Скорость нагрева воды формула: Расчет времени нагрева, температуры смешанной воды и мощности водонагревателя

Расчет времени нагрева, температуры смешанной воды и мощности водонагревателя

Цены на водонагреватели в нашем каталоге

Простой прикидочный расчет объема

Формула расчета времени нагрева

Формула расчета количества и температуры смешанной воды

Расчет мощности водонагревателя

Водонагреватели объемом от 5 до 1000 литров позволяет решить практически любую задачу по обеспечению человека горячей водой.

При подборе накопительного прибора исходят из пиковой (максимальной) потребности в горячей воде. Итак, типичный пример. Семья из трех человек хочет приобрести накопительный водонагреватель на время отключения горячей воды. Какого объема выбрать прибор?

Простой прикидочный расчет объема

Как правило, наибольшее количество воды тратится при принятии душа. В среднем, за один сеанс, расход составляет 60 литров воды при температуре 38-40°С. Этого хватает примерно на 10 минут полноценного душа. Соответственно, если три человека, захотят принять водные процедуры друг за другом, им понадобится 180 литров теплой воды. Если учесть, что температура нагрева воды в водонагревателе составляет 60°С, её придется разбавить. Разбавив горячую воду из водонагревателя холодной получаем объем теплой воды в два раза больший, чем было горячей в водонагревателе. Получается, что нам понадобится 180:2= 90 литров горячей воды. Прибавляя к 90 литрам еще 10% для обеспечения водой хозяйственных нужд (помыть посуду и т.д.), мы получаем оптимальную емкость равную 100 литрам.

Конечно, если планируется принимать ванну, то количество воды нужно расчитывать, исходя из заполняемого объема ванны.

Если между сеансами быдет перерыв, то можно обойтись и более компактным прибором литров на 30, так как нагрев такого объема при мощности 2 кВт длится примерно 1 час, то соответственно через данный промежуток времени можно принять душ не боясь, что теплая вода внезапно кончится.

Для точного расчета можно применить следующие формулы:

Формула расчета времени нагрева

t = (m ∙ c ∙ ∆ϑ) / (P ∙ η)

t — время нагрева в часах
c = 1,163 (Ватт/час) / (кг ∙ К)
m — количество воды в кг
P — мощность в Вт
η — КПД
∆ϑ — разность температур в К (ϑ1 — ϑ2)
ϑ1 — температура холодной воды в °C
ϑ2 — температура горячей воды в °C


Формула расчета количества и температуры смешанной воды

mсмеш=(m2 ∙(ϑ2— ϑ1))/(ϑсмеш — ϑ1)    ϑсмеш = (m1 ∙ ϑ1 + m2 ∙ ϑ2) / (m1 + m2)

mсмеш — количество смешанной воды в кг   
m2 — количество горячей воды в кг
ϑсмеш — температура смешанной воды в °С   
ϑ1 — температура холодной воды в °C
m1 — количество холодной воды в кг   
ϑ2 — температура горячей воды в °C
 
Пример: Сколько смешанной воды при температуре ϑсмеш 40°C получится при добавлении холодной воды ϑ1 10°C к 80 кг горячей воды ϑ2 55°C?

mсмеш = 80 ∙ (55-10) / (40 — 10) = 120 кг = 120 л
 
Пример: Какова будет температура воды при смешивании 80 кг воды (m2) при температуре ϑ2 55°C с 40 кг воды (m1) при температуре ϑ1 10°C?
   
ϑсмеш

= (40 ∙ 10 + 80 ∙ 55) / (40 + 80) = 40°С

Расчет мощности водонагревателя

Время нагрева воды в накопительном водонагревателе напрямую зависит от мощности нагревательного элемента. В комбинированных водонагревателях основным нагревательным элементом является теплообменник, подключенный к системе отопления частного дома. А ТЭН используется для компенсации тепловых потерь при длительном отсутствии разбора горячей воды, так как тепловая мощность теплообменника значительно больше тепловой мощности ТЭНа.

Прибегнув к уже упоминавшейся формуле, мы можем сравнить время нагрева прибора объемом 120 литров при работе ТЭНа мощностью 2 кВт или теплообменника мощностью 8 кВт (значение верно при температуре воды в системе отопления +80°С). Температура горячей воды 55°С, температура холодной воды +10°С.

t = m · c · ∆ϑ / P · η

t = 120 · 1.163 · 45 / (2000 · 0.98) = 192 мин  >  48 мин = 120 · 1.163 · 45 / (8000 · 0.98)

Для удобства можно воспользоваться следующей таблицей.

    Источник: teplo-spb.ru

Время охлаждения (нагрева). Расчет в Excel.

Опубликовано 14 Июл 2018
Рубрика: Теплотехника | 62 комментария

Нестационарный режим теплообмена – это режим, когда температура тел или сред, участвующих в  процессе обмена тепловой энергией изменяется во времени. При этом время охлаждения (нагрева) – это аргумент функции температуры тела. Зависимость температуры от времени…

…характеризуется скоростью теплового обмена, которая пропорциональна разности температур тела и окружающего пространства. В отличие от стационарного режима, при котором температуры всех точек системы остаются неизменными длительное время, нестационарный теплообмен возникает, например, при помещении тела в среду с более низкой или более высокой температурой. Если среда – это условно бесконечное пространство (например, атмосферный воздух или вода в «большой» ёмкости), то влияние тела на температуру среды ничтожно, поэтому охлаждение (нагрев) тела происходит при условно постоянной температуре окружающего газа или жидкости.

Заметим, что охлаждение тела сточки зрения математики – это нагрев со знаком «минус». И нагрев, и охлаждение описываются одними и теми же формулами!

О каких задачах может идти речь? Представим небольшой перечень вопросов, на которые можно попытаться ответить, используя предложенный далее расчет в Excel:

  • Сколько времени будет нагреваться деталь в печи?
  • Сколько времени остывает отливка после выбивки из формы?
  • Сколько времени требуется для нагрева воды в бочке на даче?
  • Через какое время перемерзнет наружный водопровод при отсутствии разбора?
  • Сколько времени нужно на охлаждение банки пива в холодильнике?

Расчет в Excel времени охлаждения (нагрева).

Алгоритм расчета базируется на законе Ньютона-Рихмана и на теоретических и практических исследованиях регулярного теплового режима советскими учеными Г.М. Кондратьевым («Регулярный тепловой режим», Москва, 1954г.) и М.А. Михеевым («Основы теплопередачи», Москва, 1977 г.).

Для примера выбран расчет времени нагрева до +22 °C в комнате с температурой воздуха +24 °C пивной алюминиевой банки с водой, предварительно охлажденной до +13 °C.

Исходные данные:

Параметров, необходимых для выполнения расчета времени охлаждения (нагрева) – 12 (см. скриншот).

Ориентировочные сведения о значениях коэффициента теплоотдачи α приведены в примечании к ячейке D3.

Теплофизические характеристики материала тела λ, a, ρ, c легко можно найти в справочниках или по запросу в Интернете. В нашем примере – это параметры воды.

В принципе, для выполнения расчета достаточно знать значения любой из пар характеристик:  λ, a или ρ, c

. Но для возможности выполнения проверки и минимизации вероятности ошибки рекомендую заполнить значениями все 4 ячейки.

Вводим значения исходных данных в соответствующие ячейки листа Excel и считываем результат: нагрев воды от +13 °C до +22 °C в спокойном воздухе комнаты с постоянной температурой +24 °C   будет длиться 3 часа 25 минут.

Для справки в самом конце таблицы вычислено время нагрева без учета формы тела – 3 часа 3 минуты.

Алгоритм расчета:

  • 13.1. F=2·H·L+2·B·L+2·H·B – для параллелепипеда;
  • 13.2. F·D·L+2·π·
    D2/4 – для цилиндра;
  • 13.3. F=π·D2 – для шара.
  • 14.1. V=H·L·B – для параллелепипеда;
  • 14.2. V=L·π·D2/4 – для цилиндра;
  • 14.3. V=π·D3/6 – для шара.
  • 15. G=ρ·V
  • 16.1 K=((π/H)
    2
    +(π/L)2+(π/B)2)-1 – для параллелепипеда;
  • 16.2 K=((2,405/(D/2))2+(π/L)2)-1 – для цилиндра;
  • 16.3 K=((D/2)/π)2 – для шара.
  • 17. m=a/K
  • 18. Bi=α·K·
    F
    /(λ·V)
  • 19. Ψ=(1+1,44·Bi+Bi2)-0,5
  • 20. M=Ψ·Bi
  • 21. mαλ=M·m
  • 22. m=Ψ·α·F/(c·ρ·V)
  • 23. Δ=ABS (1-mαλ/m100
  • 24. t=(LN (ABS (tc-t1)) -LN (ABS (tc-t2))/mαλ
  • 25. tN=(LN (ABS (tc-t1)) -LN (ABS (tc-t2)))·c·ρ·V/(α·F)

Проверка расчета опытом.

Как не трудно догадаться такой несколько странный пример выбран не случайно, а для возможности проведения простого опыта и последующего сравнения результатов. Были взяты термометр, часы и произведены замеры температуры воды в банке в процессе нагревания. Результаты расчетов и опыта отражены на графиках.

Результаты проведенного опыта показали, что нагрев банки с водой от +13 °C до +22 °C в комнате (+24 °C) продолжался примерно 3 часа 20 минут. Это на 5 минут меньше расчетного времени по Кондратьеву и на 17 минут дольше времени по классическому закону Ньютона-Рихмана.

Близость результатов и радует, и удивляет. Но не стоит переоценивать полученные итоги! Время охлаждения (нагрева), вычисленное по предложенной программе расчета в Excel, можно использовать лишь для приблизительных оценок продолжительности процессов! Дело в том, что принятые в расчете константами теплофизические характеристики тела и коэффициент теплоотдачи таковыми на самом деле не являются. Они зависят от изменяющейся температуры! К тому же регулярный режим теплообмена устанавливается не сразу после помещения тела в среду, а спустя какое-то время.

Обратите внимание, что полученные из опыта значения температур банки с водой в течение первого часа расположены выше теоретической расчетной кривой (см. графики). Это означает, что коэффициент теплоотдачи в этом периоде времени был больше выбранного нами значения α=8,3 Вт/(м2·К).

