на 5 ч работы. Если время на загрузку равно 30 мин, то в течение суток необходимо выполнить 4 загрузки по 20 кг каждая, всего 80 кг в сутки. За отопительный сезон это составит 20 т. То есть пиролизный котел более чем в два раза эффективнее обычного.

Теперь, зная стоимость каждого вида топлива, легко сориентироваться, каким топливом выгодно пользоваться в районе проживания.

[my_custom_ad_shortcode2]

Почему иногда получают КПД больше единицы?

Как получают этот коэффициент больше единицы (более 100%), можно показать на примере конденсационного газового аппарата.

Для определения КПД газовых котлов необходимо знать общее количество теплоты, полученной от сгорания газа. В нее войдет и тепло, уходящее в дымоход с продуктами сгорания. Вместе с дымом в обычных котлах уходит и скрытое тепло водяных паров. Эта ситуация представлена в левой части изображения 1.

Рисунок 2. Схема масляного обогревателя. Рассчитывая КПД этих котлов, ориентируются на низшую теплоту сгорания, то есть не учитывают примерно 10% скрытой теплоты, уходящей вместе с водяными парами.

На изображении 1 справа показано, как происходит использование скрытой теплоты. Для такого котла КПД следовало бы рассчитывать по высшей теплоте сгорания, только за вычетом потерь через стену теплообменника (3%) и дымоход (1%). Тогда этот показатель был бы равен 96%.

Однако, сравнивая обычный и конденсационный котлы, КПД последнего продолжают рассчитывать по низшей теплоте сгорания, и в результате его значение получается больше 100%. Рекламируя, следовало бы обратить внимание на потенциально возможную экономию за счет уменьшения расхода газа в конденсационном котле и объяснить покупателю, как быстро окупится разница в стоимости котлов и начнется экономия средств.

[my_custom_ad_shortcode3]

О бытовых обогревателях и их КПД

Обогреватели, применяемые для обогрева отдельной комнаты, используют электроэнергию. Поэтому все тепло, которое выделилось, поступает в помещение, то есть КПД этих приборов практически равно 100%. Эффективность же использования тепла зависит не от источника энергии, а от качества самого помещения, точнее насколько долго оно способно сохранять поступившее тепло.

Рисунок 3. Принцип работы тепловентилятора.

Некоторые из обогревателей для ускорения распространения тепла по комнате, имеют вентиляторы. Если энергию, затрачиваемую на вентилятор, вычесть из общей энергии, потребляемой прибором, то остальная часть уйдет на тепло. И в этом случае можно считать, что КПД прибора как обогревателя меньше 100%.

Однако это несправедливо по отношению к прибору. Ведь он, помимо генерации тепла, еще позаботился и о его быстрейшем распространении по помещению.

Что касается коэффициента полезного использования поступившего в помещение тепла, то можно рассуждать о КПД каждого помещения. Поскольку абсолютно изолированных жилых помещения не существует, то каждое из них имеет свои особенности и свой коэффициент.

Весьма распространенным обогревателем является масляный радиатор, один из которых показан на изображении 2. Для небольших помещений обогрев с помощью масляного радиатора — это наиболее подходящий вариант.

Большую скорость распространения тепла по помещению создают тепловентиляторы. В них специально объединены нагревательный элемент (в виде спирали или пластин) и вентилятор, прогоняющий воздух через этот элемент. На изображении 3 показан один из вариантов исполнения этого обогревателя.

Инфракрасные обогреватели нагревают не воздух, а предметы, находящиеся в помещении, которые затем отдают тепло в окружающую среду. Эффективнее всех генерируют тепло карбоновые обогреватели.

Итак, коэффициент полезного действия не определяющий критерий выбора обогревателя. Все определяется доступностью конкретного вида топлива и его стоимостью.

