Как найти мощность при нагревании - Сайт, где вы сможете решить свои вопросы

О тепловой энергии простым языком!

Опубликовано 13 Окт 2013
Рубрика: Теплотехника | 117 комментариев

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)

Здесь и далее:

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:

N=Q/t

Чем быстрее мы хотим нагреть тело до определенной температуры, тем большей мощности должен быть источник тепловой энергии – все логично.

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).

Другие статьи автора блога

На главную

Статьи с близкой тематикой

Отзывы

Источник

Ниже приведены формулы для расчёта мощности ТЭН для различных тепловых процессов

1. Количество теплоты необходимой для нагрева

где m — масса нагреваемого тела, [кг];
C — удельная теплоёмкость, [ Дж/кг/К]
T₁,T₀ — конечная и начальная температуры нагрева, [К]

2. Количество теплоты необходимой для плавления твёрдого тела

где λ — удельная теплота плавления, [ Дж/кг];
m — масса тела, [кг]

3. Количество теплоты необходимой для превращения жидкости в пар

где r — удельная теплота парообразования, [ Дж/кг];
m — масса тела, [кг]

Любой технологический тепловой процесс сопровождается потерями, мощность которых можно учесть по формуле:

где P_уд — удельные потери с единицы площади, [ Вт/м 2 ];
S — площадь поверхности потерь, [м 2 ]

Таким образом необходимую суммарную мощность нагревателей можно рассчитать по формуле:

где k — коэффициент учитывающий запас мощности ( можно принять k=1.2-1.3);
Q — суммарное количество теплоты для обеспечения теплового процесса, [Дж];
t — время теплового процесса, [с]
P_пот — суммарная мощность потерь, [Вт]

Пример 1. Необходимая мощность для нагрева пресс-формы

Стальная пресс-форма с размерами 254*203* 100 мм используется для изготовления полиэтиленовых деталей. Каждый час, 2.5 кг полиэтилена помещается в пресс-форму. Пресс-форма расположена между двумя плитами из нержавеющей стали размерами 380*305*38 мм., которые изолированы от прессового механизма теплоизоляцией толщиной 12.5 мм. Рабочая температура пресс-формы 205 °С. Необходимо обеспечить достижение этой температуры за 1 час при температуре окружающей среды 21 °С.

1. Находимое количество тепла

1.1 Количество тепла для нагрева пресс-формы

Q₁=m₁*C₁*( T₁-T₀)=80.4*0.46*(205-21)=6800кДж , где
масса пресс-формы m₁=2*254*203*100*2*7.8*10-6=80.4кг,
удельная теплоёмкость стали C₁=0.46кДж/кг/К,
начальная T₀= 21 °С и конечная T₁=205 °С температуры нагрева.

1.2 Количество тепла для нагрева плит

Q₂=m₂*C₂*(T₁-T₀)=68.7*0.47*(205-21)=5940кДж, где
масса пластин m₂=380*305*38*2*7.8*10-6=68.7кг , удельная теплоёмкость нерж.стали C₂=0.47кДж/кг/К

1.3 Количество тепла для нагрева полиэтилена

Q₃= m₃*C₃*(T₁-T₀)=2.5*2.3*(205-21)=1060кДж, где масса полиэтилена m₃=2.5кг, удельная теплоёмкость полиэтилена C₃=2.3Дж/кг/К

1.4 Мощность необходимая для нагрева

P_н =k*(Q₁+Q₂+Q₃)/t =1.2*(6800+5940+1060)/3600=4.6кВт=4600Вт, где k=1.2 — коэффициент учитывающий запас мощности
t=3600c — время нагрева.

2. Потери тепла при рабочей температуре

2.1 Потери на пресс-форме с вертикальных поверхностей

P_1в=S_1в*P_уд.в=.182*3800=690Вт
где S_1в=(254*100+203*100)*4=182800мм 2 =.182м 2 — площадь вертикальных поверхностей пресс-формы
P_уд.в=3800Вт/м 2 — удельные потери с вертикальной стальной поверхности при температуре 205 °С ( по рис. 1)

2.2 Потери на плитах с вертикальных поверхностей

P_2в=S_2в* P_уд.в=.104*3800=395Вт
где S_2в=(38*380+38*305)*4=104120мм 2 =.104м 2 — площадь вертикальных поверхностей плит
P_уд.в=3800Вт/м 2 — удельные потери с вертикальной стальной поверхности при температуре 205 °С ( по рис. 1 )

2.3 Потери на плитах с неизолированных горизонтальных поверхностей

P_2г=S_2г*P_уд.г=0.129*2700=350Вт
где S_2г=(380*305-254*203)*2=128676мм 2 =129м 2 — площадь неизолированных горизонтальных поверхностей плит
P_уд.г=2700Вт/м 2 — удельные потери с горизонтальной неизолированной стальной поверхности при температуре 205 °С ( по рис. 1 )

2.4 Потери на плитах с изолированных горизонтальных поверхностей

P_2ги=S_2ги*P_уд.ги=0.232*1100=255Вт
где S_2ги=380*305*2=231800мм 2 =.232м 2 — площадь неизолированных горизонтальных поверхностей плит
P_уд.ги=1100Вт/м2 — удельные потери с горизонтальной изолированной стальной поверхности при температуре 205 °С ( по рис. 4 )

2.5 Суммарные потери при рабочей температуре

P_пот=k*(P_1в +P_2в +P_2г + P_2ги)=1.2*(690+395+350+255)=2030Вт
k=1.2 — коэффициент учитывающий запас мощности

3. Необходимая суммарная мощность

При выборе нагревателей необходимо учитывать, что суммарная мощность всех нагревателей должна быть не менее рассчитанной. При этом, удельная поверхностная мощность нагревателя не должна превосходить предельно допустимую.