Определим среднее значение α в первые 58 минут из результатов опыта. Для этого:

  • Запишем t2=17,5 °C в ячейку D6.
  • Активируем («встанем мышью») ячейку D28.
  • Выполним: Сервис – Подбор параметра.
  • И установим в D28 значение 58 минут, изменяя ячейку D3.

α=9,2 Вт/(м2·К)!!!

Проделав ту же процедуру для t2=22,5 °C и t=240 мин, получим α=8,3 Вт/(м2·К).

Выбранное при теоретическом расчете значение α (по рекомендации СП 50.13330.2012 и формуле из Справочника по физике – см. примечание к ячейке D3) чудесным образом, хотя и совершенно случайно, совпало со значением α, вычисленным по опытным данным.

Рассмотренным способом можно определять реальные точные средние значения коэффициента теплоотдачи тел с любой формой поверхности по практическим замерам всего двух значений температуры тела и промежутка времени между этими замерами.

Остается добавить, что температура банки с водой после рассмотренных 4-х часов в последующее время будет асимптотически приближаться к 24 °C.

Прошу уважающих труд автора  скачивать файл с программой расчетов после подписки на анонсы статей!

Ссылка на скачивание файла: vremya-ohlazhdeniya (xls 55,5KB).

P.S.

Так сколько часов составит время охлаждения алюминиевой банки с пивом 0,45 л от +20 °C до +8 °C в  холодильнике (+3°C)? По расчету в программе – 2,2…2,4 часа. Опытом не проверял… 🙂

P.P.S.

Любопытный (возможно, только для меня) факт обнаружился при работе над статьей. И у куба с размером ребер a, и у цилиндра с диаметром а и длиной а, и у шара с диаметром а отношение объема к площади поверхности одинаковое: V/F=a/6!!!

Другие статьи автора блога

На главную

Статьи с близкой тематикой

Отзывы

Сколько времени нагревается вода в водонагревателе?

От чего зависит скорость нагрева? Как высчитать, сколько времени нагревается водонагреватель?

Вопрос, сколько греется водонагреватель, относится скорее к накопительным моделям. Проточные благодаря своей конструкции и высокой мощности нагревают воду практически мгновенно. Но если нужно нагреть большой объём воды, не обойтись без накопительного бойлера. В бак объёмом 30, 50, 80 или 100 литров заранее наливается вода, которая затем подогревается с помощью нагревательного элемента и остаётся тёплой благодаря теплоизоляции. Чтобы найти лучший вариант для своей семьи, нужно вычислить, от чего зависит, сколько времени нагревается вода в водонагревателе.

От чего зависит скорость нагрева?

Накопительные бойлеры согревают воду от 30 до 75 °С. Вы выбираете нужное значение на шкале с помощью кнопок регулировки температуры. Не рекомендуется устанавливать подогрев ниже чем на 60 °С, чтобы вода не «зацвела», а на стенках бака не образовался неприятно пахнущий налёт. Для большинства бытовых нужд достаточно нагреть воду до 60 – 65 °С.

Скорость нагрева до нужных значений зависит от трёх факторов:

  • вместимости бака – естественно, чем меньше литраж, тем быстрее прогреется содержимое;
  • температуры воды «на входе» – она изначально должна быть не меньше 15 °С, но и не слишком горячей, чтобы не сработал датчик защиты от перегрева;
  • мощности нагревательного элемента – чем больше Ватт заявлено в технических характеристиках, тем быстрее нагревается бак.

Как высчитать, сколько времени нагревается водонагреватель?

Чтобы понять точное время нагрева (Т), нужно знать объём бака (обозначим его V), мощность бойлера в кВт (W), температуру воды на входе (Т1), желаемую температуру (Т2). Подставляем эти значения в следующую формулу:

T=0,00116*V*(T2 — T1)/W

К примеру, подсчитаем скорость нагрева бака бойлера Polaris DELTA IMF 80V/H объёмом 80 литров до 65 °С на максимальной мощности 2000 Вт:

T = 0,00116*80*(65-15)/2 =2,32 часа

Чтобы перевести сотые доли часа в минуты (в нашем случае 0,32), нужно 60 мин*0,32 = 19,2 минуты. Получается, полное время нагрева бойлера вместимостью 80 литров на мощности 2 кВт – 2 часа 19 минут.

Таким образом можно подсчитать, за сколько нагревают воду водонагреватели разных объёмов и мощностей.

Мощность бойлера, кВт

Время нагрева воды с 15 °С до 65 °С, ч:мин

Вместимость бака водонагревателя, л

30

50

80

100

0,7

2:29

4:08

6:37

8:17

0,8

2:10

3:37

5:48

7:15

1

1:44

2:54

4:38

5:48

1,2

1:27

2:25

3:52

4:50

1,3

1:20

2:13

3:34

4:27

1,5

1:09

1:56

3:05

3:52

2

0:52

1:27

2:19

2:54

2,5

0:41

1:09

1:51

2:19

 

Вспомним физику: vladwed — LiveJournal

Меня давно интересовал простой физико-экономический вопрос: сколько стоит вскипятить литр воды (для ровного счета) электрическим чайником. И вот, наконец, была проведена соответствующая лабораторная работа.

В теории для нагрева литра воды до 100 градусов нужно энергии:

Q = C*m*(t2-t1), где:
C — удельная теплоёмкость, т.е. энергия, необходимая для нагрева в-ва на 1 градус. Для воды при нормальном давлении (101.325 кПа) это 4200 джоулей.
m — масса, 1 литр воды при обычных условиях имеет массу 1 кг.
t2 — верхняя температура нагрева, для нормального давления температура кипения воды 100 градусов.
t1 — начальная температура = комнатная температура = в моем случае 25,6 гр.

Получаем Q = 4200*1*(100-25,6) = 312480 Дж.

Теперь замерим экспериментально количество энергии для того же самого нагрева:

мощность чайника * время закипания воды = 1625 * 214 = 347750 Дж.

Отсюда можно получить КПД электрического чайника: 89.9% (о как! Причем, реально еще выше, т.к. еще часть энергии тратилась на парообразование, т.к. чайник выключается именно от пара).

Ну и теперь легко посчитать стоимость нагрева, переведя джоули в киловат-часы: 0.0965 кВт*час.

При нынешней стоимости электроэнергии 0,083 Ls* Квт*ч получаем 0.0083 Ls, т.е. меньше 1 сантима.

Нигде не напутал вроде?

P.S.
Чайник: Braun 1600
Макс. ток: 7.96 А
Ватметр насчитал 0.1 кВт*ч.

UpDt:

Не поленился добраться до газового счетчика и оказалось, что он измеряет не только кубометры, но и литры, а значит легко посчитать стоимость нагрева того же литра вода на газовой плите. Результат меня несколько обескуражил:

1л. воды в кастрюльке с крышкой на средней конфорке закипала ровно 8 минут и на это ушло 20 литров газа.
При стоимости (с июля 2011 года) 1 кубометра газа 0,5466 Ls, получаем, что вскипятить литр воды на газе стоит…. (звучат фанфары)… 0,01 Ls или 1 сантим, т.е. БОЛЬШЕ, чем электрическим чайником!

Результат странный, поэтому буду рад, если кто-то найдет ошибку, хотя места для нее вроде нет.

Еще более странный получился КПД такого нагрева:

Если теплотворная способность пропана 22000 Ккал/м3, что равно 92,180 МДж/m3 или 92180 Дж/л., то
КПД получается всего около 18%. Конечно, при сгорании газа значительно больше тратится на нагрев окружающего пространства, но все равно как-то уж совсем мало…

P.S. Заодно узнал, что коНфорка пишется через Н, а не через М. Боже, век живи век учись…

Скорость нагрева воды тэном. Расчет мощности для нагрева воды тэном

Современные производители в широком ассортименте выпускают электрические водонагреватели, используемые в квартирах и частных домах. Однако нередко возникает необходимость оборудовать на даче или в летнем домике систему нагрева воды с использованием самодельных устройств. В связи с этим приходится выполнять расчет мощности ТЭНа, чтобы , сделанные своими руками, работали максимально эффективно.

Как рассчитать мощность ТЭНа калькулятором онлайн

Расчет мощности ТЭНа с помощью онлайн-калькулятора выполняется учетом объема бака самодельного водонагревателя. Кроме того, учитывается начальная и конечная (требуемая) температура воды, а также предполагаемое время нагрева. На точность результатов оказывает влияние фактическое напряжение электрической сети и особенности конструкции данного ТЭНа. Все эти исходные данные вводятся в онлайн-калькулятор расчета мощности.

Основой всех расчетов служит формула, определяющая математические показатели мощности: P=0,0011m(tk-tн)/T, где:

  • Р — это мощность ТЭНа,
  • m — масса воды, подлежащей нагреву,
  • tk-tн — температура воды в начале и конце нагрева,
  • Т — время, необходимое для нагрева воды.

Калькулятор позволяет вычислить мощность нагревательного элемента без учета потерь тепла, различающихся в соответствии с конструкцией той или иной емкости. Кроме того на тепловые потери влияет температура окружающей среды и другие факторы.

Во время расчетов ТЭНа следует учитывать показатели фактического напряжения электрической сети, значительно отличающиеся от предполагаемого номинала. Например, пониженное напряжение может привести к снижению расчетной температуры рабочей поверхности ТЭНа. Поэтому времени для нагрева одного и того же объема воды потребуется значительно больше.

Во время расчетов в окне калькулятора «Объем нагреваемой воды» может быть вставлено значение массы этой воды с учетом ее удельного веса, составляющего 1 г/см3. Нередко холодная вода для нагрева поступает из городских систем водоснабжения. В этих случаях предусмотрена ее начальная температура, которая рекомендуется в летний период примерно 5-8 градусов, а в зимний период — 13-18 градусов. Конечный результат расчетной мощности Р в формуле подходит не только для одного ТЭНа, но и для нескольких элементов, соединенных параллельно.

Определение технических параметров приборов и расчёт нагрева воды — мощности нагревателя, змеевика, количества тепла и расхода энергии для нагрева воды — зависит от типа устройства электроводонагревателей, которые бывают накопительными и проточными.

Общие данные, необходимые для вычислений

Чем мощнее электрообогреватель, тем быстрее он подогревает заданное количество воды. Поэтому приборы по этому параметру подбирается в соответствии с задачами, необходимым объёмом и допустимым временем ожидания. Так, например, нагрев до 60°С 15 литров с нагревателем в 1,5 кВт займёт около полутора часов. Однако для больших объёмов (например, для наполнения 100-литровой ванны) при разумном времени ожидания (до 3 часов) для доведения жидкости до комфортной температуры понадобится устройство на 3 кВт мощнее.