Известно, что коэффициент полезного действия (КПД) не может быть больше единицы (или 100%). Этот показатель определяют отношением энергии, затраченной на выполнение работы, к энергии, поступившей за это же время. Поэтому затратить больше энергии, чем поступило, нельзя. Однако сейчас из рекламы можно узнать, что, например, конденсационный газовый котел имеет КПД более 100%, а тепловой насос – 200%.

Размер отапливаемой площади различными обогревателями.

Котлы, работающие на разных видах топлива, по этому показателю существенно разнятся. Самым высоким КПД обладают аппараты, использующиеся для обогрева помещения электроэнергию. Однако это не означает, что именно такие обогреватели и следует устанавливать.

Выбирая аппарат, учитывают его потребительские качества. В первую очередь это относится к такому показателю, как эксплуатационные расходы на обогрев.

[my_custom_ad_shortcode4]

Котлы на органическом топливе

Аппараты, работающие на электроэнергии, имеют КПД, равный 100%. Для использующих органическое топливо, то есть дрова или уголь, солярку (мазут) или газ, производители гарантируют такие коэффициенты:

• обычный котел на газе – η_г=90%;
• конденсационный газовый котел – η_гк=96%;
• на дизельном топливе – η_дт=85%;
• на твердом топливе (на дровах) η_др=70%; пиролизный котел обладает высшим коэффициентом, равным η_{др пир}=90%.

Таблица сравнения традиционных электрических нагревателей.

Для приобретения обогревателя необходимо рассчитать мощность, необходимую для обогрева дома. Мощность котла должна возместить потери тепла, уходящего из внутренних помещений. Точный расчет этих потерь достаточно сложен, и без специалиста не обойтись. Однако для примерного расчета можно воспользоваться данными, полученными практически.

Так, в европейских странах, где уже давно ведут строительство с утеплением стен, перекрытий и чердаков, практикой установлено, что для компенсации потерь достаточно на 1 м площади помещения 100 Вт мощности обогревателя.

Для сравнения котлов по стоимости топлива удобно воспользоваться практически установленной часовой потерей тепла на 1 м объема дома. Обозначим его как γ (кВт·ч). Теперь можно определить количество топлива, S, которое необходимо сжечь в течение часа. Это можно выполнить по формуле:

None w – удельная теплоемкость сгорания, кВт·ч.

Удельная теплота сгорания отдельных видов топлива составляет:

• 1 м природного газа 34 МДж или 9,45 кВт·ч;
• 1 кг дизельного топлива 42 МДж или 11,7 кВт·ч;
• 1 л дизельного топлива 33,6 МДж или 9,33 кВт·ч;
• 1 кг сухих дров 10 МДж или 2,78 кВт·ч; у пиролизного котла удельная теплота сгорания дров выше и равна 4 кВт·ч.

[my_custom_ad_shortcode5]

Расчет расхода отдельных видов топлива

Рассчитаем требуемое количество топлива для здания площадью 250 м, с высотой потолков 3 м, то есть V=750 м.

Для России отопительный сезон реально длится не менее 250 дней. За это время газовые котлы и котлы на жидком топливе работают примерно 6 часов в сутки, то есть всего 250×6=1500 ч. Для этих котлов воспользуемся формулой (1), считаем, что γ=0,02 кВт·ч/м3.

Принцип работы пиролизного котла. Часовой расход равен:

S_г=(750·0,02/(9,45×0,9)=1,764 м, что за 1500 часов работы составит 2645 м.

Для газового конденсационного котла объем потребленного газа составит 2480 м.

• котел на дизельном топливе;

Часовой расход равен: Sдт кг=(750·0,02/(11,7×0,85)=1,51 кг, что за 1500 часов работы составит 2262 кг.

Расход дизельного топлива в литрах будет равен: Sдт л=(750·0,02/(9,33×0,85)=1,89 л, что за 1500 часов работы составит 2837 л.