Пример 2. Плавление парафина

Неизолированная стальная ёмкость без крышки имеет размеры 455*610*455 мм и весит 63.5 кг. В этой ёмкости находится 76 кг парафина, который необходимо нагреть до 65 °С за 2.5 часа. Температура окружающей среды 22 °С.

1. Находимое количество тепла

1.1 Количество тепла для нагрева ёмкости

Q₁=m₁*C₁*(T₁-T₀)=63.5*0.46*(65-22)=1260кДж,
где масса ёмкости m₁=63.5 кг,
удельная теплоёмкость стали по C₁=0.46 кДж/кг/К,
начальная T₀=22 °С и конечная T₁= 65 °С температуры нагрева.

1.2 Количество тепла для нагрева парафина до температуры плавления

Q₂=m₂*C₂*(T₂-T₀)=76*2.89*(54-22)=7028кДж,
где масса парафина m₂=76кг,
температура плавления парафина T₂=54 °С,
удельная теплоёмкость твёрдого парафина C₂=2.89кДж/кг/К

1.3 Количество тепла для нагрева расплавленного парафина до конечной температуры

Q₃= m₂*C₃*(T₁ -T₀)=76*2.93*(65-54)=2450кДж,
где масса парафина m₂=76кг,
удельная теплоёмкость жидкого парафина C₂=2.93кДж/кг/К

1.4 Количество тепла для плавления парафина

Q₄= m₂*λ=76*147 =11205 кДж,
где масса парафина m₂=76 кг,
удельная теплота плавления парафина λ=147 Дж/кг

1.5 Мощность необходимая для нагрева

P_н=k*(Q₁+Q₂+Q₃+Q₃)/t=1.2*(1260+7028+2450+11205)/9000=2.95кВт=2950Вт,
где k=1.2 — коэффициент учитывающий запас мощности,
t=2.5*3600=9000c — время нагрева.

2. Потери тепла при рабочей температуре

2.1 Потери с поверхности парафина

P_п=S_п*P_удп=0.28*750=210Вт,
где S_п=455*610=277550 мм 2 =.28м 2 — площадь поверхности парафина,
P_уд.п=750 Вт/м 2 — удельные потери с поверхности парафина ( по рис. 5)

2.2 Потери с поверхности стальной ёмкости

P_ё= S_ё*P_уд.ё=1.247*590Вт=740Вт,
где S_ё=(455+610)*2*455+455*610=1246700мм 2 =1.247м 2 — площадь поверхности стальной ёмкости
P_уд.в=590Вт/м 2 — удельные потери с поверхности стальной ёмкости при температуре 65 °С ( по рис. 1 )

2.5 Суммарные потери при рабочей температуре

3. Необходимая суммарная мощность

. 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.

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!

Количество теплоты при различных физических процессах.

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 .

3. Далее жидкость, получившаяся в результате плавления твердого тела, нагреваем до температуры кипения (газообразования) Ткп , затрачивая на это количество теплоты равное Q3 — Q2 .

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.

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):

Главная Полезное Как рассчитать мощность нагревателя

Расчет мощности тэна, необходимой для поддержания заданной температуры в том или ином помещении,

рассмотрен в п.1 «Справочных данных».

1. Для проверки соответствия данных маркировки реальным параметрам

ТЭН необходимо проверить его сопротивление Омметром в горячем виде. В этом случае можно пренебречь различными коэффициентами.
Р=U*U/R,
где P — мощность, которую необходимо найти, Вт;
U — рабочее напряжение, В;
R — измеренное сопротивление тэн в горячем виде, Ом.
Например:
Напряжение в сети 220 Вольт, измеренное сопротивление равно 22 Ом. Тогда мощность тэна имеет значение: Р=220*220/22=2200 Вт=2.2 кВт.

2. Для расчета времени за которое тэн нагреет воду, используем формулу теплодинамики.

При этом для простоты будем считать, что окружающая среда, переходные процессы, емкость и т.д. не влияют на нашу систему ТЭН — жидкость:
А=С(T1-T2)m,
где А -работа, которую необходимо проделать, чтобы изменить температуру жидкости массой «m» с Т1 до Т2.
С — удельная теплоемкость жидкости;
и формулу работы электрического тока:
А=Рt,
где А — работа электрического тока,
Р — мощность установки (в нашем случае — ТЭНов), Вт,
t — время работы электрического тока, сек.
Пример: За какое время тэн мощностью 2.0 кВт согреет воду массой 1.0 кг. с 20 до 80 градусов?
Справочное данное: С для воды = 4200 Дж/кг*градус.
С(Т1-Т2)m=Рt, отсюда t=C(T1-T2)m/P=4200*(80-20)*1.0/2000=126 секунд.
Ответ: вода массой 1.0 кг нагреется тэном мощностью 2 кВт с 20 до 80 градусов за 2 минуты и 6 секунд.

3.Подбор обогревательного устройства с оптимальной мощностью.

