формулы, правила, примеры выполнения © Геостарт

Рубрика: Печи и системы отопления

Расчет водяного отопления: формулы, правила, примеры выполнения

Использование воды в качестве теплоносителя в системе отопления — один из самых популярных вариантов обеспечить свой дом теплом в холодное время года. Нужно лишь правильно спроектировать, а затем выполнить монтаж системы. Иначе отопление будет неэффективным при высоких затратах топлива, что, согласитесь, крайне неинтересно при сегодняшних ценах на энергоресурсы.

Расчет теплового баланса жилищной конструкции

Для внедрения обогревательной установки, где в качестве циркуляционного вещества  выступает вода, требуется предварительно произвести точные гидравлические вычисления .

При разработке, внедрении любой системы обогревательного типа необходимо знать тепловой баланс (далее – ТБ). Зная тепловую мощность для поддержания температуры в помещении, можно правильно подобрать оборудование и грамотно распределить его нагрузку.

Зимой помещение несет определенные тепловые потери (далее – ТП). Основная масса энергии выходит через ограждающие элементы и вентиляционные проемы. Незначительные расходы приходятся на инфильтрацию, нагревание предметов и др.

ТП зависят от слоев, из которых состоят ограждающие конструкции (далее — ОК). Современные строительные материалы, в частности, утеплители, обладают низким коэффициентом теплопроводности (далее – КТ), благодаря чему через них уходит меньше тепла. Для домов одинаковой площади, но с разным строением ОК, тепловые затраты будут отличаться.

Помимо определения ТП, важно вычислить ТБ жилища. Показатель учитывает не только количество энергии, покидающей помещение, но и количество необходимой мощности для поддержания определенных градусных мер в доме.

Наиболее точные результаты дают профильные программы, разработанные для строителей. Благодаря им возможно учесть больше факторов, влияющих на ТП.

Наибольшее количество тепла покидает помещение через стены, пол, крышу, наименьшее — через двери, оконные проемы

С высокой точностью можно вычислить ТП жилища с помощью формул.

Общие тепловые расходы дома рассчитывают по уравнению:

Q = Q _ok + Q _v ,

Где Q _ok — количество тепла, покидающее помещение через ОК; Q _v — тепловые расходы вентиляции.

Потери через вентиляцию учитываются в том случае, если воздух, попадающий в помещение, имеет более низкую температуру.

В расчетах обычно учитывают ОК, входящие одной стороной на улицу. Это наружные стены, пол, крыша, двери и окна.

Общие ТП Q _ok равны сумме ТП каждой ОК, то есть:

Q _ok = ∑Q _st + ∑Q _okn + ∑Q _dv +∑Q _ptl + ∑Q _pl ,

Где:

• Q _st — значение ТП стен;
• Q _okn — ТП окон;
• Q _dv — ТП дверей;
• Q _ptl — ТП потолка;
• Q _pl — ТП пола.

Если пол или потолок имеет неодинаковое строение по всей площади, то ТП вычисляют для каждого участка отдельно.

Расчет теплопотерь через ОК

Для вычислений потребуются следующие сведения:

• строение стен, используемые материалы, их толщина, КТ;
• наружная температура в предельно холодную пятидневку зимы в городе;
• площадь ОК;
• ориентация ОК;
• рекомендуемая температура в жилище в зимний период.

Для вычисления ТП нужно найти общее тепловое сопротивление R _ок . Для этого нужно узнать тепловое сопротивление R

1 , R ₂ , R ₃ , …, R _n каждого слоя ОК.

Коэффициент R _n рассчитывается по формуле:

Rn = B/k ,

В формуле: B — толщина слоя ОК в мм, k — КТ каждого слоя.

Общее R возможно определить по выражению:

R = ∑R _n

Производители дверей и окон обычно указывают коэффициент R в паспорте к изделию, поэтому рассчитывать его отдельно нет необходимости.

Тепловое сопротивление окон можно не рассчитывать, поскольку в техническом паспорте уже присутствуют необходимые сведения, что упрощает вычисление ТП

Общая формула расчета ТП через ОК выглядит следующим образом:

Q _ok = ∑S × (t _vnt — t _nar ) × R × l ,

В выражении:

• S — площадь ОК, м 2 ;
• t _vnt — желаемая температура в помещении;
• t _nar — наружная температура воздуха;
• R — коэффициент сопротивления, рассчитывается отдельно или берется из паспорта изделия;
• l — уточняющий коэффициент, учитывающий ориентацию стен относительно сторон света.

Расчет ТБ позволяет подобрать оборудование необходимой мощности, что исключит вероятность образования дефицита тепла или его переизбытка. Дефицит тепловой энергии компенсируют путем увеличение потока воздуха через вентиляцию, переизбыток – установкой дополнительного отопительного оборудования.