Для котлов на твердом топливе такой режим работы не подходит. Эти котлы работают непрерывно, только для пиролизных котлов необходимо учитывать перерывы на закладку новой порции дров. Работая непрерывно в течение всего отопительного сезона, то есть время работы (в часах) за отопительный сезон составит 250×24=6000 ч. По формуле (1) имеем:

S_др=(750·0,02/(2,78×0,7)=7,7 кг, что за 6000 ч работы составит 46.2 т.

Рисунок 1. Процесс горения в обычном и конденсационном котле.

• пиролизный котел на дровах.

Обычный пиролизный котел имеет камеру сгорания, объем которой равен 0,1 м. Требуемый часовой расход дров составит:

S_{др пир}=(750·0,02/(4×0,9)=4,17 кг.

Чтобы определить расход за отопительный сезон, необходимо рассчитать время работы котла на одной закладке дров. В камеру объемом в 0,1 м войдет примерно 20 кг дров. То есть одной загрузки достаточно на 5 ч работы. Если время на загрузку равно 30 мин, то в течение суток необходимо выполнить 4 загрузки по 20 кг каждая, всего 80 кг в сутки. За отопительный сезон это составит 20 т. То есть пиролизный котел более чем в два раза эффективнее обычного.

Теперь, зная стоимость каждого вида топлива, легко сориентироваться, каким топливом выгодно пользоваться в районе проживания.

[my_custom_ad_shortcode6]

Почему иногда получают КПД больше единицы?

Как получают этот коэффициент больше единицы (более 100%), можно показать на примере конденсационного газового аппарата.

Для определения КПД газовых котлов необходимо знать общее количество теплоты, полученной от сгорания газа. В нее войдет и тепло, уходящее в дымоход с продуктами сгорания. Вместе с дымом в обычных котлах уходит и скрытое тепло водяных паров. Эта ситуация представлена в левой части изображения 1.

Рисунок 2. Схема масляного обогревателя. Рассчитывая КПД этих котлов, ориентируются на низшую теплоту сгорания, то есть не учитывают примерно 10% скрытой теплоты, уходящей вместе с водяными парами.

На изображении 1 справа показано, как происходит использование скрытой теплоты. Для такого котла КПД следовало бы рассчитывать по высшей теплоте сгорания, только за вычетом потерь через стену теплообменника (3%) и дымоход (1%). Тогда этот показатель был бы равен 96%.

Однако, сравнивая обычный и конденсационный котлы, КПД последнего продолжают рассчитывать по низшей теплоте сгорания, и в результате его значение получается больше 100%. Рекламируя, следовало бы обратить внимание на потенциально возможную экономию за счет уменьшения расхода газа в конденсационном котле и объяснить покупателю, как быстро окупится разница в стоимости котлов и начнется экономия средств.

[my_custom_ad_shortcode1]

О бытовых обогревателях и их КПД

Обогреватели, применяемые для обогрева отдельной комнаты, используют электроэнергию. Поэтому все тепло, которое выделилось, поступает в помещение, то есть КПД этих приборов практически равно 100%. Эффективность же использования тепла зависит не от источника энергии, а от качества самого помещения, точнее насколько долго оно способно сохранять поступившее тепло.

Рисунок 3. Принцип работы тепловентилятора.

Некоторые из обогревателей для ускорения распространения тепла по комнате, имеют вентиляторы. Если энергию, затрачиваемую на вентилятор, вычесть из общей энергии, потребляемой прибором, то остальная часть уйдет на тепло. И в этом случае можно считать, что КПД прибора как обогревателя меньше 100%.

Однако это несправедливо по отношению к прибору. Ведь он, помимо генерации тепла, еще позаботился и о его быстрейшем распространении по помещению.

Что касается коэффициента полезного использования поступившего в помещение тепла, то можно рассуждать о КПД каждого помещения. Поскольку абсолютно изолированных жилых помещения не существует, то каждое из них имеет свои особенности и свой коэффициент.