Мощность обогревателя определяет его способность поддерживать определенную температуру в помещении. Вторая величина, от которой это зависит, — объем помещения. При этом есть одно условие — теплоизоляция помещения должна быть приемлемой для данной климатической зоны.
Для стандартной высоты жилых помещений в России в 2.2-2.5 метра соотношение мощности к площади равна 1:10, т.е. нагреватель мощностью 1 кВт может обогреть помещение в 10 кв. метров.
Если высота помещения превышает указанное выше значение, тогда необходимо использовать поправочный коэффициент. Например, если высот помещения 3 метра, тогда: К = 3 метра/2.5 метра=1,2. Т.е. в этом случает соотношение мощности прибора и отапливаемой площади будет 1,2 кВт : 10 квадратных метров.

4. Зависимость объема теплоносителя (жидкости) системы отопления от мощности.

Приблизительный расчет объема теплоносителя системы отопления можно произвести используя следующее соотношение: для отопительной системы с котлом мощностью 1кВт требуется 15 литров теплоносителя. Соответственно объем отопительной системы с котлом мощностью 10 кВт приблизительно составит 150 литров.+
Данные, полученные при таком подсчете объема теплоносителя в системе отопления, не учитывают особенностей конкретной отопительной системы и являются всего лишь приблизительными

Источник

V * T * k / 860 ккал/ч = Q

Q — необходимая тепловая мощность (кВт). V — объем помещения (м³). Рассчитывается как произведение длины, ширины и высоты. T — разница между температурой воздуха на улице и желательной температурой в помещении (C°).

Как найти мощность через кпд?

Коэффициент полезного действия (КПД) обозначается буквой η и определяется, как отношение полезной работы (или мощности) к затраченной: η = W 2 /W 1 = P 2 /P 1 . Если коэффициент полезного действия учитывает только механические потери, то его называют механическим КПД .

Как найти мощность нагревателя физика?

Например: Напряжение в сети 220 Вольт, измеренное сопротивление равно 22 Ом. Тогда мощность тэна имеет значение: Р=220*220/22=2200 Вт=2.2 кВт.

Как найти мощность тепловых потерь на резисторе?

Мощность тепловых потерь пропорциональна разности температур резистора и окружающего воздуха: PП = a(T – T0).

Как рассчитать тепловую мощность для помещения?

Расчет тепловой мощности для обогрева помещения

Точный расчет тепловой мощности обогревателя.
V *T * K = ккал/час, или
V *T *K / 860 = кВт, где
V — Объем обогреваемого помещения в кубических метрах;
T — Разница между температурами воздуха внутри и снаружи.
K — Коэффициент теплоизоляции помещения.

Сколько нужно ватт тепла на 1 квадратный метр?

Согласно норме, считается, что для нагрева одного квадратного метра пространства требуется тепловая энергия 100 Вт. Количество тепла, требуемое на 1 кубический метр, составляет не менее 41 Вт.

Как примерно оценить необходимую мощность нагревательного прибора для бытового помещения?

Формула определяемой производительности выглядит так: W=s*h/30. Например: площадь комнаты – 18 кв. м, высота ее стен – 2,8 м.

Как перевести электроэнергию в тепловую энергию?

Тепловая мощность равна электрической*(1-КПД)* коефф.

Сколько нужно квт на один м3?

Расчет количества секций радиатора

Например, 1 кубический метр площади в панельном доме требует 0,041 кВт тепловой энергии. Кирпичный дом с тепловой реабилитацией и установленными оконными стеклопакетами потребует 0,034 кВт тепловой энергии, а современные дома потребляют 0,020 кВт тепловой энергии на квадратный метр.

Сколько в 1 кВт Гкал?

Онлайн калькулятор выполнит перевод единиц измерения энергии из Киловатт час (кВт*час) в Гигакалории (Гкал) и наоборот, поможет выразить сколько Гкал в кВт*час. 1 кВт*час = 0.0008598 Гкал/час; 1 Гкал = 1.163 кВт*час.

Как перевести Гкал в кВт?

(1 гигакалория в час = 1163 киловатт)

С помощью этого калькулятора вы в один клик сможете перевести гкал/ч в кВт (гигакалории в час в киловатты) и обратно.

Чему равен 1 кВт тепловой энергии?

1 киловатт-час равен количеству энергии, потребляемой (произведённой) электрическим устройством мощностью 1 киловатт: за 1 час своей работы. 1 кВт⋅ч = 10³ Вт × 3600 с = 3,6 МДж.

Сколько Гкал нужно для отопления 1 кв м?

0,0145 Гкал

Чему равен 1 гигакалорий?

1 Гигакалория = 1 000 000 000 (1×109) калорий. Гигакалория на квадратный метр (общей площади помещения) — это величина расхода тепловой энергии на отопление помещения. Такая единица измерения предусмотрена Правилами предоставления коммунальных услуг для применения в расчётах.

Чему равна 1 Гкал час?

Поскольку величины имеют постоянное значение, то это несложно – 1 Гкал/ч равен 1162,7907 кВт. Если величина представлена в мегаваттах, её можно перевести обратно в Гкал/ч, умножив на постоянное значение 0,85984.

Как рассчитать мощность на резисторе?

Что такое мощность резистора

Мощность определяется как произведение силы тока на напряжение: P = I * U и измеряется в ваттах (закон Ома). Рассеиваемая мощность резистора — это максимальный ток, который сопротивление может выдерживать длительное время без ущерба для работоспособности.

Как найти среднюю мощность нагревателя?

