О тепловой энергии простым языком. Как найти мощность нагревателя

Процесс нагревания твердого тела при температуре T1 до температуры Tp путем добавления количества тепла, равного Q1.

Калькулятор расчёта мощности тэна

Сопротивление и нагревательные катушки можно изготовить в домашних условиях. Все, что требуется, это правильный сорт нихромовой проволоки и правильный расчет необходимой длины.

Расчет нихромовых катушек зависит от удельного сопротивления проволоки и назначения катушки, которое определяет необходимую мощность и сопротивление. При расчете мощности необходимо учитывать максимально допустимый ток при нагреве катушки до определенной температуры.

Если принять во внимание температуру

Например, проволока диаметром 0,3 мм нагревается до 700°C при подаче на нее тока 2,7 А и до 900°C при подаче тока 3,4 А. Для расчета температур и токов имеются справочные таблицы. Однако необходимо учитывать и условия эксплуатации нагревателя. Погружение в воду увеличивает значение нагрева и может увеличить максимальный ток на 50% от расчетного значения. С другой стороны, закрытые трубчатые нагреватели плохо отводят тепло. В этом случае допустимый ток также должен быть снижен на 10-50%.

Шаг витков влияет на силу теплоотдачи, которая, в свою очередь, влияет на температуру нагревателя. Более узкие витки выделяют больше тепла, в то время как больший шаг обеспечивает больший охлаждающий эффект. Приведенные в таблице расчеты основаны на случае, когда нагреватель размещен горизонтально. При изменении угла к горизонтальной линии условия теплоотвода ухудшаются.

Вычислите сопротивление нихромовой катушки и ее длину.

Определите мощность и перейдите к расчету необходимого значения сопротивления. Если мощность является решающим фактором, сначала используйте формулу I=P/U, чтобы найти необходимую силу тока. После определения силы тока определите необходимую величину сопротивления. Для этого используйте закон Ома: R=U/I.

Здесь используется общепринятая нотация.

• P — излучаемая мощность.
• U — напряжение на конце катушки.
• R — величина сопротивления катушки.
• I — сила тока.

Сопротивление нихромовой проволоки было рассчитано. Здесь определяется необходимая длина. Он зависит от удельного сопротивления и диаметра провода. Из удельного сопротивления нихрома можно рассчитать L = (Rπd2)/4ρ. Это.

• L — требуемая длина.
• R — сопротивление провода.
• d — Диаметр провода.
• ρ — удельное сопротивление нихрома.
• π — константа, равная 3,14.

Однако проще взять готовое линейное сопротивление из таблицы в ГОСТ 12766.1-90. Если необходимо учесть изменение сопротивления при нагреве, можно ввести температурную поправку. В этом случае он рассчитывается как L=R/ρ._ldгде ρ_ld — сопротивление одного метра провода диаметром d.

Накопительные водонагреватели (бойлеры)

Без физико-математических формул бытовой расчет объясняется так: 860 литров нагреваются при 1 кВт в час при температуре 1 К. Для более точного определения времени нагрева, мощности и объема используется универсальная формула, по которой выводятся другие результаты.

Эта формула состоит из нескольких параметров, которые учитывают и отражают коэффициент теплопотерь. (Этот коэффициент увеличивается с уменьшением мощности и объема, но в бытовых нагревателях им часто пренебрегают).

N полный — выход нагревательного элемента.

Q c — тепловые потери в цилиндре для нагрева воды.

1. c= Q/m*(t-tn)
   • C — удельная теплоемкость.
   • Q — Тепловая ценность.
   • m — масса (килограммы) или объем (литры).
   • tc и tn (в °C) — конечная и начальная температуры.
2. N=Q/t
   • N — характеристика мощности нагрева.
   • t — время нагрева (секунды).
3. N = N полный — (1000/24)*Q c

Упрощенные формулы с постоянным коэффициентом:

• Расчет мощности нагревательного элемента для нагрева воды до нужной температуры: W= 0,00117*V*(tc-tn)/T
• Определение времени, необходимого для нагрева воды в водонагревателе: T= 0,00117*V*(tc-tn)/W

• W (в кВт) — характеристика мощности нагревательных элементов,
• T (в часах) — время нагрева воды,
• V (в литрах) — объем бака,
• tc и tn (в °С) — конечная и начальная температуры (конечная температура — обычно 60 °С).