Весьма распространенным обогревателем является масляный радиатор, один из которых показан на изображении 2. Для небольших помещений обогрев с помощью масляного радиатора – это наиболее подходящий вариант.

Большую скорость распространения тепла по помещению создают тепловентиляторы. В них специально объединены нагревательный элемент (в виде спирали или пластин) и вентилятор, прогоняющий воздух через этот элемент. На изображении 3 показан один из вариантов исполнения этого обогревателя.

Инфракрасные обогреватели нагревают не воздух, а предметы, находящиеся в помещении, которые затем отдают тепло в окружающую среду. Эффективнее всех генерируют тепло карбоновые обогреватели.

Итак, коэффициент полезного действия не определяющий критерий выбора обогревателя. Все определяется доступностью конкретного вида топлива и его стоимостью.

Самые популярные статьи блога за неделю

<index>Известно, что коэффициент полезного действия (КПД) не может быть больше единицы (или 100%). Этот показатель определяют отношением энергии, затраченной на выполнение работы, к энергии, поступившей за это же время. Поэтому затратить больше энергии, чем поступило, нельзя. Однако сейчас из рекламы можно узнать, что, например, конденсационный газовый котел имеет КПД более 100%, а тепловой насос — 200%.

Размер отапливаемой площади различными обогревателями.

Котлы, работающие на разных видах топлива, по этому показателю существенно разнятся. Самым высоким КПД обладают аппараты, использующиеся для обогрева помещения электроэнергию. Однако это не означает, что именно такие обогреватели и следует устанавливать.

Выбирая аппарат, учитывают его потребительские качества. В первую очередь это относится к такому показателю, как эксплуатационные расходы на обогрев.

[my_custom_ad_shortcode2]

Котлы на органическом топливе

Аппараты, работающие на электроэнергии, имеют КПД, равный 100%. Для использующих органическое топливо, то есть дрова или уголь, солярку (мазут) или газ, производители гарантируют такие коэффициенты:

• обычный котел на газе — η_г=90%;
• конденсационный газовый котел — η_гк=96%;
• на дизельном топливе — η_дт=85%;
• на твердом топливе (на дровах) η_др=70%; пиролизный котел обладает высшим коэффициентом, равным η_{др пир}=90%.

Таблица сравнения традиционных электрических нагревателей.

Для приобретения обогревателя необходимо рассчитать мощность, необходимую для обогрева дома. Мощность котла должна возместить потери тепла, уходящего из внутренних помещений. Точный расчет этих потерь достаточно сложен, и без специалиста не обойтись. Однако для примерного расчета можно воспользоваться данными, полученными практически.

Так, в европейских странах, где уже давно ведут строительство с утеплением стен, перекрытий и чердаков, практикой установлено, что для компенсации потерь достаточно на 1 м площади помещения 100 Вт мощности обогревателя.

Для сравнения котлов по стоимости топлива удобно воспользоваться практически установленной часовой потерей тепла на 1 м объема дома. Обозначим его как γ (кВт·ч). Теперь можно определить количество топлива, S, которое необходимо сжечь в течение часа. Это можно выполнить по формуле:

S=(γ×V)/(w×кпд), (1)Удельная теплота сгорания отдельных видов топлива составляет:

• 1 м природного газа 34 МДж или 9,45 кВт·ч;
• 1 кг дизельного топлива 42 МДж или 11,7 кВт·ч;
• 1 л дизельного топлива 33,6 МДж или 9,33 кВт·ч;
• 1 кг сухих дров 10 МДж или 2,78 кВт·ч; у пиролизного котла удельная теплота сгорания дров выше и равна 4 кВт·ч.

Веться к оглавлению</index>

[my_custom_ad_shortcode3]

Расчет расхода отдельных видов топлива

Рассчитаем требуемое количество топлива для здания площадью 250 м, с высотой потолков 3 м, то есть V=750 м.