Для полноценного вычисления расчётной мощности необходимо учесть ряд параметров:

Накопительные водонагреватели (бойлеры)

Без физико-математических формул бытовой расчёт описывается следующим образом: за 1 час 1 кВт нагревает 860 литров на 1 К. Для более точного определения времени нагревания, мощностных характеристик, объёма используется универсальная формула, из которой потом выводятся остальные результаты:

Эта формула состоит из нескольких и отражает целый ряд параметров, учитывая при этом фактор теплопотерь. (При малых мощностных характеристиках и большом объёме этот фактор становится более существенным, однако в бытовых нагревателях этим учётным значением чаще пренебрегают):

N full – мощностные характеристики нагревательного элемента,

Q c – теплопотери водонагревательной ёмкости.

  1. c= Q/m*(tк-tн)
    • С – удельная теплоёмкость,
    • Q – количество теплоты,
    • m – масса в килограммах (либо объём в литрах),
    • tк и tн (в °С) – конечная и начальная температуры.
  2. N=Q/t
    • N – мощностные характеристики нагрева.
    • t — время нагревания в секундах.
  3. N = N full — (1000/24)*Q c

Упрощенные формулы с постоянным коэффициентом:

  • Расчёт мощности ТЭНа для нагрева воды нужной температуры:
    W= 0,00117*V*(tк-tн)/T
  • Определение времени, необходимого для нагревания воды в водонагревателе:
    T= 0,00117*V*(tк-tн)/W

Составляющие формул:

  • W (в кВТ) – мощностная характеристика ТЭНов (нагревательного элемента),
  • Т (в часах) – время нагрева воды,
  • V (в литрах) – объем бака,
  • tк и tн (в °С) – конечная и начальная температуры (конечная – обычно 60°C).

Часто объём приравнивают к массе (m). Тогда определение мощности ТЭНа будет производиться по формуле: W= 0,00117*m*(tк-tн)/T. Формулы считаются упрощёнными, ещё и потому что в них не учитывается:

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

При покупке устройства надо принимать во вниание, что относительно низкие мощностные характеристики накопительных водонагревателей по сравнению с проточными ещё не гарантируют финансовую экономию. Накопительные меньше «забирают», но из-за того, что работают дольше, больше и расходуют. Для финансовой экономии более надёжной стратегией будет общее снижение водопотребления за счёт установки различного вида экономителей (http://water-save.com/ ) и строгий учёт водорасхода.

Проточные водонагреватели

В расчете количества тепла для нагрева проточной воды надо учитывать разницу в стандартах напряжения России (220 В) и Европы (230 В), так как значительная часть электроводонагревателей изготовляется западноевропейскими компаниями. Благодаря этой разнице номинальный показатель в 10 кВт в таком приборе при подключении к российской сети в 220В будет на 8,5% меньше – 9,15.

Максимальный гидропоток V (в литрах за минуту) с заданными мощностными характеристиками W (в киловаттах) рассчитывается по формуле: V= 14,3*(W/t 2 -t 1), в которой t 1 и t 2 – температуры на входе в нагреватель и в результате подогрева соответственно.

Ориентировочные мощностные характеристики электроводонагревателей применительно к бытовым потребностям (в киловаттах):

  • 4−6 – только для мытья рук и посуды,
  • 6−8 – для принятия душа,
  • 10−15 – для мойки и душа,
  • 15−20 – для полного водоснабжения квартиры или частного дома.

Выбор затрудняет то, что нагреватели выпускаются в двух вариантах подключения: к однофазной (220 В) и трёхфазной (380 В) сети. Однако нагреватели для однофазной сети, как правило, не выпускаются выше 10 киловатт.

Вычисления для бассейнов

Расчет нагрева воды в бассейне складывается из вычисления параметров электронагревателя и объёма, который необходимо подогреть. В таблице указано приблизительное время в часах, за которое температура поднимается с 10 °С до 28 °С. При этом существенную роль в конечных вычислениях играет площадь водяного «зеркала», температура окружающей среды, степень открытости/ закрытости места расположения бассейна.


Определение технических параметров приборов и расчёт нагрева воды — мощности нагревателя, змеевика, количества тепла и расхода энергии для нагрева воды — зависит от типа устройства электроводонагревателей, которые бывают накопительными и проточными.

Общие данные, необходимые для вычислений

Чем мощнее электрообогреватель, тем быстрее он подогревает заданное количество воды. Поэтому приборы по этому параметру подбирается в соответствии с задачами, необходимым объёмом и допустимым временем ожидания. Так, например, нагрев до 60°С 15 литров с нагревателем в 1,5 кВт займёт около полутора часов. Однако для больших объёмов (например, для наполнения 100-литровой ванны) при разумном времени ожидания (до 3 часов) для доведения жидкости до комфортной температуры понадобится устройство на 3 кВт мощнее.

Для полноценного вычисления расчётной мощности необходимо учесть ряд параметров:

Накопительные водонагреватели (бойлеры)

Без физико-математических формул бытовой расчёт описывается следующим образом: за 1 час 1 кВт нагревает 860 литров на 1 К. Для более точного определения времени нагревания, мощностных характеристик, объёма используется универсальная формула, из которой потом выводятся остальные результаты:

Эта формула состоит из нескольких и отражает целый ряд параметров, учитывая при этом фактор теплопотерь. (При малых мощностных характеристиках и большом объёме этот фактор становится более существенным, однако в бытовых нагревателях этим учётным значением чаще пренебрегают):

N full – мощностные характеристики нагревательного элемента,

Q c – теплопотери водонагревательной ёмкости.

  1. c= Q/m*(tк-tн)
    • С – удельная теплоёмкость,
    • Q – количество теплоты,
    • m – масса в килограммах (либо объём в литрах),
    • tк и tн (в °С) – конечная и начальная температуры.
  2. N=Q/t
    • N – мощностные характеристики нагрева.
    • t — время нагревания в секундах.
  3. N = N full — (1000/24)*Q c

Упрощенные формулы с постоянным коэффициентом:

  • Расчёт мощности ТЭНа для нагрева воды нужной температуры:
    W= 0,00117*V*(tк-tн)/T
  • Определение времени, необходимого для нагревания воды в водонагревателе:
    T= 0,00117*V*(tк-tн)/W

Составляющие формул:

  • W (в кВТ) – мощностная характеристика ТЭНов (нагревательного элемента),
  • Т (в часах) – время нагрева воды,
  • V (в литрах) – объем бака,
  • tк и tн (в °С) – конечная и начальная температуры (конечная – обычно 60°C).

Часто объём приравнивают к массе (m). Тогда определение мощности ТЭНа будет производиться по формуле: W= 0,00117*m*(tк-tн)/T. Формулы считаются упрощёнными, ещё и потому что в них не учитывается:

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

При покупке устройства надо принимать во вниание, что относительно низкие мощностные характеристики накопительных водонагревателей по сравнению с проточными ещё не гарантируют финансовую экономию. Накопительные меньше «забирают», но из-за того, что работают дольше, больше и расходуют. Для финансовой экономии более надёжной стратегией будет общее снижение водопотребления за счёт установки различного вида экономителей (http://water-save.com/ ) и строгий учёт водорасхода.

Проточные водонагреватели

В расчете количества тепла для нагрева проточной воды надо учитывать разницу в стандартах напряжения России (220 В) и Европы (230 В), так как значительная часть электроводонагревателей изготовляется западноевропейскими компаниями. Благодаря этой разнице номинальный показатель в 10 кВт в таком приборе при подключении к российской сети в 220В будет на 8,5% меньше – 9,15.

Максимальный гидропоток V (в литрах за минуту) с заданными мощностными характеристиками W (в киловаттах) рассчитывается по формуле: V= 14,3*(W/t 2 -t 1), в которой t 1 и t 2 – температуры на входе в нагреватель и в результате подогрева соответственно.

Ориентировочные мощностные характеристики электроводонагревателей применительно к бытовым потребностям (в киловаттах):

  • 4−6 – только для мытья рук и посуды,
  • 6−8 – для принятия душа,
  • 10−15 – для мойки и душа,
  • 15−20 – для полного водоснабжения квартиры или частного дома.

Выбор затрудняет то, что нагреватели выпускаются в двух вариантах подключения: к однофазной (220 В) и трёхфазной (380 В) сети. Однако нагреватели для однофазной сети, как правило, не выпускаются выше 10 киловатт.

Вычисления для бассейнов

Расчет нагрева воды в бассейне складывается из вычисления параметров электронагревателя и объёма, который необходимо подогреть. В таблице указано приблизительное время в часах, за которое температура поднимается с 10 °С до 28 °С. При этом существенную роль в конечных вычислениях играет площадь водяного «зеркала», температура окружающей среды, степень открытости/ закрытости места расположения бассейна.


Расчёт мощности бойлера, | Vybiraemtovar.ru

Приступая к расчёту мощности бойлера, в первую очередь необходимо оценить надёжность электропроводки в помещении, иначе при включении аппарата у вас будут вылетать пробки.
Обычно на однофазную сеть квартиры или дома выделяется 7-10 кВт. Посчитайте суммарную мощность всех приборов, которые планируйте включать одновременно с нагревателем и вычтите из 7 кВт. Не удивляйтесь если полученное значение будет маленьким. Бойлер большей мощности покупать бесполезно, либо чать приборов при его использовании, например, холодильник придётся отключать, что, согласитесь, малоприятно и не всегда возможно.

Расчёт мощности бойлера, требуемой для нагревания воды за определённое время

P= 0,0011*m*(t2-t1)/Т, где P – мощность водонагревателя, m – масса жидкости ( 1 кг. Воды имеет объём 1 л.), (t2-t1) – разность между конечной и начальной температурами, Т— время нагрева.

Мощность бойлера в зависимости от объёма бака

В принципе можно и ТЭНом в 1 кВт нагреть до 60-70 градусов, только займёт это больше суток. Производители бойлеров прекрасно это понимают, как правило, мощность приборов находится в соответствии с объёмом бака накопительного бойлера.

  • 1.2 кВт – 30 50 л.
  • 2 кВт – 80-100 л.
  • 2.5 кВт – 120 л.
  • 5-6 кВт – около 200 л.