Зависимость следующая: P = U * I , где P — мощность, U — напряжение между концами нагревательной спирали, I — протекающий по спирали ток.

Как найти мощность в физике?

Чтобы вычислить мощность, надо работу разделить на время, в течение которого совершена эта работа. мощность = работа/время. N = A/t, где N – мощность, A – работа, t – время выполненной работы.

Какой мощности должен быть Конвекторный обогреватель?

м., лучше взять 2 прибора мощностью 1 кВт, чем один прибор мощностью 2 кВт (иначе в одной комнате будет слишком жарко, а другая – не прогреется).
…
Мощность конвектора – как выбрать?

Площадь обогрева, кв.м.	Мощность прибора, Вт
5 – 6	500
7 – 9	750
10 – 12	1000
12 – 14	1250

Как рассчитать площадь обогрева конвектора?

Конвектор размерами 200 х 80 мм имеет теплоотдачу с одного метра длины 340 Вт. Умножаем площадь помещения на 100, получая таким образом общую потребность помещения в тепловой энергии. Полученный результат делим на 340 – в итоге мы видим, какова должна быть общая длина конвекторов.

Какая мощность отопительного прибора должна быть если площадь помещения составляет 15 м2 ответ представить в ваттах?

Расчет мощности обогревателя

Площадь помещения	Мощность конвектора
10-18 кв.м	1000 Вт
15-22 кв.м	1250 Вт
18-25 кв.м	1500 Вт
22-30 кв.м	2000 Вт

Как рассчитать мощность конвекторов?

Процесс расчета мощности конвекторов по объему осуществляется следующим образом:

Берем рулетку и вымеряем помещение;
Вычисляем объем помещения, умножив полученные значения друг на друга;
Умножаем объем на 0,04 (40 Вт на 1 кубометр);
Получаем рекомендованную тепловую мощность.

Как рассчитать необходимую мощность конвектора?

Мощность электрического конвектора и площадь помещения пропорциональны друг другу: чем больше площадь, тем выше мощность обогревателя. Например, электрический конвектор 500 Вт способен эффективно отапливать площадь в 4–6 кв. м., а при мощности 750 Вт — 6–9 кв. м., при 1000 Вт площадь будет достигать уже 9–11 кв.

Сколько нужно конвекторов для отопления дома?

Запомните простое правило для подсчета мощности конвектора: умножая площадь помещения на 100 вы получаете требуемую для его отопления мощность в Вт. Предположим, нам нужно обогреть дом размером 50 кв. м жилой площади. Для этого нам понадобятся электрические конвекторы с суммарной мощностью 5 кВт.

Как рассчитать ток через резистор?

Применим закон Ома, чтобы найти напряжение на резисторах.

При помощи простых преобразований можно выразить напряжение через ток и сопротивление, переписав закон Ома следующим образом: I = V / IR = VR /

Как определить мощность резистора по маркировке?

Обычно на схемах резистор обозначается большой латинской буквой R и прямоугольником, внутри которого в виде знака указывается мощность резистора. Как правило, сразу за буквой идет цифра, указывающая порядковый номер резистора в схеме, а следом за номером, его номинальное значение.

Как определить номинал резистора по полоскам?

Номинал сопротивления всегда определяется по первым трем полосам. Первые две полосы маркировки – это цифры, а третья – множитель. Четвертое кольцо показывает допустимую погрешность точности сопротивления от номинального значения резистора.

Источник

Рассматривать будем топливосжигающие устройства – печки, теплогенераторы, тепловентиляторы, котлы.

Если рассмотреть любое из этих устройств по физике проистекающих процессов, то их можно разделить на несколько этапов, и особенности этих этапов.

1. Сжигание топлива. Может осуществляться с “потерями топлива в провале” – когда по каким то причинам остается не сгоревшее топливо – это применимо к твердотопливным устройствам, может с химическим недожогом – когда в уходящих газах есть не прореагировавшее топливо – это применимо ко всем устройствам, включая газовые и жидкотопливные, с разным коэффициентам избытка воздуха, как меньше 1 – тогда гарантирован недожог, так и больше 1 – но это вовсе не гарантирует отсутствие недожога.

2. Передача тепловой энергии от горящего топлива. Передача может осуществляться излучением (камин, жаровня, костер), конвективно (поток разбавленных или нет газов) и их комбинация.

3. Передача тепловой энергии вторичному теплоносителю – воде или воздуху. Это осуществляется в котлах или тепловентиляторах.

Начнем с котлов с водяным теплоносителем. Здесь все очень просто – прямо идеальная ситуация для замеров. Если котел установлен в отдельном помещении, то с отапливаемым объектом он соединен только трубами теплоносителя – прямая и обратка. Полезное тепло – то, которое приходит с этим теплоносителем и оставляет его в обогреваемом объекте. Количество тепловой энергии в этом случае считается так:

Тепловая энергия = (количество теплоносителя – масса) х (температурный перепад теплоносителя) х (теплоемкость теплоносителя)

Если левую и правую часть отнесем ко времени (разделим на время) то получим тепловую мощность.

Тепловая мощность = (массовый расход теплоносителя) х (температурный перепад теплоносителя) х (теплоемкость теплоносителя).

Пример: Теплоноситель – вода. Теплоемкость воды – 1 кал/г*градус. Количество – 1 м3 – 1000 л – 1 000 000 мл (г). Нагрев – на 1 градус Цельсия (или Кельвина, но не Фаренгейта – там размер градуса другой).