Тепловые расходы вентиляции

Общая формула расчета ТП вентиляции имеет следующий вид:

Q _v

= 0.28 × L _n × p _vnt × c × (t _vnt — t _nar ) ,

В выражении переменные имеют следующий смысл:

• L _n — затраты поступающего воздуха;
• p _vnt — плотность воздуха при определенной температуре в помещении;
• c — теплоемкость воздуха;
• t _vnt — температура в доме;
• t _nar — наружная температура воздуха.

Если в здании установлена вентиляция, то параметр L _n берется из технических характеристик к прибору. Если же вентиляция отсутствует, то берется стандартный показатель удельного воздухообмена, равный 3 м 3 в час.

Исходя из этого, L _n вычисляется по формуле:

L _n = 3 × S _{pl ,}

В выражении S _pl

— площадь пола.

2% от всех тепловых потерь приходится на инфильтрацию, 18% — на вентиляцию. Если помещение оборудовано системой вентиляции, то в расчетах учитывают ТП через вентиляцию, а инфильтрацию во внимание не берут

Далее следует вычислить плотность воздуха p _vnt при заданной в помещении температуре t _vnt .

Сделать это можно по формуле:

p _vnt = 353/(273+t _{vnt) ,}

Удельная теплоемкость c = 1.0005.

Если вентиляция или инфильтрация неорганизованная, в стенах присутствуют щели или дыры, то вычисление ТП через отверстия следует доверить специальным программам.

Пример расчета теплового баланса

Рассмотрим дом высотой 2.5 м, шириной 6 м и длиной 8 м, располагающийся в городе Оха в Сахалинской области, где в предельно холодную 5-дневку градусник термометра опускается на -29 градусов.

В результате измерения было установлена температура грунта — +5. Рекомендуемая температура внутри конструкции составляет +21 градус.

Изобразить схему дома удобнее всего на бумаге, указав не только длину, ширину и высоту постройки, но и ориентированность относительно сторон света, а также расположение, габариты окон и дверей

Стены рассматриваемого дома состоят из:

• кирпичной кладки толщиной В=0.51 м, КТ k=0.64;
• минеральной ваты В=0.05 м, k=0.05;
• облицовки В=0.09 м, k=0.26.

При определении k лучше воспользоваться таблицами, представленными на сайте производителя, или найти информацию в техническом паспорте изделия.

Зная теплопроводность, можно подобрать максимально эффективные с точки зрения тепловой изоляции материалы. Исходя из вышеприведенной таблицы, наиболее целесообразно использовать в строительстве минераловатные плиты и пенополистирол

Напольное покрытие состоит из следующих слоев:

• OSB-плит В=0.1 м, k=0.13;
• минваты В=0.05 м, k=0.047;
• стяжки цементной В=0.05 м, k=0.58;
• пенополистирола В=0. 06 м, k=0.043.

В доме подвальное помещение отсутствует, а пол имеет одинаковое строение по всей площади.

Потолок состоит из слоев:

• листов гипсокартона B=0.025 м, k= 0.21;
• утеплителя В=0.05 м, k=0.14;
• кровельного перекрытия В=0.05 м, k=0.043.

Выходы на чердак отсутствуют.

В доме всего 6 двухкамерных окон с И-стеклом и аргоном. Из технического паспорта на изделия известно, что R=0.7. Окна имеют габариты 1.1х1.4 м.

Двери имеют габариты 1х2.2 м, показатель R=0.36.

Шаг #1 — расчет теплопотерь стены

Стены по всей площади состоят из трех слоев. Вначале рассчитаем их суммарное тепловое сопротивление.

Для чего используем формулу:

R = ∑R _{n ,}

и выражение:

R _n = B/k

Учитывая исходные сведения, получим:

R _st = 0.51/0.64 + 0.05/0.05 + 0.09/0.26 = 0.79 +1 + 0.35 = 2.14

Узнав R, можно приступить к расчетам ТП северной, южной, восточной и западной стены.

Добавочные коэффициенты учитывают особенности расположения стен относительно сторон света. Обычно в северной части во время холодов образуется «роза ветров»,в результате чего ТП с этой стороны будут выше, чем с других

Вычислим площадь северной стены:

S _sev.sten = 8 × 2.5 = 20

Тогда, подставляя в формулу Q _ok = ∑S × (t _vnt — t _nar ) × R × l и учитывая, что l=1.1, получим:

Q _sev.sten = 20 × (21 + 29) × 1.1 × 2.14 = 2354

Площадь южной стены S _yuch.st = S _sev.st = 20.