Часто объем приравнивают к массе (m). Тогда определение мощности нагревательного элемента будет происходить по формуле: W= 0,00117*m*(tc-tn)/T. Формулы считаются упрощенными, в том числе и потому, что в них не учитываются:

• фактическая мощность электросети,
• температура окружающей среды,
• конструктивные особенности и потенциальные теплопотери бака,
• рекомендации некоторых производителей, касающиеся tn (около 5-8 °С летом и 15-18 °С зимой).

При покупке прибора необходимо учитывать, что относительно низкие энергетические характеристики накопительных водонагревателей по сравнению с проточными не гарантируют финансовой экономии. Накопительные водонагреватели «берут меньше», но поскольку они работают дольше, то и потребляют больше. Для финансовой экономии более надежной стратегией будет общее снижение потребления воды за счет установки различных видов водосберегающих устройств (http://water-save.com/ ) и строгий учет потребления воды.

Мы вспомнили понятия «количество тепла» и «теплоемкость», рассмотрели фундаментальные формулы теплопередачи и разобрали практический пример. Надеюсь, мой язык был простым, понятным и интересным.

Количество теплоты при различных физических процессах.

Большинство известных веществ могут находиться в твердом, жидком, газообразном или плазменном состоянии при различных температурах и давлениях. Переход из одного агрегатного состояния в другое происходит при постоянной температуре (при условии, что давление и другие параметры окружающей среды не меняются) и сопровождается поглощением или выделением тепловой энергии. Несмотря на то, что во Вселенной 99% материи находится в состоянии плазмы, в данной статье мы не будем рассматривать это агрегатное состояние.

Рассмотрим график, представленный на рисунке. Он показывает зависимость температуры вещества T от количества тепла Q, подведенного к некоторой замкнутой системе, содержащей определенную массу какого-то конкретного вещества.

Процесс нагревания твердого тела при температуре T1 до температуры Tp путем добавления количества тепла, равного Q1.

2. Затем начинается процесс плавления, который происходит при постоянной температуре Tpl (температура плавления). Чтобы расплавить всю массу твердого тела, необходимо затратить количество тепловой энергии, равное Q2 — Q1 .

3. Затем нагреваем жидкость, полученную в результате плавления твердого тела, до температуры кипения (образования газа) Ткп , для чего затрачиваем Q3 — Q2 тепловой энергии.

Теперь при постоянной температуре кипения Ткп жидкость закипает и испаряется, превращаясь в газ. Чтобы превратить всю массу жидкости в газ, необходимо затратить тепловую энергию, равную Q4 — Q3 .

5. На последнем этапе происходит нагрев газа от температуры Tcn до некоторой температуры T2. При этом количество затраченного тепла составит Q5 — Q4. (Если нагреть газ до температуры ионизации, то газ превратится в плазму).

Таким образом, нагревая исходное твердое тело от температуры T1 до температуры T2, мы затратили тепловую энергию в количестве Q5 , переведя вещество через три агрегатных состояния.

И наоборот, предположим, что такое же количество тепла отводится от вещества Q5 и возвращается от температуры T2 к температуре T1 через стадии конденсации, кристаллизации и охлаждения. Конечно, мы рассматриваем закрытую систему без потерь энергии во внешнюю среду.

Можно перейти из твердой фазы в газовую, минуя жидкую. Этот процесс называется сублимацией и наоборот.

Другими словами, было установлено, что процесс перехода между когезионными состояниями вещества характеризуется расходом энергии при постоянной температуре: при нагревании вещества, находящегося в одном неизменном когезионном состоянии, температура повышается, и тепловая энергия также расходуется.

Главные формулы теплопередачи.

Количество тепла Q (Дж) рассчитывается по формуле.

1. на стороне потребления тепла, т.е. на стороне нагрузки.

1.1 На стороне нагрева (охлаждения).

Q = m * c * ( T2 — T1 )

m — масса вещества (кг)

c — удельная теплоемкость вещества (Дж/(кг*К)).

1.2 Для стороны плавления (замораживания)

Q = m * λ

λ — удельная теплота плавления и кристаллизации вещества (Дж/кг).

1.3 Для кипения и испарения (конденсации)

Q = m * r

r — удельная теплота газификации и конденсации вещества (Дж/кг).

2. на стороне производства тепла, т.е. на стороне источника.

2.1 Со стороны сгорания топлива.

Q = m * q

q — удельная теплота сгорания (Дж/кг).

2.2. когда электричество преобразуется в тепловую энергию (закон Джоуля-Ленца).