Энергия при нагреве или охлаждении куба воды на 1 градус – 1 000 000 калорий, или 1 000 ккал, или 1 Мкал, или 0,001 Гкал (гигакалория – величина, известная в бытовой практике, когда надо платить за отопление).

Если мы этот нагрев осуществили за 1 час, то получаем 1 Мкал/ч, или, что более понятно и известно 0,001 Гкал/ч

1 кал = 4,19 Дж. 1 Мкал = 4,19 МДж. В системе Си 1 Дж за 1 с равняется 1 Вт.

Если мы наш кубометр воды нагреем на 1 градус за одну секунду, то подводимая мощность 4,19 МВт (4190 кВт). Если за 2 секунды – то вполовину меньше. Если за час – 1,16 кВт.

Отсюда просто для понимания – 1 Мкал/ч = 1,16 кВт, или 1 Мкал = 1,16 кВт*ч. Для более грубых расчетов можно просто убрать дробную часть и тогда 1 Мкал/ч приблизительно равна 1 кВт.

Далее совсем просто – для грубых расчетов тепловой мощности достаточно расход в м3/ч достаточно помножить на температурный перепад в градусах и получить тепловую мощность в киловаттах. Для большей точности (или более въедливых) полезно помнить коэффициент 1,16.

Температурный перепад можно брать хоть на этапе производства тепловой энергии – вход и выход из котла – или на этапе потребления – вход и выход теплоносителя в тепловую нагрузку. Температура измеряется различными (достаточно простыми устройствами) сравнительно точно.

С расходом теплоносителя – сложнее. Лучший вариант – если установлен теплосчетчик. Он измеряет расход теплоносителя, температурный перепад (датчики температуры устанавливаются обязательно на прямой и обратке), считает мощность, энергию, записывает температурный график и график мощности и делает все остальное, что придумали и заложили в него разработчики.

Если нет теплосчетчика, но есть расходомер – ситуация почти аналогична, только арифметические действия и фиксацию параметров нужно делать “вручную”. Получаются результаты достаточно точные.

Если нет теплосчетчика или расходомера то мы переходим в область неточностей – больших или меньших.

Допустим, у нас есть два манометра, установленные в непосредственной близости от циркуляционного насоса – до него и после него. Тогда мы можем измерить перепад давления на насосе. Затем в паспорте насоса найти характеристику – зависимость давления от расхода.

Пример характеристики насоса

По перепаду давления определяем расход, а далее считаем мощность по вышеприведенной схеме.

Если манометров нет, тогда можно воспользоваться номинальным расходом, который указывается для данного насоса. Но в данном случае точность значительно ниже – расход может быть как меньше номинального (который обычно 60% от максимального) при большом сопротивлении системы, так и больше номинального при очень маленьком сопротивлении системы.

Расход теплоносителя (как воды, так и большинства “незамерзаек”) практически не зависит от температуры в их рабочем диапазоне – 40-90 градусов Цельсия. Поэтому, если в системе нет каких либо переключений, достаточно один раз измерить или рассчитать расход, а затем считать его величиной постоянной. После этого, в процессе испытаний и замеров. достаточно фиксировать перепад температур и рассчитывать полученную мощность.

В результате, для котла (теплоноситель вода) замер полезной мощности:

1. Тем или иным способом измерить (или оценить) расход теплоносителя в м3/ч (т/ч).

2. Замерить перепад температур, в градусах, одно значение в какой то один момент времени или ряд значений в течении интервала времени.

3. Перемножив расход в кубах в час на температурный перепад в градусах получим примерную мощность в киловаттах (или точную м Мкал/ч).

4. Умножив полученный результат на 1,16 получим точную мощность (в пределах точности расхода) в киловаттах.

Если котел и система отопления с естественной циркуляцией, то оценить расход теплоносителя сложно, и величина его меняется в зависимости от температурного перепада. Крыльчатый расходомер создает большое сопротивление, установка его сильно тормозит естественную циркуляцию. Накладной ультразвуковой расходомер на малых скоростях работает плохо. Потому здесь прямой способ замера мощности на действующей системе не работает. Нужно или собирать отдельный стенд того или иного типа и подключать в него котел, или оценить косвенно.

Теперь про КПД.

В случае водяного теплоносителя здесь все так же гораздо проще. Если смотреть обобщенно, то картинка примерно такая:

Вся энергия, содержащаяся в топливе, только частично идет в полезную энергию (полезное тепло). Вторая часть идет в потери. Если мы можем измерить полезную энергию (или полезную мощность) – о чем мы выше говорили, то нам остается только узнать количество энергии, содержащейся в топливе.

Самый точный вариант в этом случае – это непосредственное измерение теплотворной способности топлива и измерить его количество – массу.

С массой все достаточно просто, хотя и требует вполне определенных усилий. А вот с теплотворной способностью – все серьезнее. Для ее измерения требуется специальное устройство – так называемая калориметрическая бомба:

Дополнительно – ряд сопутствующего оборудования и материалов, подготовленные специалисты и четкое соблюдение методики. С измерениями теплотворной способности одновременно проводятся замеры зольности и влажности.

Так что это достаточно хлопотное дело, и, например, в Тверском политехе, переименованном в университет, который исходно был торфяным институтом – такого устройства нет.

Косвенное следствие сложности измерений теплотворной способности – проведение исследования одного образца топлива в специализированной организации стоит от 200 евро.