Для России отопительный сезон реально длится не менее 250 дней. За это время газовые котлы и котлы на жидком топливе работают примерно 6 часов в сутки, то есть всего 250×6=1500 ч. Для этих котлов воспользуемся формулой (1), считаем, что γ=0,02 кВт·ч/м.

Принцип работы пиролизного котла. Часовой расход равен:

S_г=(750·0,02/(9,45×0,9)=1,764 м, что за 1500 часов работы составит 2645 м.

Для газового конденсационного котла объем потребленного газа составит 2480 м.

• котел на дизельном топливе;

Часовой расход равен: Sдт кг=(750·0,02/(11,7×0,85)=1,51 кг, что за 1500 часов работы составит 2262 кг.

Расход дизельного топлива в литрах будет равен: Sдт л=(750·0,02/(9,33×0,85)=1,89 л, что за 1500 часов работы составит 2837 л.

Для котлов на твердом топливе такой режим работы не подходит. Эти котлы работают непрерывно, только для пиролизных котлов необходимо учитывать перерывы на закладку новой порции дров. Работая непрерывно в течение всего отопительного сезона, то есть время работы (в часах) за отопительный сезон составит 250×24=6000 ч. По формуле (1) имеем:

S_др=(750·0,02/(2,78×0,7)=7,7 кг, что за 6000 ч работы составит 46.2 т.

Рисунок 1. Процесс горения в обычном и конденсационном котле.

• пиролизный котел на дровах.

Обычный пиролизный котел имеет камеру сгорания, объем которой равен 0,1 м. Требуемый часовой расход дров составит:

S_{др пир}=(750·0,02/(4×0,9)=4,17 кг.

Чтобы определить расход за отопительный сезон, необходимо рассчитать время работы котла на одной закладке дров. В камеру объемом в 0,1 м войдет примерно 20 кг дров. То есть одной загрузки достаточно на 5 ч работы. Если время на загрузку равно 30 мин, то в течение суток необходимо выполнить 4 загрузки по 20 кг каждая, всего 80 кг в сутки. За отопительный сезон это составит 20 т. То есть пиролизный котел более чем в два раза эффективнее обычного.

Теперь, зная стоимость каждого вида топлива, легко сориентироваться, каким топливом выгодно пользоваться в районе проживания. Вернся к оглавлению.

[my_custom_ad_shortcode4]

Почему иногда получают КПД больше единицы?

Как получают этот коэффициент больше единицы (более 100%), можно показать на примере конденсационного газового аппарата.

Для определения КПД газовых котлов необходимо знать общее количество теплоты, полученной от сгорания газа. В нее войдет и тепло, уходящее в дымоход с продуктами сгорания. Вместе с дымом в обычных котлах уходит и скрытое тепло водяных паров. Эта ситуация представлена в левой части изображения 1.

Рисунок 2. Схема масляного обогревателя. Рассчитывая КПД этих котлов, ориентируются на низшую теплоту сгорания, то есть не учитывают примерно 10% скрытой теплоты, уходящей вместе с водяными парами.

На изображении 1 справа показано, как происходит использование скрытой теплоты. Для такого котла КПД следовало бы рассчитывать по высшей теплоте сгорания, только за вычетом потерь через стену теплообменника (3%) и дымоход (1%). Тогда этот показатель был бы равен 96%.

Однако, сравнивая обычный и конденсационный котлы, КПД последнего продолжают рассчитывать по низшей теплоте сгорания, и в результате его значение получается больше 100%. Рекламируя, следовало бы обратить внимание на потенциально возможную экономию за счет уменьшения расхода газа в конденсационном котле и объяснить покупателю, как быстро окупится разница в стоимости котлов и начнется экономия средств.

Вернся к оглавлению.

[my_custom_ad_shortcode5]

О бытовых обогревателях и их КПД

Обогреватели, применяемые для обогрева отдельной комнаты, используют электроэнергию. Поэтому все тепло, которое выделилось, поступает в помещение, то есть КПД этих приборов практически равно 100%. Эффективность же использования тепла зависит не от источника энергии, а от качества самого помещения, точнее насколько долго оно способно сохранять поступившее тепло.