Для расчёта объёма бака электрического накопительного водонагревателя существует формула
V = Рс * (tн – tх) : (tб – tх), где Рс – расход воды, tб – температура нагретой в бойлере воды, tx – температура холодной воды, для разбавления горячей в смесителе, tн – температура, которую нужно получить на выходе из бойлера.


Для чего используется водаТемпература тёплой воды tнРасход воды в обычном режиме
л.
Душ3740
Принятие ванны4099
Бритьё376
Мытьё рук и лица376
Мытьё головы3712
Мытьё посуды в ручную5014
Мытьё посуды в посудомойке без нагрева воды6050
Приготовление еды376
Ручная стирка белья3740
Стирка белья в машине
без нагрева воды
3780

Расчёт мощности для проточных бойлеров

Подобные приборы, как правило, мощные, ведь им приходится нагревать воду практически мгновенно.
Чтобы приблизительно рассчитать мощность таких устройств, нужно расход воды помножить на два.

Вконтакте

Facebook

Twitter

Одноклассники

E-mail

на Ваш сайт.

Подбор системы нагрева воды в бассейне

Температура воды в бассейне, если на неё никак не воздействовать, становится равна температуре окружающего воздуха. Но если температуру воздуха градусов в 17-18 еще можно назвать сносной, то вот для плавания такая температура уже подойдет вряд ли. Именно поэтому в наших северных широтах довольно остро стоит вопрос нагрева воды в бассейне, особенно если он открытый (хотя и в закрытых помещениях, температура воды часто опускается ниже, чем хотелось бы).

Если отбросить субъективное восприятие, существуют регламентированные нормативы температуры для разных типов бассейнов. Для плавательных и спортивных бассейнов стандартом считается температура 24-26 °С, для детских бассейнов норма повышена до 28-30 °С, а в гидромассажных и спа-бассейнах норматив доходит до 32-38 °С. Но чтобы с поддержанием правильной температуры не возникало проблем, нужно подобрать правильное нагревательное оборудование, желательно, еще на этапе проектирования. Данная статья как раз и призвана помочь вам сориентироваться в этом вопросе и выбрать модель подходящих типа и мощности.

Все системы обогрева воды работают по принципу передачи тепла «от горячего к холодному». Различия заключаются в принципе получения тепла для нагрева. В рекурперативных теплообменниках циркулирующая вода, нагреваемая тем или иным способом, передает через стенки тепло, нагревая тем самым воду. Электронагреватели, предсказуемо, нагреваются за счет электроэнергии. Тепло передается воде напрямую от так называемых ТЭН-ов (трубчатых электронагревателей). Рассмотрим каждую из разновидностей подробнее.

Теплообменники

Водно-водяной теплообменник представляет собой колбу, внутри которой находятся 2 контура. В первичном контуре, или контуре нагрева, циркулирует вода из бойлера. По вторичному контуру проходит вода из бассейна. Между контурами происходит теплообмен — вода из бассейна нагревается, а бойлер начинает догревать воду вышедшую из теплообменника. Цикл замкнутый и продолжается до тех пор, пока вода в бассейне не достигнет требуемой температуры.

Нагретая теплообменником вода обратно попадает в бассейн. Время, требующееся для достижения водой требуемой температуры, зависит от мощности нагревателя и от объема бассейна. По достижению заданной температуры нагреватель либо отключается, либо начинает работать в режиме поддержания температуры. Это зависит от настроек.

Водно-водяные теплообменники также принято разделять по типу контура нагрева. Называются они при этом вертикальными и горизонтальными, иллюстрируя своим названием положение в котором их удобнее монтировать.
Горизонтальными теплообменниками называют модели с нагревательным контуром в форме спирали.
У вертикальных теплообменников контур представляет собой пучок тонких трубок, по каждой из которых проходит вода. Наличие большого количества трубок в пучке повышает площадь теплопередачи. Также, некоторые производители предусматривают демонтируемый пучок трубок, что обеспечивает ремонтопригодность теплообменника.
Корпуса теплообменников изготавливаются либо из композитного пластика, либо из нержавеющей стали. Хотя в моделях премиум-класса встречаются и титановые корпуса. Контура нагрева (как горизонтальные, так и вертикальные) изготавливают из нержавеющей стали (обычно AISI316), титана, никеля и купроникеля. Первый вариант отлично подходит по соотношению цены/качества для бассейнов с пресной водой, однако для заполняемых морской водой следует выбрать более дорогие антикоррозийные материалы.

В большинстве случаев, водно-водяные теплообменники станут идеальным решением для подогрева воды. Они сравнительно дешевы и не требуют больших затрат в процессе эксплуатации. Однако, для его работы требуется наличие в доме газового котла. В случае его отсутствия, можно установить электрический котел, однако это дорогое и далеко не всегда оправданное решение.
Еще одной неприятной особенностью является то, что на заявленной мощности теплообменник будет работать только при указанных в тех.паспорте разнице температур первичного и вторичного контура, а также соотношении скоростей жидкости в них. Оценить падение производительности нагревателя, в случае отклонения от паспортных значений, можно по приложенным графикам. (диаграмма А и диаграмма Б)


Для оценки времени работы теплообменника по нагреву бассейна, без учета отклонений от заявленной мощности и потерь тепла, существует эмпирическая формула:
t = 1.16 * V * T / P,
где t — искомое время в часах, V — объем воды бассейна в кубометрах, T — требуемая разница температур в градусах, P — заявленная мощность.
С её помощью можно заранее оценить, сколько времени займет нагрев вашего бассейна теплообменником определенной мощности. И поверьте, процесс этот достаточно долгий. Например, для нагрева воды на 20 °С в бассейне объемом 30 куб.м. посредством теплообменника мощностью 6 кВт, вам потребуется 116 часов. И повторимся, это без учета потерь.
Стоит также помнить, что в комплекте с теплообменником не поставляются необходимые для подключения комплектующие. Так что при покупке потребуется также приобрести комплект обвязки, состоящий из накидных металлопластиковых муфт (для плавного перехода от пластиковых труб к металлическому стержню обогревателя), циркуляционного насоса (если его нет в котле изначально) для перекачки теплоносителя, электромагнитного клапана (для предотвращения самопроизвольной циркуляции), и, при необходимости терморегулятора.

Солнечные коллекторы

Помимо водно-водяных существует еще один тип рекурперативных теплообменников для бассейна. Солнечные батареи представляют собой коллектор, который нагревается под действием солнечных лучей и позволяет использовать это тепло для подогрева воды в бассейне, используя систему тонких трубок.

 

Казалось бы, не нужен газовый котел. Не нужно тратить электричество. Однако, вряд ли подобная система станет удачным решением в наших широтах. Даже в ясный день, при условии соблюдения всех правил эксплуатации, квадратный метр поверхности солнечной батареи будет выдавать тепловую энергию в диапазоне 0.6-0.9 кВт*ч. То есть, чтобы покрыть по мощности даже самый слабый водно-водный теплообменник, потребуется площадь батарей сравнимая с площадью поверхности бассейна. Если ещё и вспомнить, что в той же Москве за год в среднем 184 облачных дня и 98 — пасмурных, то использование «альтернативных источников энергии» окажется под очень большим вопросом. Мы не пытаемся вас всеми силами отговорить от приобретения солнечных батарей, однако наш опыт подсказывает, что данной системой нагрева можно пользоваться только солнечным летом.

Электронагреватели

Альтернативой теплообменникам выступают электронагреватели. В их корпусе установлен ТЭН (трубчатый электронагревательный элемент), который и передает тепло протекающей через устройство воде. Каких-то принципиальных различий между моделями нет, так что подбирая подходящий электронагреватель, достаточно ориентироваться на выходную мощность и материал изготовления корпуса и ТЭНа. Как и в случае с теплообменниками, при использовании в бассейне морской воды, ТЭН нужно подбирать из устойчивого к агрессивным окислительным средам материала: титана, никеля или купроникеля.

 

Начиная с моделей среднего ценового диапазона, электронагреватели оснащаются термостатом с дисплеем, позволяющим регулировать температуру воды вплоть до десятых долей градуса. Что выгодно их отличает от теплообменников.
Есть у электронагревателей и еще одна важная особенность. Они оснащены комплектом автоматики, который не дает им работать при потоке воды ниже определенного значения. Для этого электронагреватели оснащаются датчиком потока, либо датчиком давления. Первый вариант лучше и точнее. Но вне зависимости от типа датчика, нужно всегда помнить, что при слишком медленной скорости воды в трубах, электронагреватель не будет работать.
Монтаж электронагревателей тоже имеет одну небольшую особенность. Ставить его надо через так называемую «петлю». Это значит, что труба входящая в нагреватель должна быть направлена вертикально вниз. Делается это для того, чтобы ёмкость прибора всегда была наполнена водой. В противном случае, при поломке автоматики, прибор включится без воды внутри. ТЭН нагревателя, в такой ситуации, может просто-напросто сгореть.
В отличие от теплообменников, электронагреватели изначально укомплектованы всем необходимым для их запуска и работы. Кроме датчика потока/давления, они оснащены ещё и датчиком регулировки температуры, датчиком защиты от перегрева, крепёжным комплектом.

Казалось бы, электронагреватели во всем лучше теплообменников, однако это не совсем так. Нагрев воды с их помощью расходует огромное количество электроэнергии, значительно увеличивая затраты на обслуживание бассейна. И если уж переходить от теории к практике, для многих дачных участков действуют ограничения по общему количеству выделяемой энергии. Так что мало кто сможет позволить себе электронагреватель мощностью свыше 3-6 кВт. Модели большей мощности требуют трехфазного подключения к сети, которое тоже есть далеко не у всех. Так что, обычно, электронагреватели используются для совсем небольших частных бассейнов (не более 12 кубов для открытого и не более 20 — для закрытого). В остальных случаях, если позволяют условия, предпочтительно использовать теплообменник.

Стоит отметить, что несмотря на кажущуюся простоту, задачу по поддержанию в бассейне требуемой температуры решить не так-то просто. Формула для расчета времени нагрева воды не учитывает такую важную её особенность, как теплопотери при испарении. Из-за этих самых теплопотерь системе подогрева воды приходится работать ещё дольше, при том что процесс нагрева и так обычно занимает 2-3 дня. Именно поэтому стоит заранее подумать о вспомогательных средствах для подогрева: термическое покрывало, покрытие стенок бассейна теплоизоляционным напылением и использование системы солнечных батарей в качестве вспомогательного средства подогрева.