В стене отсутствуют встроенные окна или двери, поэтому, учитывая коэффициент l=1, получим следующие ТП:

Q _yuch.st = 20 × (21 +29) × 1 × 2.14 = 2140

Для западной и восточной стены коэффициент l=1.05. Поэтому можно найти общую площадь этих стен, то есть:

S _zap.st + S _vost.st = 2 × 2.5 × 6 = 30

В стены встроено 6 окон и одна дверь. Рассчитаем общую площадь окон и S дверей:

S _okn = 1.1 × 1.4 × 6 = 9.24

S _dv = 1 × 2.2 = 2.2

Определим S стен без учета S окон и дверей:

S _vost+zap = 30 — 9.24 — 2.2 = 18.56

Подсчитаем общие ТП восточной и западной стены:

Q _vost+zap =18.56 × (21 +29) × 2.14 × 1.05 = 2085

Получив результаты, подсчитаем количество тепла, уходящего через стены:

Qst = Q _sev.st +  Q _yuch.st +  Q _vost+zap = 2140 + 2085 + 2354 = 6579

Итого общие ТП стен составляют 6 кВт.

Шаг #2 — вычисление ТП окон и дверей

Окна располагаются на восточной и западной стенах, поэтому при расчетах коєффициент l=1.05. Известно, что строение всех конструкций одинаково и R=0.7.

Используя значения площади, приведенные выше, получим:

Q _okn = 9.24 × (21 +29) × 1.05 × 0.7 = 340

Зная, что для дверей R=0.36, а S=2.2, определим их ТП:

Q _dv = 2. 2 × (21 +29) × 1.05 × 0.36 = 42

В итоге через окна выходит 340 Вт тепла, а через двери — 42 Вт.

Шаг #3 — определение ТП пола и потолка

Очевидно, что площадь потолка и пола будет одинакова, и вычисляется следующим образом:

S _pol = S _ptl = 6 × 8 = 48

Рассчитаем общее тепловое сопротивление пола с учетом его строения.

R _pol = 0.1/0.13 + 0.05/0.047 + 0.05/0.58 + 0.06/0.043 = 0.77 + 1.06 + 0.17 + 1.40 = 3.4

Зная, что температура грунта t _nar =+5 и учитывая коэффициент l=1, вычислим Q пола:

Q _pol = 48 × (21 — 5) × 1 × 3.4 = 2611

Округлив, получим, что теплопотери пола составляют около 3 кВт.

В расчетах ТП нужно учитывать слои, влияющие на тепловую изоляцию, например, бетон, доски, кирпичная кладка, утеплители и др

Определим тепловое сопротивление потолка R _ptl и его Q:

• R _ptl = 0.025/0.21 + 0.05/0.14 + 0.05/0. 043 = 0.12 + 0.71 + 0.35 = 1.18
• Q _ptl = 48 × (21 +29) × 1 × 1.18 = 2832

Отсюда следует, что через потолок и пол уходит почти 6 кВт.

Шаг #4 — вычисление ТП вентиляции

В помещении вентиляция организована, вычисляется по формуле:

Q _v = 0.28 × L _n × p _vnt × c × (t _vnt — t _nar )

Исходя из технических характеристик, удельный теплообмен составляет 3 кубических метра в час, то есть:

L _n = 3 × 48 = 144.

Для вычисления плотности используем формулу:

p _vnt = 353/(273+t _vnt ).

Расчетная температура в помещении составляет +21 градус.

ТП вентиляции не рассчитывают, если система снабжена устройством подогрева воздуха

Подставляя известные значения, получим:

p _vnt = 353/(273+21) = 1.2

Подставим в вышеприведенную формулу полученные цифры:

Q _v = 0. 28 × 144 × 1.2 × 1.005 × (21  — 29) = 2431

Учитывая ТП на вентиляцию, общее Q здания составит:

Q = 7000 + 6000 + 3000 = 16000.

Переведя в кВт, получим общие тепловые потери 16 кВт.

Особенности расчета СВО

После нахождения показателя ТП переходят к гидравлическому расчету (далее — ГР).

На его основе получают информацию о следующих показателях:

• оптимальном диаметре труб, который при перепадах давления будет способен пропускать заданное количество теплоносителя;
• расходе теплоносителя на определенном участке;
• скорости движения воды;
• значении удельного сопротивления.

Перед началом расчетов для упрощения вычислений изображают пространственную схему системы, на которой все ее элементы располагают параллельно друг другу.

На схеме изображена система отопления с верхней разводкой, движение теплоносителя — тупиковое

Рассмотрим основные этапы расчетов водяного отопления.

ГР главного циркуляционного кольца

Методика расчета ГР основывается на предположении, что во всех стояках и ветвях перепады температуры одинаковые.

Алгоритм расчета следующий:

• На изображенной схеме, учитывая теплопотери, наносят тепловые нагрузки, действующие на отопительные приборы, стояки.
• Исходя из схемы, выбирают главное циркуляционное кольцо (далее — ГЦК). Особенность этого кольца в том, что в нем циркуляционное давление на единицу длины кольца принимает наименьшее значение.
• ГЦК разбивают на участки, имеющие постоянные расход тепла. Для каждого участка указывают номер, тепловую нагрузку, диаметр и длину.

В вертикальных системах двухтрубного типа ГЦК проходит через нижнее отопительное устройство, имеющее максимальную нагрузку при тупиковом или попутном движении воды

В горизонтальной системе однотрубного типа ГЦК должно иметь наименьшее циркуляционное давление да единицу длины кольца. Для систем с естественной циркуляцией ситуация аналогична.

При ГР стояков вертикальной системы однотрубного типа проточные, проточно-регулируемые стояки, имеющие в своем составе унифицированные узлы, рассматривают в качестве единого контура. Для стояков с замыкающими участками производят разделение, учитывая распределение воды в трубопроводе каждого приборного узла.

Расход воды на заданном участке вычисляется по формуле:

G _kont = (3.6 × Q _kont × β ₁ × β ₂ )/((t _r — t ₀ ) × c)

В выражении буквенные символы принимаю следующие значения:

• Q _kont — тепловая нагрузка контура;
• β _1, β ₂ — добавочные табличные коэффициенты, учитывающие теплоотдачу в помещении;
• c — теплоемкость воды, равна 4,187;
• t _r — температура воды в подающем магистрали;
• t ₀ — температура воды в обратной магистрали.

Определив диаметр и количество воды, необходимо узнать скорость ее движения и значение удельного сопротивления R. Все расчеты удобнее всего осуществить с помощью специальных программ.

ГР второстепенного циркуляционного кольца

После ГР главного кольца определяют давление в малом циркуляционном кольце, образующееся через ближайшие его стояки, учитывая, что потери давления могут отличаться на не более чем 15 % при тупиковой схеме и не более, чем на 5%, при попутной.

Если невозможно увязать потери давления, устанавливают дроссельную шайбу, диаметр которой вычисляют с использованием программных методов.

Расчет радиаторных батарей

Вернемся к плану дома, размещенного выше. Путем вычислений было выявлено, что для поддержания теплового баланса потребуется 16 кВт энергии. В рассматриваемом доме 6 помещений разного назначения – гостиная, санузел, кухня, спальня, коридор, прихожая.

Исходя из габаритов конструкции, можно вычислить объем V:

V=6×8×2.5=120 м 3

Далее нужно найти количество тепловой мощности на один м 3 . Для этого Q необходимо поделить на найденный объем, то есть:

P=16000/120=133 Вт на м 3

Далее необходимо определить, сколько тепловой мощности потребуется для одной комнаты. На схеме площадь каждого помещения уже рассчитана.

Определим объем:

• санузел – 4.19×2.5=10.47;
• гостиная – 13.83×2.5=34.58;
• кухня – 9.43×2.5=23.58;
• спальня – 10.33×2.5=25.83;
• коридор – 4.10×2.5=10.25;
• прихожая – 5.8×2.5=14.5.

В расчетах также нужно учитывать помещения, в которых отопительных батарей нет, например, коридор.

Коридор отапливается пассивным способом, в него тепло будет поступать за счет циркуляции теплового воздуха при передвижении людей, через дверные проемы и др

Определим необходимое количество тепла для каждой комнаты, умножив объем комнаты на показатель Р.

Получим требуемую мощность:

• для санузла — 10.47×133=1392 Вт;
• для гостиной — 34.58×133=4599 Вт;
• для кухни — 23. 58×133=3136 Вт;
• для спальни — 25.83×133=3435 Вт;
• для коридора — 10.25×133=1363 Вт;
• для прихожей — 14.5×133=1889 Вт.

Приступим к расчету радиаторных батарей. Будем использовать алюминиевые радиаторы, высота которых составляем 60 см, мощность при температуре 70 равна 150 Вт.

Подсчитаем необходимое количество радиаторных батарей:

• санузел — 1392/150=10;
• гостиная — 4599/150=31;
• кухня — 3136/150=21;
• спальня — 3435/150=23;
• прихожая — 1889/150=13.

Итого потребуется: 10+31+21+23+13=98 радиаторных батарей.

• Тепловой расчёт системы отопления: как грамотно сделать расчет нагрузки на систему
• Расчет радиаторов отопления: как рассчитать необходимое количество и мощность батарей
• Расчет объема трубы: принципы вычислений и правила производства расчетов в литрах и кубических метрах
• Как сделать расчет теплого пола на примере водяной системы
• Расчёт труб для тёплого пола: виды труб, способы и шаг укладки + расчет расхода

Гидравлические расчеты лучше всего осуществлять с помощью специальных программ, которые гарантируют высокую точность вычислений, учитывают все нюансы конструкции .

автор Потапова Полина

отопление

Расчет системы отопления в частном доме, смета на монтаж отопления

Юрий Николаевич

пенсионер

Пользовался услугами этой конторы для проведения канализации на даче. Автономной, отдельно от других. Приехали ко мне ребята, порасспрашивали про участок, что именно я хочу, для каких целей оно мне надо. В общем, спрашивали много чего, такого, что мне иногда казалось, не совсем по делу. Будьте к этому готовы. В принципе, рассказали мне все подробно. Посоветовали строить септику – согласи…

Туренко В.М.

Обращались сюда, когда переделывали старый проект газоснабжения дома, который остался еще от родителей. Мы решили дополнить его газовой колонкой, плюс сделать отопление совсем по другому типу (появилась пристройка, и понадобился более мощный котел). В общем, фактически все было сделано с нуля, а из старого не осталось по итогу ничего – все трубы, краны и прочее мы поменяли. Но са…

Сергей Васильев

Впечатление о работе инженеров положительное. Мы занимались водоснабжением – нужно было с нуля подвести воду, оборудовать подачу холодной и горячей воды, выбрать септик, то есть работа предстояла серьезная, сами бы точно не справились. Скважина у нас была, обошлись без буровых работ, а вот разводку по дому сделали уже в Проект Сервисе. Как-то там с научной точки зрения все должно быть ра…

Омельчук В

Занялся газификацией дома, но искал варианты подешевле, если честно признаться. Особыми финансами не располагал, хоть и понимал, что на таком ответственном деле не экономят, но жизнь поставила в определенные рамки, к сожалению. И ни разу еще не пожалел, что обратился сюда. Спасибо за профессиональную подготовку каждому специалисту, оказывается, что сейчас есть столько возможностей, чтобы…

Борис Сергеевич

Столкнувшись с необходимостью оформления всех документов на газификацию частного дома, обратился в Проект Сервис. Сомнения были, т. к. недавно одни «специалисты» проводили мне воду, что превратилось в вырванные месяцы. Здесь, как и в первом случае, все начиналось хорошо – они взяли на себя не только подготовку и оформление документов, но и полное сопровождение работ. В итоге оказалось, чт…

Сергей Приходько

Директор по развитию Fitness Holding

Стиль работы ООО Проект-Сервиc: быстро, грамотно и инициативно. Мы остались очень довольны сотрудничеством и воспользуемся их услугами вновь, если возникнет такая необходимость.

Светлана

Выбрала именно эту фирму для газификации дома после длительных колебаний, конечно, ведь таких организаций очень много, и у всех отзывы хорошие. Что подкупило меня здесь – наличие профессиональной техники. Немного пообщалась с персоналом, и сразу стало понятно, что делать будут быстро и качественно. Следующее – документы. Я бы, наверное, бегала по инстанциям до зимы, если бы не Проект Сер…

Маргарита

Как ни опасаешься браться за газификацию дома, все равно к этому приходишь, ведь хочется и тепла, и нормальных жилищных условий. Мы с мужем обратились в Проект Сервис только за консультацией. Просто здесь быстрее остальных сайтов ответили на звонок и довольно доходчиво ответили на все вопросы. Подумали и решили, что, наверное, уже и останемся тут, тем более что пообещали за каждый день п…

Виктор Савельев

водитель такси

Сбылась мечта детства – я переехал в загородный дом. Только, как оказалось, с этим процессом еще бывает связано много проблем – воду провести надо, газ надо, канализацию надо – все надо. В общем, сотрудничал с этой фирмой не один месяц). Из плюсов отмечу хорошую работу инженеров, они не раз приезжали, все измеряли, перемеряли. Спрашивали, кучу документов приносили показывать – в обще…

Владимир Новиков

Не так давно потребовалось провести газ для установки системы отопления в доме. Спасибо компании Проект Сервис – помогли сделать расчет, подобрать на основе расчета нужное оборудование и заодно систему комбинированного отопления (в части дома хотелось сделать теплый пол). Наконец-то понял, для кого в институте преподавали все это интегрирование-дифференцирование. Смогли предложит…

Калькулятор нагрева воды

Создано Луисом Фернандо

Последнее обновление: 28 июля 2022 г.

Содержание:

• Как рассчитать общую энергию нагрева воды?
• Как рассчитать количество ватт для нагрева воды?
• Пример: Нагрев 2 кг воды от -20 до 200°C

Добро пожаловать в калькулятор нагрева воды, инструмент, который позволит вам рассчитать нагрев воды в БТЕ, джоулях, калориях и многих других единицах.

С помощью этого инструмента можно не только рассчитать общую энергию нагрева воды, но и:

• Рассчитайте время, необходимое для нагрева воды, если известны КПД и мощность нагревателя.
• Рассчитайте ватт для нагрева количества воды, если известны требуемое время и КПД нагревателя.
• И многое другое!

Продолжайте читать, чтобы узнать, как рассчитать нагрев воды вручную, используя различные формулы нагрева воды.

Как рассчитать общую энергию нагрева воды?

Общая необходимая энергия зависит только от начальная и конечная температуры . Расчет нагрева воды (в БТЕ или любой другой единице энергии) включает две величины:

1. Явное тепло : Тепло, необходимое для повышения температуры .
2. Скрытая теплота : Теплота необходимая для изменения фазы .

Скрытая теплота ( Q t )	Явное тепло ( Q р )
Q t = c × m × ( T f – T i )	Q p = L × м
где:	где л — удельная скрытая теплота
c — Удельная теплоемкость;
м — Масса воды;
T f — Конечная температура; и
T i — Начальная температура.

Например, при атмосферных условиях температура воды от 20 до 30°C включает только физическое тепло. С другой стороны, изменение температуры от 20 до 200°C включает явную и скрытую теплоту, так как в какой-то промежуточной точке (100°C) нам требуется дополнительная энергия (скрытая теплота) для испарения воды.

The total heat ( Q _total ) is then the sum of the quantities associated with the latent and sensible heat:

Q _total = Q _t + Q _p

Есть несколько существенных моментов, которые следует учитывать в отношении членов предыдущих уравнений:

• Если фазовый переход включает таяние (превращение льда в жидкую воду), то удельная скрытая теплота называется энтальпия плавления или скрытая теплота плавления . Энтальпия плавления – это свойство материала, равное 334000 Дж/кг для воды. Следовательно, нам нужно 334000 Дж теплоты, чтобы растопить 1 кг воды (что происходит при 0 °С ).
• Если фазовый переход включает испарение (превращение жидкой воды в пар), то удельная скрытая теплота называется энтальпией парообразования или скрытой теплотой парообразования . Энтальпия парообразования – это свойство материала, равное 2264705 Дж/кг для воды. Следовательно, нам нужно 2264705 Дж, чтобы испарить 1 кг воды (то, что происходит при 100 °C ).
• Удельная теплоемкость является свойством материала, которое равно 2108 Дж/(кг К) для ледяной воды, 4190 Дж/(кг К) для жидкой воды и 1,996 Дж/(кг К) для готовить на пару. Следовательно:
  • Нам нужно 2108 Дж, чтобы нагреть 1 кг льда воды на один градус (по Цельсию или Кельвину).
  • Нам нужно 4190 Дж, чтобы нагреть 1 кг жидкой воды на один градус (по Цельсию или Кельвину).
  • Нам нужно 1996 Дж, чтобы нагреть 1 кг пара на один градус (Цельсия или Кельвина).

Так как 1 кг воды представляет собой 1 литр, 4190 Дж также является энергией для нагрева 1 литра воды на 1 градус (вода в жидком состоянии).

Как рассчитать количество ватт для нагрева воды?

Зная общую требуемую энергию, можно легко рассчитать количество ватт для нагрева воды. Вы можете рассчитать мощность, необходимую для нагрева воды, по следующей формуле:

Мощность = Q _всего /(время × КПД)

Мы можем изменить предыдущее уравнение и получить формулу для времени, необходимого для нагрева:

время = Q всего ( Мощность× КПД)

Пример: Нагрев 2 кг воды от -20 до 200°C

Нагрев 2 кг воды от -20 до 200°C включает различные этапы и типы нагрева:

1. Явное тепло лед от -20 до 0°C:
   Q _t = c × m × ( T _f – T _i ) = 2 (кг K° / ) = 2 (кг K / ) -20°C)) = 84320 Дж .
2. Скрытая энергия, необходимая для таяния льда при 0°C:
   Q _p = л × м = (334000 Дж/кг) × 2 кг = 668000 Дж
3. Явное тепло, для получения жидкой воды от 0 до 100°C:
   Q _t = c × m × ( T _f – T _i ) = 4190 Дж/(кг K) × 2 кг × (100°C – 0°C) = 8380001 Дж .
4. Скрытая энергия, необходимая для испарения воды при 100°C:
   Q _p = л × м = (2264705 Дж/кг) × 2 кг = 4529410 Дж 1
5. Явная теплота для получения пара от 100 до 200°C:
   Q _t = c × м × ( T _f – T _i ) = 1,996 Дж/(кг K) × 2 кг × (200°C – 100°C) = 399200 Дж .

Тогда общая теплота, необходимая для нагрева этих 2 кг воды от -20 до 200°C, равна сумме пяти теплот: J + 399200 J
Q _всего = 6518930 J

Расчетов было много! 😱 Мы можем не соглашаться во многих вещах, но мы, безусловно, согласны с тем, что использование калькулятора воды BTU более просто, чем все эти формулы нагрева воды.

Луис Фернандо

Водонагреватель какого размера мне нужен?

Правильно подобрать размер водонагревателя не так-то просто. При выборе емкости водонагревателя для семьи из 2, 3, 4, 5 или 6 человек чаще всего совершают две довольно распространенные ошибки:

1. Приобретение слишком маленького водонагревателя (недостаточный размер) . Если мощность вашего водонагревателя слишком мала, у вас может закончиться горячая вода во время принятия душа. Пример слишком маленького водонагревателя: Установка водонагревателя на 30 галлонов для семьи из 5 человек. Это более 50% мощности водонагревателя, который вам действительно нужен.
2. Получение слишком большого водонагревателя (большего размера) . Если мощность водонагревателя превышает ваши потребности в горячей воде, ваши расходы на водонагреватель неоправданно возрастают. Пример слишком большого водонагревателя: Установка водонагревателя на 60 галлонов для семьи из 2 человек. Это примерно на 20 галлонов больше, чем вам нужно, и вы напрасно потратили дополнительные 150 долларов на нагреватель и потеряли место.

Обеих этих ошибок можно избежать, если знать, как правильно подобрать мощность водонагревателя для своих нужд по горячему водоснабжению.

Вот в чем дело:

У вас есть только один шанс для определения размера вашего водонагревателя. Вы не хотите взорвать его и купить устройство, которое либо слишком большое, либо слишком маленькое.

Вот мы и рассмотрим , как правильно выбрать водонагреватель размера для вашего дома. Сюда входят факторы, которые увеличивают/уменьшают требования к мощности водонагревателя (размер вашей семьи, потребности в горячей воде и т. д.). Мы включаем общее эмпирическое правило для определения размера любого водонагревателя (его довольно легко использовать, но вам необходимо правильно оценить потребность в горячей воде в часы пик).

Кроме того, мы упростили расчет водонагревателя с помощью «Калькулятора расчета водонагревателя» . Вы просто вводите размер вашей семьи, потребности в горячей воде, и калькулятор даст вам приблизительную оценку того, насколько большой водонагреватель вам нужен, исходя из среднего потребления горячей воды. Вот как выглядят результаты (скриншот):

Вы можете найти этот «Калькулятор размеров водонагревателя» далее. Просто введите размер семьи и относительные потребности в горячей воде, и вы получите приблизительную оценку того, насколько большой водонагреватель вам нужен.

Давайте сначала ознакомимся с концепциями размеров водонагревателя, такими как «номинальная мощность первого часа» , «мощность водонагревателя» и «потребление горячей воды в часы пик» . Обладая этими знаниями, вы легко разберетесь в подготовленной таблице размеров водонагревателя для семьи из 1, 2, 3, 4, 5 и 6 человек:

Как рассчитать размер водонагревателя, который вам нужен?

Ключевой характеристикой, которая помогает нам правильно подобрать размер водонагревателя, является номинальная мощность водонагревателя.

Мы говорим о 30-галлонных, 40-галлонных, 50-галлонных, 60-галлонных водонагревателях. Это количество галлонов является «номинальной мощностью водонагревателя». Это также известно как ‘рейтинг за первый час’ . Это объемное количество горячей воды, которое нагреватель может обеспечить в течение первого часа, начиная с бака, полного горячей воды.

Как узнать рейтинг первого часа?

Простой. Правило FTC (Федеральная торговая комиссия) гласит, что каждый производитель обычных накопительных водонагревателей должен указывать этот рейтинг на этикетке EnergyGuide. Просто проверьте этикетку, и вы узнаете, насколько велик ваш водонагреватель на самом деле.

Вот эмпирическое правило выбора размера водонагревателя:

Номинальная мощность за первый час (мощность нагревателя) ≤ пиковой потребности в час (обычно 1 час, когда мы принимаем душ)

потребности в воде в вашем домашнем хозяйстве.

Пример: С 22:00 до 23:00 три человека принимают душ. На 1 душ мы используем 20 галлонов горячей воды (согласно US Energy Saver). Это означает, что вам понадобится водонагреватель на 60 галлонов или больше.

Как мы увидим дальше, точный размер водонагревателя зависит от ваших потребностей в горячей воде. Это примерно соответствует тому, насколько большая у вас семья. Пример: семья из 5 человек будет расходовать меньше горячей воды, чем семья из 3 человек.

После этого первого часа (мы начали с бака, полного горячей воды) выход горячей воды водонагревателя зависит от трех основных факторов. Это:

1. Емкость бака водонагревателя.
2. Источник тепла (газ против электричества) ; это может быть либо горелка (газовый водонагреватель с баком), либо элемент (электрический водонагреватель с баком). Рассказываем об электрических водонагревателях
3. Размер указанного источника тепла ; а именно, насколько большая горелка или насколько большой элемент у вас есть.

Очевидно, что любой водонагреватель сможет производить меньше горячей воды во 2-й, 3-й и т.д. час после 1-го часа.

Пример: Если у вас есть водонагреватель на 50 галлонов (номинальная мощность первого часа 50 галлонов), вы получите 50 галлонов водонагревателя за 1-й час. Однако за 2-й час вы, вероятно, получите гораздо меньше, чем 50 галлонов горячей воды (в среднем около 16 галлонов в этом случае).

Если мы хотим следовать приведенному выше эмпирическому правилу при выборе размера водонагревателя, нам нужно оценить, сколько горячей воды нам нужно в час пик, когда мы принимаем душ. Вот небольшая помощь, чтобы сделать это:

Оценка спроса в час пик: это ключевой шаг

Теоретически определить размер водонагревателя довольно просто (используя эмпирическое правило). Просто добавьте всю горячую воду, которая вам требуется в самый интенсивный час горячей воды. Обычно это тот час, когда большая часть домочадцев принимает душ.

Размер водонагревателя должен соответствовать этой емкости, и вы можете добавить к этому несколько галлонов.

Теперь ключевым шагом является адекватная оценка потребности в горячей воде в часы пик . Это означает, что вы должны суммировать всю горячую воду, которую вы используете в этот час, включая душ, мытье зубов, мытье рук, бритье, посудомоечные машины и так далее.

Чтобы помочь вам, мы указываем здесь некоторые из наиболее распространенных видов деятельности, для которых требуется горячая вода:

• Душ: 20 галлонов на душ.
• Средство для чистки зубов: 0,5 галлона.
• Ручная стирка: 3 галлона.
• Бритье: 2 галлона.
• Стиральная машина с вертикальной загрузкой: 25 галлонов.
• Стиральная машина с осью H: 15 галлонов.

Вот пример того, как на практике можно оценить потребности в час пик. Допустим, у вас есть домохозяйство из 4 семей с двумя ванными комнатами. С 22:00 до 23:00 3 человека принимают душ, 1 человек бреется, и все 4 члена семьи моют зубы.

Накопленные потребности в горячей воде составляют:

3×20 галлонов (3 душа) + 1×2 галлона (бритье) + 4×0,5 галлона (мытье зубов) = 64 галлона

1 9 означает, что вам нужен водонагреватель емкостью не менее 64 галлонов. В этом случае вы можете легко получить водонагреватель на 70 галлонов, но водонагреватель на 60 галлонов, вероятно, будет слишком маленьким (малоразмерным). Водонагреватель на 80 галлонов для семьи из 4 человек, как правило, слишком велик.

Если вы определяете свои потребности в горячей воде, используя это эмпирическое правило «час пик», у вас есть немного пространства для маневра в верхнем направлении. К расчетной мощности водонагревателя можно добавить от 10% до 15%. Это означает, что вы можете получить водонагреватель на 70 галлонов, если посчитаете, что потребность в горячей воде в часы пик составляет 64 галлона.

Однако не стоит выбирать водонагреватель меньшей мощности. На практике, если вы подсчитали, что вам требуется 64 галлона горячей воды в часы пик, вам следует выбрать водонагреватель на 64 галлона или больше. Никогда меньше .

Примечание: Недостаточный размер водонагревателя будет более проблематичным, чем слишком большой.

Если все это кажется немного сложным, не волнуйтесь.

Существует более простой способ определения размера водонагревателя. Он основан на 3 принципах:

1. Размер семьи.
2. Среднее потребление горячей воды на человека в час. По данным Engineering Toolbox, средний человек потребляет 10 галлонов горячей воды в час . Мы говорим о спросе в часы пик, конечно.
3. Базовый уровень: от 15 до 20 галлонов воды на домохозяйство. У каждого домохозяйства есть некоторые основные потребности в горячей воде, независимо от того, сколько человек проживает в доме.

Основываясь на этих 3 принципах, мы можем приблизительно оценить, какой размер водонагревателя вам нужен, учитывая, насколько большая у вас семья:

Калькулятор размера водонагревателя (на основе размера семьи)

Это калькулятор «Какой размер водонагревателя мне нужен» , который даст вам приблизительную оценку того, насколько большой водонагреватель вам нужен.