Рисунок 3. Принцип работы тепловентилятора.

Некоторые из обогревателей для ускорения распространения тепла по комнате, имеют вентиляторы. Если энергию, затрачиваемую на вентилятор, вычесть из общей энергии, потребляемой прибором, то остальная часть уйдет на тепло. И в этом случае можно считать, что КПД прибора как обогревателя меньше 100%.

Однако это несправедливо по отношению к прибору. Ведь он, помимо генерации тепла, еще позаботился и о его быстрейшем распространении по помещению.

Что касается коэффициента полезного использования поступившего в помещение тепла, то можно рассуждать о КПД каждого помещения. Поскольку абсолютно изолированных жилых помещения не существует, то каждое из них имеет свои особенности и свой коэффициент.

Весьма распространенным обогревателем является масляный радиатор, один из которых показан на изображении 2. Для небольших помещений обогрев с помощью масляного радиатора — это наиболее подходящий вариант.

Большую скорость распространения тепла по помещению создают тепловентиляторы. В них специально объединены нагревательный элемент (в виде спирали или пластин) и вентилятор, прогоняющий воздух через этот элемент. На изображении 3 показан один из вариантов исполнения этого обогревателя.

Инфракрасные обогреватели нагревают не воздух, а предметы, находящиеся в помещении, которые затем отдают тепло в окружающую среду. Эффективнее всех генерируют тепло карбоновые обогреватели.

Итак, коэффициент полезного действия не определяющий критерий выбора обогревателя. Все определяется доступностью конкретного вида топлива и его стоимостью. В комментариях к предыдущим постам видел некоторые Ваши вопросы, поэтому решил остановиться еще на одной теме. Надеюсь Вам будет интересно.

Сегодня будет короткий пост про третий миф об электрических обогревателях. После него мы заострим внимание на принципах выбора данной продукции, а затем перейдем на другую тему. После развенчания Мифа №1 и Мифа №2 осталось поговорить еще об одном мифе, который может ввести Вас в заблуждение при выборе электрического обогревателя:

Некоторые электрические обогреватели имеют повышенный коэффициент полезного действия (КПД). Частый диалог с потенциальным клиентом(К):

К — хочу использовать инфракрасные потолочные обогреватели для отопления.В  Помогите подобрать.

Я — почему Вы решили, что для электро отопления лучше использовать инфракрасные обогреватели?

К — (начитался и начинает мне рассказывать) они греют не воздух, а предметы; они экономичные; они потребляют мало энергии и т.д…Когда речь идет о нагреве электроприбором 1кВт потраченной энергии перейдет в 1кВт тепловой энергии. То есть КПД приборов равен 100% (на самом деле чуть меньше, но совсем не значительно). КПД выше 100% быть не может априори. Будь то инфракрасник, маслянник, конвектор или любой другой. И если для Вашей комнаты в 20 квадратов необходимо расчетных 2кВт тепла, то обмануть физику не удастся. Другое дело, что часто дилетантский расчет (на 10 квадратов нужно 1 кВт.) работает далеко не всегда. — тип прибора — режимы «турбо», «эко».

— нагревательный элемент особого исполненияПо факту любой тип приборов будет отдавать тепла столько, сколько потребляет, Режимы работы — это просто несколько ТЭНов в одном приборе. Чаще всего 2 ТЭНа, так в 1.5 кВт приборе будет два ТЭНа по 750 вт. Так «экономный режим» просто включается в половину номинальной мощности, но и греет, соответственно, в два раза хуже. Нагревательный элемент может только ускорить теплоотдачу, но никак не выдать больше, чем потребил.

В действительности есть способы сэкономить на электро обогреве: 1. Терморегулятор (термостат) — прибор будет отключаться при достижении заданной температуры и включаться при понижении.

2. Программатор — можно задать временной диапазон включенияотключения. Например по будням поддерживать +23 с 7-00 до 8-30, затем перейдет в режим +10, а к 17-00 и до 7-00 будет возвращать +23. 3. Датчики присутствия — определяют есть ли люди в помещении и исходя из этого выбирают какую температуру поддерживать.

Любую такую опцию может дублировать и человек просто включая прибор в сеть и отключая. Но это, конечно, не очень удобно ;). P.

S. Как всегда — готов ответить на вопросы в комментариях или поддержать дискуссию.

2С наступлением холодов все больше возникает мысль об обогревателях, выбор которых сегодня ставит в затруднительное положение многих жаждущих согреться.

[my_custom_ad_shortcode6]

Типы обогревателей

Многие из рядовых потребителей хоть раз в жизни слышали что-нибудь об обогревателях, поэтому не удивительно, что основные их типы знакомы большинству людей:

• инфракрасные;

• конвекторные;

• масляные;

• тепловентиляторы.

[my_custom_ad_shortcode1]

Что необходимо знать при выборе обогревателя?

Выбирая обогреватель, прежде всего, стоит сделать акцент на отапливаемой площади. Особенно этот показатель влияет на обогрев помещения масляным радиатором. Также стоит учесть, что если планируется постоянно перемещать с места на место обогревательное устройство, то тот же масляный радиатор обладает внушительным весом, и даже при наличии роликов перемещение его из комнаты в комнату будет затруднительным. Особенно этот показатель важен для девушек – им лучше следует приглядеться к тепловентиляторам и конвекторам, которые имеют достаточно малый вес.

Если планируется оставлять включенный обогреватель на длительное время без присмотра, то наиболее подходящим будет вариант прибора с встроенным датчиком температуры и возможностью автоматического отключения. Новые модели обогревателей имеют дистанционное управление, с помощью которого имеется возможность запрограммировать устройство на время включения, выключения, поддерживаемую температуру и др.

Для того чтобы определить, какой вам нужен обогреватель, следует подробно узнать о каждом типе устройств.

[my_custom_ad_shortcode2]

Посмотрите видео как выбрать обогреватель для дома

[my_custom_ad_shortcode3]

Инфракрасные обогреватели

Этот тип обогревающих устройств является самым эффективным из соображения энергосбережения – при использовании инфракрасных излучателей экономия электроэнергии составляет до 40%. В то же время эти обогреватели считаются самыми дорогими из всех типов устройств.

Читайте также:  Как выбрать полотенцесушитель? Виды полотенцесушителейФункционирование устройства основано на принципе действия энергии солнца – обогреватель с помощью излучаемых им инфракрасных волн обогревает предметы и людей, находящиеся в помещении, а они в свою очередь согревают воздух.

Излучатель инфракрасных волн сможет легко нагреть все предметы и поверхности вашего дома, при этом не затрачивает энергию на нерациональный обогрев пустого пространства. Среди плюсов этого вида обогревателей можно отметить следующие:

• высокая пожаробезопасность;

• автоматическая система управления;

• экологичность;

• возможность использования на открытых площадях;

• простой монтаж;

• исключает появление сырости.

Этот вид обогревателей идеально подойдет для помещений с большой площадью, а при наличии высоких потолков можно с помощью одного устройства обогреть даже складские помещения: для этого прибор необходимо разместить как можно выше. КПД при этом может достигать 90%.

Стоимость инфракрасного обогревателя начинается от 700 рублей за самые простые экземпляры и достигает нескольких десятков тысяч за сложные устройства, изготовленные для обогрева специализированных площадей.

[my_custom_ad_shortcode4]

Конвекторы

Конвектор представляет собой устройство, которое для обогрева помещения использует конвекцию теплого воздуха. В таком аппарате воздух нагревается при помощи нагревательного элемента (обычно это спираль), после чего поднимается, а на смену ему опускается холодный. К минусам такого устройства можно отнести длительное время обогрева помещения. В то же время в отличие от инфракрасных обогревателей, конвекторы могут иметь стильный дизайн – во время работы стенки конвектора практически не подвергаются нагреву, что позволяет размещать обогреватель на стене как элемент декора с полезной функцией обогрева помещения.

Читайте также:  Декоративные травы для сада: осока, хоста, молочайВ то же время необходимо помнить, что высоко размещать такой тип обогревателей нежелательно, так как при этом снизится его КПД. Оптимальным считается расположение под окном – это создаст эффект тепловой воздушной завесы и защитит помещение от холодного воздуха исходящего от окна. Стоимость таких устройств начинается от 1000 рублей.

[my_custom_ad_shortcode5]

Масляные радиаторы

Этот вид обогревателей своей формой напоминает привычный всем радиатор централизованного отопления. Это устройство отличается надежностью и абсолютной бесшумностью. Также в связи с тем, что у масляных обогревателей отсутствуют какие-либо наружные нагревательные элементы, это устройство признано самым безопасным с позиции пожарной безопасности.

Нагрев помещения происходит в результате обычного смешения теплого и холодного воздуха, которое возникает благодаря нагреву масла внутри радиатора. Так как мощность обогревателя обычно ограничивается в пределах 3 кВт, то максимальная отапливаемая площадь составляет не более 30 кв. м.

При этом на прогрев такого помещения необходимо затратить не менее 30 минут, что делает такой тип обогревателей самым неэффективным в плане обогрева помещения – КПД масляного радиатора составляет около 50%. Также стоит учесть, что устройство очень сильно сушит воздух, для чего нередко сверху на радиатор устанавливается специальная емкость с водой.

Хранение такого типа радиаторов, учитывая немалые размеры, рекомендуется осуществлять только в горизонтальном положении, что в совокупности со всеми остальными недостатками делает его самым непривлекательным из всех типов обогревателей. Читайте также:  Пластиковая газонная решётка: функции, применение, виды, технология укладкиЦена на масляные обогреватели стартует от 1500 рублей.

[my_custom_ad_shortcode6]

100% КПД – тепловентиляторы

Последним по списку, но первым по эффективности идет тепловентилятор. КПД такого обогревателя составляет почти 100%, что означает одно – вся потребляемая им энергия превращается в тепло.

Принцип работы такого прибора прост и знаком многим – стоит лишь взять в руки простой фен, который, по сути, является маленьким тепловентилятором. Внутри такого прибора размещается нагревательный элемент (спираль), тепло от нагрева которой распространяется вентилятором. Тепловентиляторы являются самыми дешевыми среди обогревателей – стоимость за простейшие устройства составляет около 250 рублей.

К плюсам тепловентиляторов можно отнести мобильность и возможность равномерного обогрева помещения. При этом следует учесть весомые недостатки этого устройства:

• высокая вероятность возгорания;

• большой объем сжигаемого кислорода;

• возникновение запахов при попадании в нагревательный элемент различных насекомых;

• сильный шум во время работы.

Если первый недостаток можно решить с помощью приобретения устройства с использованием керамической спирали, то от последних трех избавиться практически невозможно. Каждый из представленных типов обогревателей имеет как преимущества, так и недостатки, зная которые с учетом появившегося представление об обогревателях, их типах и принципах работы можно с уверенностью отправляться за приобретением устройства.

        Поделиться:</span>Чем согреться: выбираем обогреватель для дома обновлено: Май 18, 2017 автором: Используемые источники:

• https://1popechi.ru/obogrevateli/kpd.html
• https://pikabu.ru/story/mif_ob_obogrevatelyakh_3_6183709
• https://nastroike.com/dom-i-dacha/499-chem-sogretsya-vybiraem-obogrevatel-dlya-doma

Источники:

• 1popechi.ru
• teplomonster.ru
• indclimat.ru