Определение мощности

Ну, и напоследок, немного практической информации. Существует несколько максимально упрощенных формул, позволяющих подобрать правильный водонагреватель:
Для уличных бассейнов мощность теплообменника (в киловаттах) подбирают равной объему бассейна (в метрах кубических).
В случае электрического водонагревателя мощность должна быть равна 1/2 от объема.
Для закрытых бассейнов теплообменник подбирается по мощности равным 3/4 объема.
Ну, а от электронагревателя потребуется мощность равная 1/3 объема бассейна.
Если вы все же решите рискнуть и приобрести систему подогрева на солнечных батареях, знайте, что суммарная площадь коллекторов должна равняться площади самого бассейна.

Итак, подведем краткие итоги:
—Для нагрева воды в бассейнах в основном используются водно-водные теплообменники, электронагреватели и солнечные батареи. Первые два варианта имеют свои достоинства и недостатки, а третий может использоваться в основном в качестве дополнительного средства нагрева.
—Выбор подходящей модели основывается в основном на мощности нагревателя.
—Используя бассейн с морской солью, нужно быть готовым прилично потратиться на нагреватель из антикоррозийных материалов.
—Сам процесс нагрева занимает достаточно долгое время.

Надеемся, данная статья поможет вам сориентироваться в многообразии систем подогрева воды и выбрать нужную вам модель.

Калькулятор нагрева воды

Этот вопрос может показаться тривиальным, но так ли это на самом деле? И да и нет. Хотя кажется очевидным думать о чайнике, плите, бойлере или другом устройстве, все они являются всего лишь инструментами , которые мы используем для более легкого изменения температуры.

Чтобы нагреть воду, вам нужно… ну, добавить тепло, которое является одной из форм энергии. Это увеличивает среднюю кинетическую энергию молекул и, следовательно, прямо пропорциональную температуру, как утверждается в кинетической теории.Существует три типа теплопередачи :

.
  • Проводимость возникает, когда два объекта соприкасаются. Существует некий тепловой поток от горячего объекта к более холодному за счет волнения молекул (столкновения высокоскоростных частиц с более медленными). Некоторые вещества являются лучшими проводниками, чем другие, поэтому нас обычно интересует теплопроводность материала. Примером такого переноса может быть сковорода на плите или кубик льда в руке.
  • Конвекция относится к жидкостям (включая воздух!).Когда температура жидкости увеличивается, она становится менее плотной и повышается . В то же время более холодные аналоги будут двигаться вниз , создавая конвекционных потоков . Это круговые движения, которые помогают распространять тепло по всему веществу. Это объясняет, например, почему вода в океане теплее на поверхности, чем если нырнуть глубже.
  • Излучение , наоборот, не нуждается в молекулах, поскольку оно происходит посредством электромагнитных волн .Это означает, что не требуется ни среды, ни физического контакта. Все объекты излучают и поглощают радиацию, некоторые больше, чем другие. Закон Стефана-Больцмана говорит нам, какая мощность излучается телом при определенной температуре. Так Земля получает тепло от Солнца.

Все эти способы передачи тепла применимы и к нашему случаю, но маловероятно, что вы будете рассматривать излучение для бытовых целей. Тем не менее, метод не влияет на количество тепла, необходимое для повышения температуры, поэтому наш калькулятор нагрева воды поможет вам даже в более необычных условиях.

Скорость потока системы нагрева

Объемная скорость потока в системе отопления может быть выражена как

Q = H / (C P ρ DT) (1)

где

Q = объемная скорость потока (M 3 / S )

H = скорость тепла (KJ / S, KW)

C P = удельный огонь (KJ / KG O C )

ρ = плотность = плотность (кг / м 3 )

dt = разница температур ( o C)

Это общее уравнение может быть изменено для фактических единиц — СИ или имперских единиц — и используемых жидкостей.

Объемный расход воды в имперских единицах

Для воды с температурой 60 o F расход может быть выражен как

q = h (7,48 гал/фут 3 Btu/((Btu) LB M O O F) (62.34 LB / FT 3 ) (60 мин / ч) DT)

= H / (500 дт) (2)

где

Q = расход воды (GAL / MIN)

H = расход тепла (BTU / H)

ρ = плотность ( фунт / фут 3 )

dt = разница температур ( o F)

Для более точного определения объемного расхода следует использовать свойства горячей воды.

Массовый расход воды в имперских единицах

Вода Массовый расход можно выразить как:

м

м = H / ((1.2 BTU / LBM. O F) DT)

= H / (1.2 dt) (3)

, где

м = массовый поток (LB m / h)

  • 5 Объемную скорость потока воды в Si-единицы

    Объемная вода расход в системе отопления можно выразить в единицах СИ как

    q = h / ((4.2 кДж / кг O C) (1000 кг / м 3 ) DT)

    = H / (4200 дт) (4)

    где

    Q = вода Расход (м 3 / с)

    H = скорость тепла (кВт или кДж / с)

    DT = разница температур ( O C)

    для более Для точных объемных расходов следует использовать свойства горячей воды.

    Расход воды в Si-единицы

    Массовый поток воды может быть выражен как:

    м

    м = H / ((4,2 KJ / KG O C) DT)

    = H / (4.2 dt) (5)

    , где

    м

    м = массовый расход (кг / с)

  • 5 Пример — расход в системе отопления

    Вода циркуляции теплосетям выдает 230 кВт с разницей температур 20 o С .

    Объемный расход можно рассчитать как:

    q = (230 кВт) / ((4,2 кДж/кг o C) (1000 кг/м 3 ) (20 6 o C) )

    = 2.7 10 -3 M -3 / S 3 / S

    9006 / S

    Массовый поток может быть выражен как:

    м = (230 кВт) / ((4.2 кДж/кг o Кл) (20 o Кл))

        = 2.7 кг / с

    Пример — Отопление воды с электричеством

    10 литров воды нагревают от 10 o C до 100 o C в 30 минут . Скорость теплового потока можно рассчитать как

    ч = (4,2 кДж/кг o C) (1000 кг/м 3 ) (10 литров) (1/1000 м 3 /литр) ( (100 o С) — (10 o С)) / ((30 мин) (60 с/мин))

      =  2.1 кДж/с (кВт)

    Электрический ток 24 В пост. тока , необходимый для нагрева, можно рассчитать как

    I = (2,1 кВт) (1000 Вт/кВт)/ (24 В)

       = 87,5 А

    Определение размера нового водонагревателя

    Водонагреватель подходящего размера удовлетворит потребности вашего дома в горячей воде и будет работать более эффективно. Поэтому перед покупкой водонагревателя убедитесь, что он подходит по размеру.

    Здесь вы найдете информацию о размерах этих систем:

    • Проточные или проточные водонагреватели
    • Солнечная система нагрева воды
    • Водонагреватели накопительные и с тепловым насосом (с баком).

    Для определения размеров комбинированных систем водяного отопления и отопления помещений, включая некоторые системы тепловых насосов, а также безрезервуарные змеевики и косвенные водонагреватели, обратитесь к квалифицированному подрядчику.

    Если вы еще не решили, какой тип водонагревателя лучше всего подходит для вашего дома, узнайте больше о выборе нового водонагревателя.

    Калибровка безбаковых водонагревателей или водонагревателей по требованию

    Безбаковые водонагреватели или водонагреватели по требованию оцениваются по максимальному повышению температуры, возможному при заданной скорости потока.Следовательно, чтобы определить размер водонагревателя по требованию, вам необходимо определить скорость потока и повышение температуры, которое вам потребуется для его применения (во всем доме или удаленном применении, например, только в ванной комнате) в вашем доме.

    Сначала укажите количество устройств с горячей водой, которые вы планируете использовать одновременно. Затем сложите их скорости потока (галлоны в минуту). Это желаемый расход, который вам нужен для водонагревателя по требованию. Например, предположим, что вы ожидаете одновременно открыть кран с горячей водой с расходом 0.75 галлонов (2,84 литра) в минуту и ​​насадку для душа с расходом 2,5 галлона (9,46 литра) в минуту.

    Если вы не знаете расход, оцените его, поставив кастрюлю или ведро под кран или насадку для душа, и измерьте расход в течение минуты. Измерьте количество воды и умножьте на 60, чтобы получить галлоны в минуту (или литры в минуту). Скорость потока через водонагреватель должна быть не менее 3,25 галлона (12,3 литра) в минуту. Для снижения расхода установите водонапорные устройства с низким расходом.

    Чтобы определить повышение температуры, вычтите температуру воды на входе из требуемой температуры на выходе. Если вы не знаете иного, предположим, что температура поступающей воды составляет 50ºF (10ºC). Вы также можете оценить температуру, подержав термометр под краном с холодной водой. Для большинства применений вам потребуется нагреть воду до 120ºF (49ºC). В этом примере вам понадобится водонагреватель по требованию, который обеспечивает повышение температуры на 70ºF (39ºC) для большинства применений. Для посудомоечных машин без внутренних нагревателей и других подобных устройств вам может понадобиться нагреть воду до 140ºF (60ºC).В этом случае вам потребуется повышение температуры на 90ºF (50ºC). Будьте осторожны с температурой воды 140ºF, потому что это увеличивает вероятность ошпаривания.

    Большинство водонагревателей рассчитаны на различные температуры на входе. Как правило, повышение температуры воды на 70ºF (39ºC) возможно при скорости потока 5 галлонов в минуту через газовые водонагреватели по требованию и 2 галлона в минуту через электрические. Более высокие скорости потока или более низкие температуры на входе иногда могут снизить температуру воды в самом удаленном кране.Некоторые типы безрезервуарных водонагревателей контролируются термостатом; они могут изменять температуру на выходе в зависимости от расхода воды и температуры на входе.

    Расчет параметров солнечной системы нагрева воды

    Определение размеров вашей системы солнечного водонагрева в основном включает в себя определение общей площади коллектора и объема накопителя, которые вам потребуются для удовлетворения 90 – 100 % потребности вашего дома в горячей воде в летнее время. Подрядчики солнечных систем используют рабочие листы и компьютерные программы, чтобы помочь определить системные требования и размер коллектора.

    Зона коллектора

    Подрядчики обычно следуют норме около 20 квадратных футов (2 квадратных метра) площади коллектора для каждого из первых двух членов семьи. На каждого дополнительного человека добавьте 8 квадратных футов (0,7 квадратных метра), если вы живете в районе Солнечного пояса США, или 12–14 квадратных футов, если вы живете на севере Соединенных Штатов.