Q = t * I * U = t * R * I ^2 = ( t / R ) * U ^2

I — р.м.с. значение тока (A)

U — значение напряжения отн.м.с. (В)

R — сопротивление нагрузки (Ом)

Вывод заключается в том, что при всех фазовых превращениях количество тепла прямо пропорционально массе вещества и, кроме того, прямо пропорционально разности температур при нагревании. Коэффициент пропорциональности ( c , λ , r , q ) для каждого вещества имеет свое значение и определяется экспериментально (берется из справочника).

Тепловая мощность N (в ваттах) — это количество тепла, переданное системе за определенное время.

Логично, что чем быстрее вы пытаетесь нагреть систему до определенной температуры, тем больше мощности требуется источнику тепла.

Однако следует отметить, что в расчетах не учитывается, что тепло от электрического водонагревателя может быть потеряно в окружающую среду из-за различных факторов, таких как конструкция бойлера и изоляция.

Чем лучше обогревать

Какие конкретные варианты отопления следует выбрать? Существует множество вариантов, каждый из которых имеет свои преимущества и недостатки. В помещениях могут быть установлены конвекторы, инфракрасные обогреватели и масляные обогреватели. В новых зданиях лучше использовать кабельный или пленочный теплый пол или комбинировать несколько вариантов для создания системы.

Некоторые варианты отопления уже обсуждались здесь. Например, в статье «Что лучше, инфракрасные обогреватели или конвекторы?» рассказывается о преимуществах и недостатках этих приборов. Кроме того, в статье ‘Showdown! Статья «Настоящие камины против электрических каминов против инфракрасных обогревателей» представляет собой обзор особенностей электрических каминов и инфракрасных обогревателей.

Как быть, если в помещении дует

В некоторых случаях расчеты верны, и в помещении должно быть достаточно тепла. Однако на практике некоторые помещения холодные — метели или, в принципе, микроклиматы в холодном климате оказались некомфортными.

Тепловизионные камеры могут быть использованы для определения проблемы и места утечки. О том, как это работает, вы можете узнать в статье Почему тепловизионные камеры стоят дорого. Тепловое картирование здания может помочь вам определить, куда уходит тепло и что с этим делать.

Обратите внимание! Все вопросы, связанные с производством, передачей и использованием тепловой энергии, рассматриваются в отрасли науки, называемой теплотехникой. В то же время она является частью термодинамики. Это самостоятельная отрасль физики, касающаяся изменения температуры в различных системах.

Варианты расчета нагрузки

Для создания стандартной температуры в помещении и обеспечения комфортных условий проживания недостаточно понимать, что теплоотдача — это свойство, которое можно связать с подводимым и потребляемым теплом. Также необходимо знать и уметь использовать распространенные методы расчета нагрузки.

Для того чтобы узнать необходимые параметры (нагрузку), получают общее значение тепла. Этого количества энергии должно быть достаточно, чтобы нагреть дом (воздух в комнатах) как минимум до эталонной температуры. Это делается путем расчета тепловой нагрузки на отопление с помощью одного из трех распространенных методов. Сложность каждого метода различна. В то же время точность полученных результатов также будет отличаться.

Рассчитываются необходимые параметры.

• Потери тепла от внешней конструкции и затраты на подогрев воздуха, подаваемого системой вентиляции.

• Исходя из площади, если высота потолка менее 3 м.
• Исходя из объема, если высота над полом более 3 м.

Обратите внимание Для быстрого расчета тепловой нагрузки на отопление здания широко используются различные онлайн-сервисы, калькуляторы которых значительно упрощают весь процесс. Однако этот параметр необходимо проверить. Это единственный способ точного расчета содержания тепловой энергии.

Инженеры-теплотехники и проектировщики рассчитывают тепловую энергию в соответствии с нормами СНиП. Это сложный метод, используемый профессионалами в данной области. Он рассчитывается с использованием различных справочных данных. Этот метод дает результаты с точностью около 95%.

Вычисление площади и объема — более простой метод. Они основаны на удельной теплоемкости. Для этих расчетов используется довольно простой алгоритм. Он не дает таких же точных результатов, как расчеты теплопотерь.

Эксперты всегда учитывают потери тепла из-за конструкции дома при проведении расчетов мощности Источник 1-teplodom.ru

Расчет тепловой мощности на площадь пола

Нагрузка на отопление рассчитывается очень простым способом.

1. Сначала рассчитывается площадь дома путем измерения периметра дома со стороны улицы. Если позволяет проект, данные берутся из инвентаризации зданий.
2. Затем результаты измерений умножаются на 100 Вт.
3. Затем для выбора котлоагрегата используется коэффициент безопасности 1,2 или 1,3.

Однако лучше сделать другой расчет. При этом учитывается расположение помещения, район, в котором был построен дом, количество окон и т.д., чтобы можно было более точно рассчитать среднюю теплоотдачу в ваттах.

Если высота помещения менее 3 м, сначала рассчитывается общая площадь помещения. Затем рассчитанная цифра умножается на коэффициент, учитывающий климатические условия региона, в котором строится здание. Если дом расположен в регионе с умеренным климатом, этот коэффициент равен 1. В южном полушарии этот коэффициент имеет значение 0,7, а в северном полушарии — 1,5-2.

На следующем этапе учитываются удельные тепловые свойства. Для расчетов, основанных на площади, применяется следующее.

• Для помещений с одной наружной стеной и одним окном или вообще без окна — 100 Вт/м²;
• Угловая комната, с одной оконной конструкцией — 120 Вт/м²;
• 130 Вт/м² для угловой комнаты с двумя проемами.

Видео описание

В этом видео эксперты объясняют, что необходимо учитывать при расчете тепла, необходимого для отопления здания (мощность котла).

Расчет тепловой мощности в зависимости от объема помещения

Если высота потолка в помещении более 3 м, количество тепловой энергии, необходимой для отопления, не рассчитывается по площади. Такие расчеты не дадут правильных результатов. Для более точного расчета используется значение удельного потребления тепла. Это значение уже известно на м³ воздуха в конкретном помещении.

Примерное среднее потребление тепла, которое рассчитывается почти по той же формуле, что и расчет потребления тепла в конкретной местности, позволяет пользователю быстро выбрать подходящий котел для конкретного дома. Разница в расчетах заключается в том, что вместо общей площади здания используется общий объем.

В формуле для расчета объемной тепловой ценности используются следующие показатели интенсивности потребления

• Для помещений без внешних стен или окон, или с одной такой конструкцией — 35 Вт/м³;
• Угловые помещения, с одним остеклением — 40 Вт/м³;
• Для помещений с двумя внешними стенами и окнами — 45 Вт/м³.

Примечание! В этом методе применяются те же так называемые климатические факторы, что и в формуле для тепловой энергии на площадь пола, в зависимости от положения дома.

Этот метод расчета дает больший результат, поскольку формула учитывает высокие потолки здания. Это означает, что объем воздуха, который необходимо нагреть в доме, увеличивается. Поэтому необходимо использовать более мощное отопительное оборудование. Однако если объем рассчитывается с учетом высоты потолка 2,7 м, конечный результат практически идентичен расчету по формуле площади.

ТЭН — Для осуществления нагрева воды, скажем для летних душей и умывальников в коттеджах, часто конструктивно используют самодельный электрический водонагреватель, представляющий собой емкость с нагревательными элементами, так как это обусловлено в основном более низкой стоимостью последнего.

Онлайн-расчет мощности электрического калорифера

Расход тепла электронагревателей для вентиляции, используемых для нагрева приточного воздуха. Введите в поля онлайн-калькулятора количество холодного воздуха, проходящего через канальный электронагреватель, температуру входящего воздуха и требуемую температуру на выходе из электронагревателя. На основании результатов онлайн-калькулятора отображается мощность модуля электрического канального нагревателя, необходимого для выполнения заданных требований.

1 поле Подача воздуха через канальный электронагреватель, м³/ч 2 поле. Температура всасываемого воздуха у канального электронагревателя, °C 3 Поле. Требуемая температура воздуха на выходе из электронагревателя, °C 4 Поле. Мощность, необходимая канальному электронагревателю для введенных данных (потребление тепла приточного воздуха).

Онлайн-подбор электрического калорифера

Онлайн подбор электрических канальных нагревателей по объему нагреваемого воздуха и тепловой мощности; ассортимент электрических канальных нагревателей компании T.S.T. представлен в таблице: для каждого воздухонагревателя серии SFO указан оптимальный (для данного номера модели) диапазон нагреваемого воздуха и некоторые температуры воздуха на входе и выходе из нагревателя показаны диапазоны. Нажмите на название конкретного электронагревателя, чтобы увидеть подробное описание теплового поведения этого нагревателя.