Поэтому приходится пользоваться справочными данными и косвенными расчетами по замерам влажности и зольности топлива.

Для древесного топлива, из за малой его влажности и почти постоянного химического состава можно пользоваться упрощенной формулой:

Теплотворная способность = 4400-50*W (ккал/кг), где W – относительная влажность в процентах.

Продолжение…

Другие статьи по этой тематике можно найти здесь: Содержание канала.

Источник

Тепловая мощность и суммарные потери теплоэнергии

Для создания комфорта в жилых и производственных помещениях выполняют составление теплового баланса и определяют коэффициент полезного действия (КПД) отопителей. Во всех расчётах применяется энергетическая характеристика, позволяющая связывать нагрузки источников обогрева с расходными показателями потребителей — тепловая мощность. Вычисление физической величины производится по формулам.

Для вычисления тепловой мощности используются специальные формулы

Эффективность нагревателей

Мощность — это физическое определение скорости передачи или потребления энергии. Она равна отношению количества работы за определённый промежуток времени к этому периоду. Нагревательные устройства характеризуются по расходу электричества в киловаттах.

Для сопоставления энергий различного рода введена формула тепловой мощности: N = Q / Δ t, где:

Q — количество теплоты в джоулях;
Δ t — интервал времени выделения энергии в секундах;
размерность полученной величины Дж / с = Вт.

В этом видео вы узнаете, как рассчитать количество теплоты:

Для оценки эффективности работы нагревателей используют коэффициент, указывающий на количество израсходованного по назначению тепла — КПД. Определяется показатель делением полезной энергии на затраченную, является безразмерной единицей и выражается в процентах. По отношению к разным частям, составляющим окружающую среду, КПД нагревателя имеет неравные значения. Если оценивать чайник как нагреватель воды, его эффективность составит 90%, а при использовании его в качестве отопителя комнаты коэффициент возрастает до 99%.

Объяснение этому простое: из-за теплообмена с окружением часть температуры рассеивается и теряется. Количество утраченной энергии зависит от проводимости материалов и других факторов. Можно рассчитать теоретически мощность тепловых потерь по формуле P = λ × S Δ T / h. Здесь λ – коэффициент теплопроводности, Вт/(м × К); S — площадь участка теплообмена, м²; Δ T — перепад температур на контролируемой поверхности, град. С; h — толщина изолирующего слоя, м.

Из формулы понятно, что для повышения мощности надо увеличить количество радиаторов отопления и площадь теплоотдачи. Уменьшив же поверхность контакта с внешней средой, минимизируют потери температуры в помещении. Чем массивнее стена здания, тем меньше будет утечка тепла.

Количество теплоты

Как известно, при различных механических процессах происходит изменение механической энергии W
meh. Мерой изменения механической энергии является работа сил, приложенных к системе:
(~Delta W_{meh} = A.)
При теплообмене происходит изменение внутренней энергии тела. Мерой изменения внутренней энергии при теплообмене является количество теплоты.

Количество теплоты

— это мера изменения внутренней энергии, которую тело получает (или отдает) в процессе теплообмена.

Таким образом, и работа, и количество теплоты характеризуют изменение энергии, но не тождественны энергии. Они не характеризуют само состояние системы, а определяют процесс перехода энергии из одного вида в другой (от одного тела к другому) при изменении состояния и существенно зависят от характера процесса.

Основное различие между работой и количеством теплоты состоит в том, что работа характеризует процесс изменения внутренней энергии системы, сопровождающийся превращением энергии из одного вида в другой (из механической во внутреннюю). Количество теплоты характеризует процесс передачи внутренней энергии от одних тел к другим (от более нагретых к менее нагретым), не сопровождающийся превращениями энергии.

Опыт показывает, что количество теплоты, необходимое для нагревания тела массой m

от температуры
T
1 до температуры
T
2, рассчитывается по формуле
(~Q = cm (T_2 — T_1) = cm Delta T, qquad (1))
где c

— удельная теплоемкость вещества;
(~c = frac{Q}{m (T_2 — T_1)}.)
Единицей удельной теплоемкости в СИ является джоуль на килограмм-Кельвин (Дж/(кг·К)).

Удельная теплоемкость
c
численно равна количеству теплоты, которое необходимо сообщить телу массой 1 кг, чтобы нагреть его на 1 К.

Теплоемкость

тела
C
T численно равна количеству теплоты, необходимому для изменения температуры тела на 1 К:
(~C_T = frac{Q}{T_2 — T_1} = cm.)
Единицей теплоемкости тела в СИ является джоуль на Кельвин (Дж/К).

Для превращения жидкости в пар при неизменной температуре необходимо затратить количество теплоты

(~Q = Lm, qquad (2))

где L

— удельная теплота парообразования. При конденсации пара выделяется такое же количество теплоты.

Для того чтобы расплавить кристаллическое тело массой m

при температуре плавления, необходимо телу сообщить количество теплоты
(~Q = lambda m, qquad (3))
где λ

— удельная теплота плавления. При кристаллизации тела такое же количество теплоты выделяется.

Количество теплоты, которое выделяется при полном сгорании топлива массой m

,
(~Q = qm, qquad (4))
где q

— удельная теплота сгорания.

Единица удельных теплот парообразования, плавления и сгорания в СИ — джоуль на килограмм (Дж/кг).

Баланс отопления помещений

Подготовка проекта любого объекта начинается с теплотехнического расчёта, призванного решить задачу обеспечения сооружения отоплением с учётом потерь из каждого помещения. Сведение баланса помогает узнать, какая часть тепла сохраняется в стенах здания, сколько уходит наружу, объём потребной выработки энергии для обеспечения комфортного климата в комнатах.

Определение тепловой мощности необходимо для решения следующих вопросов:

высчитать нагрузку отопительного котла, которая обеспечит обогрев, горячее водоснабжение, кондиционирование воздуха и функционирование системы проветривания;
согласовать газификацию здания и получить технические условия на подключение к распределительной сети. Для этого потребуются объёмы годового расхода горючего и потребность в мощности (Гкал/час) тепловых источников;
выбрать оборудование, необходимое для отопления помещений.

Не забываем про соответствующую формулу

Из закона сохранения энергии следует, что в ограниченном пространстве с постоянным температурным режимом должен соблюдаться тепловой баланс: Q поступлений — Q потерь = 0 или Q избыточное = 0, или Σ Q = 0. Постоянный микроклимат поддерживается на одном уровне в течение отопительного периода в зданиях социально значимых объектов: жилых, детских и лечебных учреждениях, а также на производствах с непрерывным режимом работы. Если потери тепла превышают поступление, требуется отапливать помещения.

Технический расчёт помогает оптимизировать расход материалов при строительстве, снизить затраты на возведение зданий. Определяется суммарная тепловая мощность котла сложением энергии на отопление квартир, нагрев горячей воды, компенсацию потерь вентиляции и кондиционирования, резерв на пиковые холода.

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.

Расчет тепловой мощности

Выполнить точные вычисления по системе отопления затруднительно для неспециалиста, но упрощённые способы позволяют рассчитать показатели неподготовленному человеку. Если производить расчеты «на глаз», может получиться, что мощности котла или нагревателя не хватает. Или, наоборот, из-за избытка вырабатываемой энергии придётся пускать тепло «на ветер».

Способы самостоятельной оценки характеристик отопления:

Использование норматива из проектной документации. Для Московской области применяется величина 100-150 Ватт на 1 м². Площадь, подлежащая обогреву, умножается на ставку — это и будет искомый параметр.
Применение формулы расчета тепловой мощности: N = V × Δ T × K, ккал/час. Обозначения символов: V — объём комнаты, Δ T — разница температур внутри и снаружи помещения, K — коэффициент пропускания тепла или рассеивания.
Опора на укрупнённые показатели. Метод похож на предыдущий способ, но используется для определения тепловой нагрузки многоквартирных зданий.

Значения коэффициента рассеивания берут из таблиц, пределы изменения характеристики от 0,6 до 4. Примерные величины для упрощённого расчёта:

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.

Тепловая мощность теплогенератора

Материал из ТеплоВики — энциклопедия отоплении

Мощность тепловая теплогенератора

— это количество теплоты, образуемое при сгорании топлива, подводимое к топке (горелке) в единицу времени. Характеризующим показателем тепловой мощности отопительного агрегата на твердом топливе принято считать значение КВт за 1 час работы. С одной стороны – это удобно, с другой стороны – это не совсем корректно. Просто, даже сам производитель не может сказать, однозначно и точно, какую тепловую мощность имеет отопительный агрегат, он знает только из собственных расчетов (теоритических или практических). Но самое главное, то что показатель тепловой мощности агрегата варьируется от паспортного значения при условиях эксплуатации. Основный условия эксплуатации можно выявить при значениях теплотворной способности топлива, количества закладного топлива в камеру сгорания и тяговых свойствах агрегата (как рабочие, так и холостые).

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 .

3. Далее жидкость, получившаяся в результате плавления твердого тела, нагреваем до температуры кипения (газообразования) Ткп , затрачивая на это количество теплоты равное Q3 — Q2 .

Содержание

Расчет тепловой мощности

Для расчета необходимой тепловой мощности нужно взять следующую формулу: P=V•∆T•K

где Р
– это значение внесистемной единицы измерения количества работы и энергии (ккал/час);
V
– расчетный объем обогреваемого помещения, которое вычисляется перемножением длины на ширину и на высоту помещения, измеряемое в транскрипции как м 3 ;
ΔT
– это разница температуры между нужной (достигаемой) температурой прогреваемого помещения и внешней климатической температурой (°C);
К
– коэффициент теплового рассеивания, это условное значения тепловой потери (рассеивания), которое характеризует прогреваемое помещение по значениям: K=0,1-0,5 Утепленное помещение с гидробарьерными и паробарьерными изоляционными материалами. К таким помещениям можно отнести парильные помещения (бани, сауны), термопроизводственные помещения, камеры и хранилища. Очень хорошая теплоизоляция.
K=0,6-0,9 Улучшенная конструкция, кирпичные стены с двойной теплоизоляцией, небольшое число окон со сдвоенными рамами, толстое основание пола, крыша из высококачественного теплоизоляционного материала. Хорошая теплоизоляция.
K=1,0-1,9 Стандартная конструкция, двойная кирпичная кладка, небольшое число окон, крыша со стандартной кровлей. Средняя теплоизоляция.
K=2,0-2,9 Упрощенная конструкция здания, одинарная кирпичная кладка, упрощенная конструкция окон и крыши. Небольшая теплоизоляция.
K=3,0-4,0 Упрощенная деревянная конструкция или конструкция из гофрированного металлического листа. Без теплоизоляции.

В окончании расчетов Вы получите значение в ккал/час

. Чтобы перевести это значение в
кВт
, просто разделите это значение на 860 и получите требуемую мощность в КВт.

Расчет тепловой мощности котла

Тепловая мощность котла или нескольких котлов (работающих совместно) подбирается с учётом всех возможных потерь тепла обогреваемого здания.

Мощность котла (в грубом варианте) состоит из следующих составляющих:

Тепловая мощность требуемая на полную компенсацию максимальных теплопотерь здания;
Мощность на обогрев помещения в которой расположена котельная установка.
Если котельная расположена в отдельно стоящем здании то к общей мощности котельной установки добавляется требуемая мощность на компенсацию теплопотерь в трубопроводах которые расположены между отапливаемым зданием и помещением котельной.
Если в функции котельной установки входит приготовление горячей воды то к общей требуемой мощности добавляется тепловая нагрузка требуемая на нагрев воды для системы ГВС. При этом, на сегодняшний день, при применении современных изоляционных материалов в строительстве домов иногда делает эту тепловую нагрузку преобладающей, по сравнению с тепловой нагрузкой требуемую на другие нужды.
Требуемая тепловая мощность на другие потребители (вентиляция, подогрев бассейна, подогрев наружных площадок и тд.)

Требуемая тепловая мощность на обогрев здания, помещения котельной и теплопотерь наружных трубопроводов определяется на основании теплового расчёта

(расчёт теплопотерь) и является основной для выбора мощности системы отопления.

При обеспечении тепловой тепловой энергией контура приготовления горячей воды

следует учесть все факторы влияющие на нормальный режим обеспечения горячей водой потребителей для получения наиболее надёжного, эффективного и экономичного варианта. Это может быть режим водопотребления, конструктивные особенности водонагревателя и котельной установки, требуемые объёмы горячей воды и тд. Например в частном домостроении в связи с малыми объёмами потребления горячей воды часто применяют переменный режим работы котельной установки между отоплением помещений и приготовлением горячей воды. Что позволяет существенно снизить мощность котлов а следовательно и затраты на оборудование и последующую эксплуатацию системы отопления.

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 https://4air.ru/sistemy-otopleniya/raschet-sistem-otopleniya/kolichestva-sekcij-radiatorov.html приведены примеры правильного расчета радиаторов.

Расчет потребляемой мощности системы отопления

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
Необходимые характеристики
Факторы, влияющие на потребность в тепле
Для прибора (батареи отопления)
Зачем нужен расчет мощностного показателя
Расчет тепловой мощности
Более точный тепловой расчет

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.

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.

Источник

Как найти количество теплоты зная мощность

Тепловое действие тока

Прохождение тока через проводник вызывает его нагрев. Это явление широко используется в различных областях. Например, всем хорошо знакомы такие бытовые приборы, как лампа накаливания, электрокипятильник, электрочайник, электрообогреватель, паяльник, утюг и другие приборы.

Также часто можно замечать, что провода, идущие к какому-то мощному электроприбору, нагреваются. Нагреваются и другие устройства, например, телевизоры, компьютеры и т.д.

Тепловое действие тока может быть как полезным (например в случае кипятильника или обогревателя), так и вредным (в случае нагрева проводов). Поэтому необходимо знать, сколько тепла выделяется в том или ином случае, чтобы создать наиболее эффективное нагревающее устройство или, наоборот, избежать чрезмерного нагрева.

Единицей количества теплоты является 1 Джоуль (иногда используют другую единицу – калорию). Количество теплоты, выделившееся на проводнике можно рассчитать по следующей формуле:

Где P – мощность, выраженная в Ваттах, t – время, выраженное в секундах, Q – количество тепла, выраженное в Джоулях.

Пример.

Пусть обогреватель, имеющий мощность 1000 Ватт, работает в течение 1 часа (в одном часе 3600 секунд). Вычислим, сколько тепла выделится на этом обогревателе. Подставив имеющиеся данные в вышеприведённую формулу, получим: Q = Pt =1000*3600=3600000 Джоулей или 3,6 МегаДжоуля (МДж).

Можно вычислить на сколько градусов повысится температура воды в электрочайнике, имеющего нагревательный элемент определённой мощности и включённого в течение определённого времени.

Число градусов Цельсия, на которое повысится температура вещества, выражается по следующей формуле:

где С – теплоёмкость. Для воды С=4200 Дж/кг*градус. m – масса вещества в килограммах.

Пример . Пусть электрочайник имеет мощность 2000 Ватт. В него налито 2 литра (2 кг) воды. Вычислим на сколько градусов Цельсия поднимется температура воды в чайнике, если он будет включён в течении 5 минут (300 секунд).

Решение. За 5 минут (300 секунд) нагревательный элемент выделит количество теплоты, равное Q = Pt =2000*300=600000 Дж. Это тепло передано двум литрам воды, следовательно, повышение температуры воды составит:

∆ T = Q mC = 600 000 2 ∙ 4200 =71 градус Цельсия

Итак, нам известна формула для расчета количества теплоты:

где P – мощность. Нам также известна формула для расчёта мощности:

где I –ток, U – напряжение. По закону Ома U = IR , где R – сопротивление, поэтому

Следовательно, формулу для расчёта количества теплоты можно записать следующим образом:

Таким образом, зная, какой ток течёт через проводник, сопротивление проводника и время, в течение которого протекал ток, можно вычислить количество теплоты, выделившееся на проводнике.

Источник