    Объем хранилища

    Небольшой (от 50 до 60 галлонов) резервуар для хранения обычно достаточно для одного-двух трех человек. Средний (80 галлонов) резервуар для хранения хорошо подходит для трех-четырех человек.Большой бак подходит для четырех-шести человек.

    Для активных систем размер резервуара для хранения солнечной энергии увеличивается с размером коллектора — обычно 1,5 галлона на квадратный фут коллектора. Это помогает предотвратить перегрев системы при низком спросе на горячую воду. Некоторые эксперты предполагают, что в очень теплом солнечном климате соотношение должно быть увеличено до 2 галлонов хранения на 1 квадратный фут площади коллектора.

    Прочие расчеты

    Дополнительные расчеты, связанные с определением размеров вашей солнечной системы нагрева воды, включают оценку солнечного ресурса вашей строительной площадки и определение правильной ориентации и наклона солнечного коллектора.Посетите страницу солнечных водонагревателей , чтобы узнать больше об этих расчетах.

    Расчет накопительного бака и теплового насоса (с баком) Водонагреватели

    Чтобы правильно выбрать накопительный водонагреватель для вашего дома, включая водонагреватель с тепловым насосом и баком, используйте показатель первого часа водонагревателя. Рейтинг первого часа — это количество галлонов горячей воды, которое нагреватель может подать в час (начиная с бака, полного горячей воды). Это зависит от емкости бака, источника тепла (горелка или элемент) и размера горелки или элемента.

    На этикетке EnergyGuide в левом верхнем углу указан рейтинг за первый час как «Емкость (рейтинг за первый час)». Федеральная торговая комиссия требует наличия этикетки EnergyGuide на всех новых обычных накопительных водонагревателях, но не на водонагревателях с тепловым насосом. В литературе по продукту от производителя также может быть указана оценка за первый час. Ищите модели водонагревателей с рейтингом первого часа, который, по крайней мере, соответствует вашему пиковому спросу (самое высокое потребление энергии в течение одного 1-часового периода для вашего дома).

    Чтобы оценить спрос в часы пик:

    • Определите, в какое время дня (утром, днем, вечером) вы используете наибольшее количество горячей воды в вашем доме. Учитывайте количество людей, проживающих в вашем доме.
    • Используйте таблицу ниже, чтобы оценить максимальное потребление горячей воды в течение этого часового периода дня — это ваше потребление в час пик. Примечание: в таблице не оценивается общее ежедневное потребление горячей воды.

    Пример рабочей таблицы показывает, что общая потребность в часы пик составляет 66 галлонов.Таким образом, этому домашнему хозяйству потребуется модель водонагревателя с рейтингом в первый час 66 галлонов или более.

    Рабочий лист для оценки спроса в час пик/рейтинга за первый час *
    Использование Средний расход горячей воды в галлонах на одно использование   Количество использований в течение 1 часа   галлонов израсходовано за 1 час
    Душ 20 ×   =  
    Стрижка (.05 галлонов в минуту) 2 ×   =  
    Ручное мытье посуды или приготовление пищи (2 галлона в минуту) 3 ×   =  
    Автоматическая посудомоечная машина 7 ×   =  

    Стиральная машина

     

    ×   =  
     — Верхний погрузчик 25
     — Ось H 15
          Общая потребность в часы пик =  

     

    ПРИМЕР
    3 душа 20 × 3 = 60
    1 бритва 2 × 1 = 2
    1 ручное мытье посуды 3 × 1 = 3
    Спрос в часы пик       = 66


    *Оценки основаны на средних значениях различной информации, опубликованной на веб-сайтах.Некоторые веб-сайты производителей водонагревателей также предоставляют калькуляторы, основанные на продолжительности варианта использования и других факторах .

    термодинамика — Расчет времени нагрева воды при расходе 150 л/мин. при 1100 бар

    Эти две очень простые в использовании формулы, вероятно, позволят легко определить порядок величин.

    Время нагрева с заданной мощностью нагрева

    T = V x 1000 см3/л x 4,17 x K/Вт секунд или Т = 4170 В.К/Вт

    Мощность, необходимая для нагрева за время T

    Мощность = Вт = = В x 1000 см3/л x 4.17 х К/Т Вт или W = 4170 В.К/Т

    Где

    T = секунды
    V = литры
    K = подъем в градусах K (или C)
    W = тепловая мощность в ваттах
    4,17 = удельная теплоемкость воды в диапазоне от 20 C до 30 C с поправкой на среднюю плотность воды, поэтому единицы измерения Дж/см3/ К

    Это значение увеличивается на любые потери
    например, неизолированный электрический чайник имеет КПД 85% — 95% Энергия насосов частично добавляется к нагреву.


    Ключевым фактором является количество тепла, хранящегося в воде на кубический сантиметр воды на градус К (или градус С) повышения температуры.Когда это известно, все остальное можно рассчитать.
    Более полезную, чем многие другие, таблицу тепловых свойств воды можно найти здесь на сайте «Engineering Toolbox», который стоит добавить в закладки. Вместо того, чтобы давать только несколько цифр для нескольких выбранных температур, это дает свойства в широком диапазоне температур, поэтому можно установить, оказывает ли температура значительное влияние на соответствующие свойства в контексте текущей проблемы.

    Удельная теплоемкость воды в среднем около 4.18 Дж на грамм* на градус К в диапазоне температур от 20 до 30°С или 4,17 Дж на кубический сантиметр на градус К. 0,01 Дж/единица/К не сильно изменит ваш результат.

    • Цифры на см3 и на грамм немного отличаются, потому что плотность воды в этом диапазоне чуть меньше 1 г/см3. Удельная теплоемкость будет около 4,18 Дж на грамм и 4,17 Дж/см3 на градус К. Обычно приводится значение 4,182 Дж/г/К, часто без привязки к температурному диапазону.3 = 1000 литров А 1 литр = 10 х 10 х 10 см или 100 х 100 х 100 мм

      Total_energy = SH x cc x delta-C = SH x литры x 1000 x delta-C

      Мощность = энергия/секунда = общая_энергия/секунды.

      Давление здесь мало что значит, за исключением того, что оно может повлиять на плотность воды.
      Посмотрите сжимаемость воды, чтобы понять, насколько это важно.

    Удвоение напора воды влияет на объем (конечно), но оказывает незначительное влияние на давление.


    Потребляемая мощность

    Энергия в объеме V литров = V x 1000 см3/л x SG г/см x SH x delta_T

    В = 14 786 (значение пользователя)
    delta_T = 10 K (значение пользователя)
    SG = 1 (фактическое значение в пересчете на SH — см. текст)
    SH = 4.17 Дж/см3/K (включая SG — см. текст)

    Энергия = 14 786 х 1000 х 1 х 4,17 х 10 = 616 576 000 Дж или Вт.с

    Таким образом, вы можете нагреть его за 1 секунду, используя 617 000! нагреватель кВт.
    Это может быть сложно.

    или за один час 616 576/3600 секунд = 171 000 Вт тепла (+ потери)

    Или с использованием элемента мощностью 3 кВт, используемого в бытовых водонагревателях.
    (Максимальная доступная мощность обычно составляет 3 кВт — больше для специальных целей). 616576000/3000 =~ 57 часов!

    Чтобы нагреть его и «8-часовой день» = 616.6 МДж/(8 х 3600) = 21,4 кВт.


    Теплоемкость бака может быть значительной. Изоляция бака будет иметь большое значение.
    Возможны другие потери.
    Но это дает вам представление.

    Поиск галлонов в минуту с использованием системных температур

    Это продолжение последней статьи Дока на Hotmail, Решения для несбалансированных гидравлических систем. Читатели спрашивали: «Как найти галлоны в минуту (галлонов в минуту), если в гидравлической системе нет станций измерения расхода?»

    Если станции измерения расхода (например, балансировочные клапаны) не встроены в систему, вы все равно можете рассчитать галлоны в минуту с помощью гидравлической системы, используя несколько простых измерений.Давайте посмотрим, какие измерения температуры воды вы можете выполнять, и какие математические расчеты необходимы для этого простого диагностического теста в галлонах в минуту.

    Чтобы не перегружать вас, я приведу очень простой пример небольшой системы отопления, вентиляции и кондиционирования горячего водоснабжения с бойлером и устройством обработки воздуха.

    Физика
    Хотя многие из нас мало интересовались физикой, когда учились в школе, большинство из нас использует ее каждый день. Физика изучает природу и свойства материи и энергии. Он использует то, как они работают вместе.Вы используете принципы физики для улучшения производительности системы HVAC.

    Формулы мало что значат, если вы не можете использовать полученные из них знания для достижения чего-либо. Обратите внимание, как приведенные ниже формулы превращаются в пошаговые инструкции, которые помогут вам найти нужную информацию. Как только вы найдете ответ, станет ясно, что вы должны сделать, чтобы улучшить производительность системы.

    Формула теплопередачи воды – БТЕ
    Гидравлические системы, созданные для балансировки, оборудованы таким образом, что вы можете напрямую измерять галлоны системы и оборудования в минуту.Эта формула теплопередачи первичной воды используется для расчета отдаваемой системой БТЕ, когда известны галлоны в минуту. Это не формула для расчета галлонов в минуту, но понимание ее является мостом к легкому выполнению расчетов.

    Формула: БТЕ/час. = GPM x Δt x 500. Просмотр этой формулы значительно облегчит использование следующего варианта GPM.

    В этом примере этапы диагностического теста и расчета будут следовать порядку формулы:

    Шаг первый: GPM

    • Подсоедините гидроманометр к балансировочному клапану, обслуживающему воздухообрабатывающую установку или змеевик.Измерьте давление воды, интерпретируйте и запишите системные галлоны в минуту. Для нашего примера предположим, что gpm равен 8,8.

    Шаг второй:  Δt

    • Измерьте температуру воды на входе и выходе из змеевика с помощью накладного датчика температуры. Считайте и запишите две температуры.
    • Вычтите две температуры, чтобы найти изменение температуры воды (Δt) в змеевике. Для этого примера предположим, что Δt составляет 26,2 градуса по Фаренгейту.

    Третий шаг: 500

    • Умножьте два числа, найденные на предыдущих шагах, на 500, чтобы найти БТЕ воды, подаваемой через змеевик.
    • Пример: галлонов в минуту x дельта t градусов x 500 = со стороны воды БТЕ/ч. Измеренное количество галлонов в минуту через балансировочный клапан составило 8,8 галлонов в минуту. Измеренное изменение температуры воды (Δt) через змеевик составляет 26,2 градуса. Примените эти числа к формуле, и вы получите 8,8 галлонов в минуту x 26,2 градуса Δt x 500 = 115 280 БТЕ/час.

    Если номинальная теплопроизводительность кондиционера составляет 120 000 БТЕ/час, у вас все в порядке. Если номинальная теплопроизводительность кондиционера составляет 250 000 БТЕ/ч., Хьюстон у нас проблема.

    Формула теплопередачи воды: GPM
    Формула теплопередачи вторичной воды поможет вам найти GPM, проходящий через оборудование. Формула GPM: GPM = сторона воздуха Btu ÷ (измеренная вода Δt x 500).

    Мы рассмотрим эту версию формулы более подробно. Поскольку часть формулы в скобках должна быть заполнена первой, мы соответствующим образом организуем шаги, которые вы будете выполнять в этой области.

    Шаг первый: Δt

    • Измерьте Δt на входе и выходе из змеевика системы обработки воздуха с помощью сухого термометра накладного типа.Считайте и запишите две температуры.
    • Вычтите две температуры, чтобы найти сторону воды Δt на змеевике.

    Пример: Температура воды на входе в змеевик горячей воды 168,4ᵒ. Поскольку воздух через змеевик отводит тепло от воды, температура воды снижается до 136,3 градусов. Вычтите 168,4 градуса – 136,3 градуса, чтобы найти Δt стороны воды поперек змеевика, равное 31,1 градуса.

    Шаг второй: 500

    Умножьте время изменения температуры на 500, чтобы найти делитель формулы. Пример : изменение температуры воды в змеевике на 31,1 градуса x 500 = 15 550.

    • Делитель в формуле для расчета галлонов в минуту.

    Третий этап — воздух БТЕ

    • Следующим шагом будет определение БТЕ/ч. подается с воздушной стороны воздухообрабатывающего агрегата.
    • Это число может быть получено из двух источников: во-первых, вы можете использовать змеевик горячей воды с номиналом БТЕ/час. в обработчике воздуха. Предположим, что номинальная тепловая мощность этого кондиционера составляет 50 000 БТЕ.
    • Во-вторых, вы можете измерить подачу воздуха в БТЕ через воздухораспределитель. Этот метод проверки является наиболее точным, но требует больших усилий. Технические специалисты, которые измеряют производительность оборудования, знают, что установленное оборудование редко работает так, как заявлено, из-за дефектов установки. Обратитесь к Doc для получения информации о процедуре испытаний для доставки британских тепловых единиц в воздушной зоне.

    Шаг четвертый. Расчет

    • Имея на руках данные испытаний и информацию, вы готовы рассчитать количество галлонов в минуту, проходящих через вентиляционную установку.
    • Примените расчет GPM = Air Btu ÷ (Δt x 500). Не забудьте сначала выполнить расчет в скобках.
    • Разделите 50 000 БТЕ, доставленных в контролируемую зону, на 15 550, чтобы найти 3,2 галлона в минуту через змеевик.

    Подводя итог, можно сказать, что вы можете повысить диагностические возможности своих гидравлических систем, измерив пару температур, вычитая и разделяя, чтобы найти галлоны в минуту, когда контрольные порты и клапаны недоступны. Надеюсь, ваше будущее будет наполнено гидравлическими системами, включая балансировочные клапаны.Если нет, возможно, этот метод испытаний и расчетов выручит вас из затруднительного положения.

    Роб «Док» Фальке служит в отрасли в качестве президента National Comfort Institute, Inc., обучающей компании и членской организации, работающей в сфере HVAC. Если вы являетесь подрядчиком или техническим специалистом в области ОВКВ и заинтересованы в бесплатной процедуре тестирования, описывающей, как измерять количество БТЕ, поступающее через воздушную систему, свяжитесь с Доком по адресу [email protected] или позвоните ему по телефону 800-633-7058. Перейдите на веб-сайт NCI по адресу nationalcomfortinstitute.com для бесплатной информации, статей и загрузок.

    Как рассчитать показатели БТЕ системы водоснабжения

    В этой колонке вопрос об измерении БТЕ воздушной системы ОВКВ часто упоминается как базовый расчет эффективности системы. Хотя некоторых из вас может удивить « воздушных голов», в стране есть регионы, где дома и здания отапливаются водой. Давайте посмотрим, как « мокрых головок» рассчитывают BTU системы водоснабжения.

    Стоимость нагрева воды

    Первая снежная буря года пришла рано в Огайо. В тот день, когда я встал с постели около 5 утра, меня встретил теплый кафельный пол в нашей главной ванной комнате. Мощный душ согрел меня еще больше. В нашей ванной главное не эффективность, а комфорт!

    Прислонившись к стене душа, я начал просчитывать другие области эффективности в нашем доме, которые компенсируют комфортную роскошь теплых полов и насадки для душа. Я начал подсчитывать скорость потока и разницу температур, и, прежде чем вымыть голову, я быстро подсчитал низкоэффективную стоимость моего утреннего комфорта менее чем в доллар.Я был в порядке с этим.

    Это будет краткое введение в измерение БТЕ системы водоснабжения. Если вам нужна дополнительная информация, я могу выслать вам более подробную процедуру, просто напишите мне по адресу, указанному в конце статьи.

    Формула

    Математика является ключом к пониманию того, как BTU перемещаются по системе. Простая формула для воды:

    Поставленная система БТЕ = 500 x GPM x Изменение температуры воды в системе

    Давайте посмотрим на формулу, чтобы увидеть, что означает каждая ее часть, чтобы помочь вам лучше понять ее.

    • Множитель БТЕ в формуле равен 500. Поскольку БТЕ измеряются в час, 500 получается из одного галлона воды весом 8,33 фунта, умноженного на 60 минут в одном часе. (8,33 фунта х 60 минут = 500)
    • Второй частью формулы, которую иногда труднее всего определить, является скорость потока в галлонах в минуту или системных галлонов в минуту. Мы поговорим об этом чуть позже.
    • Наконец, вам понадобится датчик изменения температуры системы .Обратите внимание, что мы говорим об изменении температуры системы, а не об изменении температуры оборудования. Изменение температуры является результатом передачи БТЕ из системы, возможно, в кондиционируемое пространство. Итак, если вы измерите температуру воды, выходящей из теплообменника, и вычтете температуру воды, возвращающейся из системы, вы найдете изменение температуры системы.

    Расчет давления насоса и построение графика галлонов в минуту

    Для целей этой статьи и поскольку мы будем рассматривать только основы, давайте взглянем на расчет давления насоса и построение графика GPM в системе водяного отопления жилого дома.Мы могли бы обсудить гораздо более точные методы, но это отправная точка; назовем это начальным тестом производительности для начинающих.

    Большинство кривых насоса легко найти в Интернете. Просто найдите слова «кривая насоса» с номером модели и названием производителя.

    Поскольку вам не нужно решать проблемы с утечкой в ​​воздуховоде, вы можете предположить, что GPM насоса является GPM системы. Для оценки GPM насоса необходимы два бита информации. Первый пункт — кривая насоса. Когда насос построен, каждый производитель публикует кривую производительности насоса.У вас должна быть точная кривая производителя, соответствующая установленному насосу с правильным размером рабочего колеса, числом оборотов в минуту и ​​точным номером модели, иначе ваш тест BTU может быть отклонен более чем на 50%.

    Большинство характеристик насосов легко найти в Интернете. Просто найдите слова «кривая насоса» с номером модели и названием производителя.

    Как и кривая вентилятора, эта таблица графически представляет производительность насоса при определенных полевых условиях. Вы можете использовать полевые данные для построения графика GPM насоса.

    В идеале давление насоса измеряется с помощью манометров или наладчика контуров. Для ознакомления рассчитаем давление насоса проверенным временем и приближенным бытовым методом.

    При выполнении теста убедитесь, что все зональные клапаны открыты и требуют тепла. Тест производительности системы будет неточным, если одна или несколько зон закрыты.

    Для расчета давления насоса в простой жилой системе используйте следующую формулу: Давление насоса в футах напора = футы трубы x 1.5 х 0,04 .

    1. Во-первых, чтобы найти Ножки трубы , измерьте общее количество погонных футов подающей и обратной труб до и от самого дальнего отопительного прибора в доме. 1,5 в формуле — это коэффициент, включающий сопротивление трубы потоку (давлению) и падение давления компонентов системы (змеевиков, плинтусов, радиаторов и избыточной арматуры). 0,04 представляет типичный коэффициент трения трубы на 100 футов трубы.

    • Пример: Допустим, в доме есть 90-футовая труба в системе водяного отопления.Формула будет такой: 90 футов x 1,5 x 0,04 = 5,4 фута головы.

    2. После расчета давления насоса можно использовать кривую насоса для построения графика GPM насоса.

    • Сначала отметьте расчетное давление насоса на левой стороне кривой насоса, где находятся футы напора.
    • Во-вторых, проведите прямую линию горизонтально вправо, пока она не пересечет закругленную кривую насоса.
    • В-третьих, проведите прямо вниз к нижней части таблицы, чтобы найти GPM, с которым движется насос.В этом случае, используя одну из наиболее распространенных кривых бытовых насосов, Taco 007, вы определяете GPM насоса на уровне 14,5.

    Теперь, когда вы нашли GPM насоса, вы на один шаг приблизились к тому, чтобы найти BTU, поставляемые системой.

    Измерение температуры системы

    Чтобы быть абсолютно точным, погружной термометр должен быть опущен в воду. Тем не менее, в большинстве жилых систем, вероятно, нет заглушек давления/температуры для доступа к температуре воды, поэтому вы можете измерять температуру на поверхности трубы , обернутой изоляцией, или с помощью специально изготовленного накладного термометра. для измерения температуры трубы.

    Поскольку вы проверяете работу системы, а не оборудования, измерьте температуру воды на расстоянии не менее 10 диаметров трубы после насоса или теплообменника, где вода выходит из оборудования. Считайте и запишите температуру с точностью до 1/10 градуса.

    Измерьте температуру обратной воды, измерив температуру трубы не менее чем на 10 диаметрах трубы до того, как труба вернется в оборудование. Не проводите измерения непосредственно над оборудованием или слишком близко к дымоходу, чтобы не получить дополнительное тепло при измерении температуры воды.

    Вычтите температуру подаваемой воды из температуры обратной воды, чтобы найти изменение температуры системы.

    Расчет поставленной системы BTU

    Чтобы найти BTU , отдаваемую системой, умножьте множитель BTU, равный 500, x расчетный галлон насоса в минуту x изменение температуры системы.

    Пример: Допустим, вы рассчитываете давление насоса при высоте напора 5,4 фута. Используя кривую насоса, вы строите график и обнаруживаете, что насос Taco 007 движется со скоростью 5,4 галлона в минуту. Затем вы измеряете температуру системы и обнаруживаете, что температура нагнетания равна 168.2F, а температура возврата должна быть 152,4F. Вы вычитаете, чтобы найти изменение температуры системы на 15,8F. Теперь, когда у вас есть все факты, примените гидроническую формулу БТЕ: 500 x 5,4 галлона X 15,8° = 42 660 БТЕ.

    Реальный вопрос: близка ли подача БТЕ системы к спецификациям производительности оборудования? Или это новый котел мощностью 80 000 БТЕ, встроенный в захламленную систему трубопроводов 40-летней давности? Возможно, ваш заказчик хотел бы, чтобы вы прописали какие-то дополнительные улучшения системы.

    Это все, что вам нужно сделать, чтобы выполнить первоначальный расчет БТЕ для водяной системы жилого дома.Помните, это всего лишь начальный тест. Существуют гораздо более точные процедуры испытаний, необходимые для повышения точности расчета выдаваемой системой БТЕ; но это отличное начало.

    К сожалению, нередко производительность гидравлической системы значительно ниже 60% от номинальной мощности оборудования. Вероятно, не стоит обещать своим клиентам, что их система водяного отопления идеальна, пока вы не измерите ее производительность. Предполагать, что система работает с опубликованной номинальной мощностью оборудования, вероятно, не очень хорошая идея.

    Итак, насколько хорошо работала последняя система водоснабжения, над которой вы работали? Или насколько плохо он работал? Если вы не можете честно ответить на этот вопрос, вы можете измерить в следующий раз.

    Роб «Док» Фальке — президент National Comfort Institute, обучающей компании, специализирующейся на измерении, оценке, улучшении и проверке производительности систем HVAC. Если вы являетесь подрядчиком или техническим специалистом в области ОВКВ, заинтересованным в процедуре измерения производительности водяной системы отопления, свяжитесь с доктором по телефону [email protected] или позвоните ему по телефону 800-633-7058. Посетите веб-сайт NCI по адресу nationalcomfortinstitute.com , чтобы получить бесплатную информацию, технические статьи и файлы для загрузки.

    Как рассчитать время нагрева или охлаждения | Блог

    Во многих случаях полезно знать, сколько времени потребуется, чтобы нагреть или охладить систему до определенной температуры. Или вы можете рассчитать, сколько энергии требуется для нагрева или охлаждения заданного объема жидкости за определенное время.

    К счастью, есть довольно простое уравнение, которое вы можете использовать, если знаете массу жидкости в ванне, ее удельную теплоемкость, перепад температур, а также мощность или время.

    Тем не менее, использование этого уравнения не совсем надежно, так как существуют различные факторы, которые могут исказить расчет. В этом посте мы рассмотрим уравнение для расчета времени нагрева или охлаждения и причины, по которым вам следует искать систему с немного большей мощностью, чем, по вашему мнению, вам нужно.

    Расчет времени нагрева или охлаждения

    Вы можете использовать одно и то же основное уравнение при расчете времени нагрева или охлаждения, хотя для расчета времени охлаждения требуется немного больше работы. При нагреве подаваемая мощность постоянна, а при охлаждении мощность (или холодопроизводительность) изменяется в зависимости от температуры.

    Расчет времени нагрева

    Чтобы узнать, сколько времени потребуется, чтобы нагреть баню до определенной температуры, можно воспользоваться следующим уравнением:

    t = mcΔT / P

    Где:

    • t время нагрева или охлаждения в секундах
    • m — это масса жидкости в килограммах
    • c — удельная теплоемкость жидкости в джоулях на килограмм и на кельвин
    • ΔT – разница температур в градусах Цельсия или Фаренгейта
    • P – мощность, при которой подводится энергия, в ваттах или джоулях в секунду

    Аналогичным образом, для расчета мощности, необходимой для нагрева или охлаждения ванны до определенной температуры за заданное время, можно использовать следующее уравнение:

    P = mcΔT / t

    Несмотря на то, что эти уравнения довольно просты, может возникнуть некоторая путаница, когда дело доходит до того, какие единицы измерения использовать.Вместо этого вы можете использовать онлайн-калькулятор, чтобы помочь.

    Этот калькулятор прост и удобен, он позволяет рассчитать время, мощность или потребляемую энергию, но он подходит только для расчетов с водой. Если вам нужно рассчитать время нагрева для других жидкостей, этот калькулятор больше подходит, поскольку он позволяет ввести удельную теплоемкость используемого вещества. Он имеет две опции, позволяющие рассчитать либо требуемую мощность, либо требуемое время.

    Калькулятор услуг по технологическому отоплению.

    Расчет времени охлаждения

    Для расчета времени охлаждения можно использовать то же уравнение, что и выше. Вопрос в том, какое значение вы должны использовать для мощности. Холодопроизводительность (или мощность охлаждения) зависит от температуры. Холодопроизводительность снижается при более низких заданных температурах, поскольку существует меньшая разница температур между охлаждающей жидкостью и хладагентом. Теплопередача снижается, поэтому охлаждающая способность снижается.

    Например, вот технические характеристики холодопроизводительности циркуляционных бань PolyScience объемом 45 л с охлаждением и подогревом.

    Здесь у вас есть несколько вариантов, в зависимости от того, насколько точно вы хотите, чтобы ваши вычисления были:

    • Используйте консервативную оценку , предполагая меньшую мощность до следующей указанной температуры. Например, принимая во внимание приведенные выше характеристики, можно предположить, что мощность охлаждения составляет 250 Вт для всех температур от -20°C до 0°C и 800 Вт для всех температур от 0°C до 20°C.
    • Потенциально недооценить, но с большей точностью , взяв среднюю мощность между различными температурами.
    • Используйте быстрый и грязный (и, вероятно, менее точный) метод , учитывающий только охлаждающую способность при средней температуре.
    • Выберите альтернативный быстрый метод , который использует среднее значение холодопроизводительности в различных точках температурного диапазона (точки должны включать верхний и нижний пределы температурного диапазона, чтобы это было жизнеспособным).

    Что делать, если ваша минимальная температура ниже указанного минимального значения охлаждающей способности при температуре? Как правило, это не должно вызывать беспокойства, поскольку значения холодопроизводительности обычно приводятся для температуры, равной или ниже минимальной температуры агрегата.

    Если вы пытаетесь охладить до более низкой температуры, она может быть слишком низкой, а это означает, что устройство не сможет обеспечить необходимую вам охлаждающую способность. Однако, если в спецификациях не указана охлаждающая способность при температуре, близкой к минимальной температуре устройства, вы можете попросить производителя или нас предоставить необходимую информацию.

    Факторы, которые следует учитывать при расчете времени нагрева или охлаждения

    Как уже упоминалось, есть несколько причин, по которым ваши расчеты могут не дать реалистичного результата.Таким образом, если вы используете это уравнение для определения времени нагрева или охлаждения, вы должны исходить из того, что процесс займет немного больше времени, чем ожидалось. Точно так же, если вы используете расчет, чтобы определить, сколько энергии вам нужно для достижения заданного времени нагрева или охлаждения, вы должны предположить, что потребуется некоторая дополнительная мощность.

    Вот факторы, которые необходимо учитывать:

    1. Приток или отвод тепла окружающей среды

    Потери или потери тепла окружающей среды неизбежны даже в закрытой системе.Охлаждаемая система может поглощать тепло из окружающего воздуха или компонентов системы, что снижает ее охлаждающую способность. В системе отопления вы можете отдавать тепло окружающему воздуху или компонентам системы, например, когда он проходит по трубам или трубопроводам.

    Изоляция вашей системы и контроль температуры окружающей среды могут помочь, но по-прежнему может иметь место неизвестная величина притока или потери тепла.

    2. Потери жидкости на испарение

    Если вы работаете с открытой системой, вы можете потерять некоторое количество жидкости из-за испарения в процессе нагрева или охлаждения.Происходящее испарение будет зависеть от нескольких факторов, в том числе:

    • Какую жидкость вы используете: Жидкости с более низкой температурой кипения, такие как этанол, метанол и вода, могут легко испаряться.
    • Площадь поверхности ванны: Чем больше площадь поверхности, тем выше скорость испарения.
    • Используемый диапазон температур: Чем выше температура, тем выше скорость испарения.

    Потеря тепла происходит за счет испарения, и когда вы тратите тепловую энергию впустую, время, затрачиваемое на нагрев ванны, увеличивается.Кроме того, в результате потери жидкости значение массы (m) в уравнении будет неточным, что может привести к искажению результатов. Если вы используете смесь двух или более жидкостей, и один компонент смеси испаряется быстрее, чем другие, соотношение будет изменено, что приведет к неточности в удельной теплоемкости (c).

    Испарение трудно предсказать и точно учесть (и если вы достаточно хорошо разбираетесь в термодинамике, чтобы чувствовать себя комфортно, вы, вероятно, не будете читать эту статью).Таким образом, вам лучше всего либо оценить скорость испарения с помощью эмпирического теста, а затем учесть это математически, используя теплоту испарения, либо просто добавить коэффициент безопасности.

    3. Проблемы с техническим обслуживанием

    В системах отопления из-за минеральных отложений на элементах водяной бани часто образуется накипь. Если не остановить, это накопление может повлиять на эффективность передачи тепла от элемента к жидкости. При образовании накипи, изолирующей элемент, требуется больше энергии для нагрева системы до желаемой температуры.

    При нагреве это увеличит время, необходимое для достижения желаемой температуры в системе заданной мощности. Если вы смотрите на мощность, она увеличит количество энергии, необходимой для достижения желаемой температуры за определенное время.

    Для систем охлаждения на холодопроизводительность также могут влиять проблемы с техническим обслуживанием. В конденсаторах с водяным охлаждением коррозия, образование накипи или биологический рост могут препятствовать теплопередаче, снижая охлаждающую способность.

  • 0 comments on “Скорость нагрева воды формула: Расчет времени нагрева, температуры смешанной воды и мощности водонагревателя

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован.