Как рассчитывается тепловая энергия – Методика расчета тепловой энергии на отопление

Содержание

Как рассчитать оплату за отопление по своей квартире?

Вопрос о расчете размера платы за отопление является очень важным, так как суммы по данной коммунальной услуге потребители получают зачастую довольно внушительные, в то же время не имея никакого понятия, каким образом производился расчет. 

С 2012 года, когда вступило в силу Постановление Правительства РФ от 06 мая 2011 №354 «О предоставлении коммунальных услуг собственникам и пользователям помещений в многоквартирных домах и жилых домов» порядок расчета размера платы за отопление претерпел ряд изменений.

Несколько раз менялись методики расчета, появлялось отопление, предоставленное на общедомовые нужды, которое рассчитывалось отдельно от отопления, предоставленного в жилых помещениях (квартирах) и нежилых помещениях, но затем, в 2013 году отопление вновь стали рассчитывать как единую коммунальную услугу без разделения платы.

Расчет размера платы за отопление менялся с 2017 года, и в 2019 году порядок расчета вновь изменился, появились новые формулы расчета размера платы за отопление, в которых разобраться обычному потребителю не так уж и просто.

Итак, давайте разбираться по порядку.

Для того чтобы рассчитать размер платы за отопление по своей квартире и выбрать нужную формулу расчета необходимо, в первую очередь знать:

1. Имеется ли на Вашем доме централизованная система теплоснабжения?

Это означает поступает ли тепловая энергия на нужды отопления в Ваш многоквартирный дом уже в готовом виде с использованием централизованных систем или тепловая энергия для Вашего дома производится самостоятельно с использованием оборудования, входящего в состав общего имущества собственников помещений в многоквартирном доме.

2. Оборудован ли Ваш многоквартирный дом общедомовым (коллективным) прибором учета и имеются ли индивидуальные приборы учета тепловой энергии в жилых и нежилых помещениях Вашего дома?

Наличие или отсутствие общедомового (коллективного) прибора учета на доме и индивидуальных приборов учета в помещениях Вашего дома существенно влияет на способ расчета размера платы за отопление.

3. Каким способом Вам производится начисление платы за отопление – в течение отопительного периода либо равномерно в течение календарного года?

Способ оплаты за коммунальную услугу по отоплению принимается органами государственной власти субъектов Российской Федерации. То есть в различных регионах нашей страны плата за отопление может начисляться по разному — в течение всего года или только в отопительный период, когда услуга фактически предоставляется.

4. Имеются ли в Вашем доме помещения, в которых отсутствуют приборы отопления (радиаторы, батареи), или которые имеют собственные источники тепловой энергии?

Именно с 2019 года в связи с судебными решениями, процессы по которым проходили в 2018 году, в расчете стали участвовать помещения, в которых отсутствуют приборы отопления (радиаторы, батареи), что предусмотрено технической документацией на дом, или жилые и нежилые помещения, переустройство которых, предусматривающее установку индивидуальных источников тепловой энергии, осуществлено в соответствии с требованиями к переустройству, установленными действующим на момент проведения такого переустройства законодательством Российской Федерации. Напомним, что ранее методики расчета размера платы за отопление не предусматривали для таких помещений отдельного расчета, поэтому начисление платы осуществлялось на общих основаниях.

Для того чтобы информация по расчету размера платы за отопление была более понятна, мы рассмотрим каждый способ начисления платы отдельно, с применением той или иной формулы расчета на конкретном примере.

При выборе варианта расчета необходимо обращать внимание на все составляющие, которые определяют методику расчета.

Ниже представлены различные варианты расчета с учетом отдельных факторов, которые и определяют выбор расчета размера платы за отопление:

Расчет №1: Размер платы за отопление в жилом/нежилом помещении, ОДПУ на многоквартирном доме отсутствует, расчет размера платы осуществляется в течение отопительного периода.
Ознакомиться с порядком и примером расчета →

Расчет №2: Размер платы за отопление в жилом/нежилом помещении, ОДПУ на многоквартирном доме отсутствует, расчет размера платы осуществляется в течение календарного года (12 месяцев).
Ознакомиться с порядком и примером расчета →

Расчет №3: Размер платы за отопление в жилом/нежилом помещении, на многоквартирном доме установлен ОДПУ, индивидуальные приборы учета во всех жилых/нежилых помещениях отсутствуют.
Ознакомиться с порядком и примером расчета →

Расчет №4: Размер платы за отопление в жилом/нежилом помещении, на многоквартирном доме установлен ОДПУ, индивидуальные приборы учета установлены хотя бы в одном жилом/нежилом помещении, но не во всех помещениях многоквартирного дома.
Ознакомиться с порядком и примером расчета →

Расчет №5: Размер платы за отопление в жилом/нежилом помещении, на многоквартирном доме установлен ОДПУ, индивидуальные приборы учета установлены всех жилых/нежилых помещениях многоквартирного дома.
Ознакомиться с порядком и примером расчета →

Читайте также:

raschetgkh.ru

Как рассчитать тепловую энергию для отопления?

Расчет тепловых потерь является одним из самых важных документов, благодаря которому человек с легкостью может определить как суточное, так и годовое потребление тепла для какого-либо сооружения.

Схема радиаторов отопления.

При расчете тепловой энергии необходимо учитывать достаточно много факторов.

Схема вентиляционной системы отопления.

Во-первых, необходимо принимать во внимание тип сооружения — будь то частный дом, одноэтажное или, наоборот, многоэтажное сооружение или другой вид здания. Во-вторых, для проведения необходимых расчетов, необходимо учитывать еще и количество проживающих (работающих) в этом здании людей. Разумеется, что наряду с типом здания необходимо принимать во внимание еще и такие факторы, как его функциональное предназначение, а также конструкции крыши, стен и полов этого сооружения. Помимо этого учитываются габариты крыш, полов, стен и т.д. И последним фактором, на который необходимо обращать внимание, является температурный режим каждого отдельно взятого помещения в сооружении, где будет производиться расчет тепловой энергии, при этом расчеты никак не зависят от того, что будет потреблять котел в качестве топлива. Использование котла на газе, количество потребления топлива — все эти факторы имеют свое значение.

Если расчеты произвести верно, можно будет с легкостью определить мощность, которую должен иметь котел (его потребление материалов), подобрать необходимое оборудование и получить ТУ.

Расчеты энергии

В первом случае перед тем, как приобрести котел того или иного вида, необходимо произвести определенный тепловой расчет, исходя из которого можно будет подобрать котел, который будет работать наиболее эффективно, и вы сможете получить бесперебойное горячее водоснабжение и хороший обогрев всего сооружения целиком. Мощность будущей отопительной системы определяется достаточно легко. Она представляет собой сумму тепловых затрат на обогрев всего помещения и на другие нужды подобного рода.

Схема организации системы отопления двухэтажного частного дома.

Далеко не каждый котел сможет подойти, а это значит, что необходимо приобретать котел именно такой мощности, который будет работать даже при самых максимальных нагрузках, и при этом срок эксплуатации подобного оборудования не сократится. Для того чтобы добиться необходимых результатов при выборе, необходимо обращать пристальное внимание на этот аспект. Примерно то же касается и выбора оптимального оборудования для отопления помещения в целом. Правильный расчет тепловой энергии не только позволит приобрести те приборы отопления, которые прослужат долго, но и даст возможность немного сэкономить на покупке, а значит, затраты на отопление помещения тоже могут снизиться.

Что касается получения ТУ и согласования на газификацию объекта, то расчет энергии в данном случае является основополагающим фактором. Подобного рода разрешения необходимо получать тогда, когда в качестве топлива предполагается использование природного газа под котел. Чтобы получить документацию такого рода, нужно предоставить показатели годового расхода топлива и сумму мощности отопительных источников (Гкал/час). Разумеется, что получить такую информацию можно только исходя из проведенного расчета тепловой энергии, а затем можно будет приобрести отопительный прибор, который помимо всего прочего сведет к минимуму затраты на отопление. Использование природного газа в качестве топлива под котел сегодня является одним из наиболее популярных способов на отопление помещения.

Первая и вторая формулы для расчета

Схема однотрубной системы отопления.

Основная формула, которую используют для расчета: Qгв=Gгв×(tгв — tхв)/1000= … Гкал, где Qгв является количеством тепловой энергии, Gгв — расход горячей воды, tгв — температура горячей воды, tхв — температура холодной воды (не учитывается количество затрат газа на отопление). Все температуры рассчитываются в данном случае в градусах Цельсия. Может быть использована формула Qт(кВт/час)=V×DT×K/860 (не учитывается количество затрат газа), где Qт — тепловая нагрузка на помещение, К — коэффициент расхода тепла всего сооружения, V — объем помещения, а DT — разница между температурами внутри сооружения и снаружи. Благодаря этим формулам количество расхода газа на отопление сможет определить каждый самостоятельно.

Коэффициент расхода тепла напрямую зависит от типа конструкции отапливаемого сооружения, а также от изоляции. Чтобы упростить расчеты, можно использовать следующие значения: К=0,6-0,9, если в помещении имеется сравнительно небольшое количество окон, устройство которых состоит из сдвоенных рам, стены с изоляцией, крыша из хорошего материала и др. Этот коэффициент отображает наивысшую степень теплоизоляции помещения. К=1-1,9 — в том случае, если сооружение, для которого производится расчет, имеет среднюю степень теплоизоляции, то есть небольшое количество окон, стены состоят из двойной кирпичной кладки и т.д. К=2-2,9 — используется, когда уровень теплоизоляции помещения низкий — конструкция состоит не из вышеперечисленных материалов, а из других, из-за чего количество расхода тепла увеличивается. Последний уровень коэффициента — от 3 до 4 — используется, если теплоизоляция полностью отсутствует либо очень плохая.

Расчет тепла снаружи и внутри дома необходимо в этом случае производить исходя из степени комфорта, которую можно будет получить, подключив необходимую тепловую установку. Для определения коэффициента разницы между температурами принято использовать значения, которые определены СНиП 2.04.05-91, а именно: +18 градусов Цельсия должно быть в общественных помещениях и в различных производственных помещениях, +12 градусов должны иметь складские помещения, +5 — гаражи и складские помещения, которым не нужно постоянное обслуживание.

Лучшая формула для расчета

Таблица примеров расчета воды радиаторов в системе отопления.

Стоит сказать о том, что ни первая, ни вторая формула не позволит человеку рассчитать различия между тепловыми потерями здания в зависимости от используемых в здании ограждающих конструкций и конструкций утепления. Для того чтобы наиболее точно произвести необходимые расчеты, должна быть использована несколько усложненная формула, благодаря которой можно будет избавиться от значительных затрат. Эта формула выглядит следующим образом: Qт(кВт/час)=(100 Вт/м2×S (м2)×К1×К2×К3×К4×К5×К6×К7)/1000 (не учитывается количество затрат газа на отопление). В данном случае S — площадь комнаты. Вт/м2 представляет собой удельную величину теплопотерь, сюда входят все показатели расхода тепла — стены, окна и др. Каждый коэффициент умножается на последующий и в этом случае обозначает тот или иной показатель утечки тепла.

К1 — коэффициент расхода тепловой энергии через окна, имеющий значения 0,85, 1, 1,27, которые будут меняться в зависимости от качества используемых окон и их утепления. К2 — количество расхода тепла через стены. Этот коэффициент имеет такие же показатели, как и в случае с потерей тепла через окна. Он может варьироваться в зависимости от теплоизоляции стен (плохая теплоизоляция — 1,27, средняя (при использовании специальных утеплителей) — 1, высокий уровень теплоизоляции имеет коэффициент 0,854). К3 — такой показатель, который определяет соотношение площадей как окон, так и пола (50% — 1,2, 40% — 1,1, 30% — 1,0, 20% — 0,9, 10% — 0,8), следующий коэффициент — температура снаружи помещения (К4=-35 градусов — 1,5; -25 градусов — 1,3; -20 градусов — 1,1; -15 градусов — 0,9; -10 градусов — 0,7).

К5 в данной формуле представляет собой такой коэффициент, который отображает количество стен, выходящих наружу (4 стены — 1,4; 3 стены — 1,3; 2 стены — 1,2; 1 стена — 1,1). К6 представляет тип теплоизоляции помещения, которое находится над тем, для которого производится этот расчет. Если оно обогревается, тогда коэффициент будет равен 0,8, если имеется теплая мансарда, тогда — 0,9, если это помещение никак не обогревается, коэффициент будет равен 1. И последний коэффициент, который применяется при расчете по этой формуле, обозначает высоту потолков в помещении. Если высота равна 4,5 метра, тогда коэффициент равен 1,2; 4 метра — 1,15; 3,5 метра — 1,1; 3 метра — 1,05; 2,5 метра — 1.

Подведение итогов

Итак, именно вторая формула является наиболее точной для проведения расчетов тепловой энергии на отопление (не учитывается количество затрат газа на отопление). Она имеет намного больше коэффициентов, что позволит наиболее точно определить все параметры мощности будущей системы отопления в помещении, благодаря которой затраты на отопление могут снизиться до минимума. Таким образом, если все расчеты будут произведены верно и в соответствии с приведенными выше формулами, можно будет избежать лишних материальных затрат, а также и временных затрат, которые зависят от потребления, например, газа.

Значит, первая, вторая или третья формулы являются обязательными при расчете, так как именно благодаря им можно вычислить оптимальную мощность отопительной системы и свести количество материальных затрат к минимуму.

dekormyhome.ru

Расчет тепловой энергии на горячее водоснабжение

Расчет тепловой энергии на горячее водоснабжение

Количество теплоэнергии, требующейся, чтобы подогреть воду, зависит от начальной и конечной ее температуры. Расчет тепловой энергии на горячее водоснабжение составляется по особым формулам, с применением постоянных коэффициентов, которые легко найти в СНиПах и справочниках по теплотехнике. Однако существуют и другие параметры.

Вес объема воды и удельная теплоемкость

Вид энергии, которая уходит на нагревание воды, не принципиален, потому что в любом случае понадобится строго определенное количество энергоресурсов, а вырабатываться она может различными способами. Тем не менее расчет наружного водоснабжения имеет специфические особенности, будь то тепловой насос, электронагреватель или газовый котел, так как у разных приборов разный коэффициент полезного действия.

Так функционирует тепловой насос для ГВС

Вот типовая формула расчета объема тепловой энергии для воды, исчисляемой в кубометрах (Gгв):

         Qгв = Gгв * p * (tгв – tхв)

В данном выражении р – это вес взятого объема воды (в килограммах на кубометр). Например, для воды, нагретой до 60°C, этот показатель равен 983,18 кг/м3. Допустим, нужно нагреть 1м3 воды. При разнице температур горячей (60°C) и холодной воды (5°C) и уже упомянутом весе объема воды находим количество энергии (Qгв) – 0,0540749 Гкал/м3.

Для нахождения количества теплоэнергии (W) можно применить формулу с другими значениями. Точно так же обращают внимание на разность исходной (t2) и конечной (t1) температуры воды, но применяется такой параметр, как удельная теплоемкость воды (С) – 4,19 кДж. Он означает: чтобы разогреть 1 кг воды на 1°C, нужно затратить 4,19 килоджоулей тепла.

W = C * V * (t1 – t2)

Значение V – количество воды в кубометрах, подлежащей нагреву. Если применить данную формулу для расчета нагревания воды с исходной температурой 15°C до 65°C, получим 209,500 килоджоулей (209,5 мегаджоулей) тепла для 1м3 (1000 кг) воды.

Учет расходования тепловой энергии

Современные тенденции

Во многих регионах нашей страны существуют нормативы – сколько должно расходоваться энергии тепла для нагрева воды, они указаны в особых таблицах. Но сегодня специалисты предлагают не использовать некие постоянные величины, т.е. изменить принятое распределение тепла на один кубический метр воды.

Если рассмотреть расчет системы централизованного водоснабжения, можно определить и некоторые потери тепла на пути следования горячей воды – по техническим этажам и подвалам, по сантехническим шахтам, по змеевикам (циркуляция). Расчетное количество тепла, таким образом, будет выше, чем фактический расход энергии, указанный на приборе учета.

Итак, согласно современным тенденциям, предлагается учитывать потребление тепла по двум «статьям»: подогрев и транспортировка воды по теплосетям. Такой расчет тепловой энергии на горячее водоснабжение можно применять к любым объектам и любым приборам учета.

Поделитесь ссылкой

 

Дата публикации:
25.09.2015

energy-systems.ru

Тепловая энергия на гвс в квитанции

В квитанциях за коммунальные услуги появилась новая графа – ГВС. У пользователей она вызвала недоумение, поскольку не все понимают, что это такое и почему нужно вносить платежи по этой строке. Есть и такие собственники квартир, которые вычеркивают графу. Это влечет за собой накопление долга, пени, штрафы и даже судебные разбирательства. Чтобы не доводить дело до крайних мер, нужно знать, что такое ГВС, теплоэнергия ГВС и почему за эти показатели нужно платить.

Что такое ГВС в квитанции?

ГВС – такое обозначение расшифровывается, как горячее водоснабжение. Его цель заключается в обеспечении квартир в многоквартирных домах и иных жилых помещений горячей водой с приемлемой температурой, но ГВС – это не сама горячая вода, а тепловая энергия, которая затрачивается на подогрев воды до приемлемой температуры.

Специалисты разделяют системы горячего водоснабжения на два вида:

  • Центральная система. Здесь вода нагревается на теплостанции. После этого она распределяется в квартиры многоквартирных домов.
  • Автономная система. Она обычно используется в частных домах. Принцип действия такой же, как и в центральной системе, но здесь вода нагревается в котле или бойлере и используется только для нужд одного конкретного помещения.


Обе системы имеют одну цель – обеспечить владельцев жилого помещения горячей водой. В многоквартирных домах обычно используется центральная система, но многие пользователи устанавливают бойлер на случае, если горячую воду отключат, как это ни раз бывало на практике. Автономная система устанавливается там, где нет возможности подключиться к центральному водоснабжению. За ГВС платят только те потребители, которые пользуются центральной системой отопления. Пользователи автономного контура оплачивают коммунальные ресурсы, которые затрачиваются для нагревания теплоносителя – газ или электроэнергия.

Важно! Еще одна в графа в квитанции, связанная с ГВС – это ГВС на ОДН. Расшифровка ОДН – общедомовые нужды. Значит, графа ГВС на ОДН – это расходование энергии на подогрев воды, используемой на общие нужды всех жильцов многоквартирного дома.

К ним относятся:

  • технические работы, которые выполняются перед сезоном отопления;
  • опрессовка системы отопления, проводимая после ремонта;
  • ремонтные работы;
  • отопление мест общего пользования.

Закон о горячей воде

Закон о ГВС был принят в 2013 году. Постановление Правительства за номером 406 гласит, что пользователи центральной системы отопления обязаны осуществлять оплату по двухкомпонентному тарифу. Это говорит о том, что тариф разделили на два элемента:

  • тепловая энергия;
  • холодная вода.


Так в квитанции появилась ГВС, то есть тепловая энергия, затраченная на нагрев холодной воды. Специалисты ЖКХ пришли к выводу, что стояки и полотенцесушители, которые подключены к контуру горячего водоснабжения, расходуют тепловую энергию для обогрева нежилого помещения. До 2013 года эта энергия в квитанциях не учитывалась, и потребители пользовались целые десятилетия ей на безвозмездной основе, поскольку вне отопительного сезона нагрев воздуха в санузле продолжался. На основании этого чиновники разделили тариф на две составляющих, и теперь гражданам приходится оплачивать ГВС.

Оборудование для нагрева воды

Оборудованием, осуществляющим нагрев жидкости, является водонагреватель. Его поломка не оказывает влияния на тариф на горячую воду, но стоимость работ за ремонт оборудования обязаны оплатить пользователи, поскольку водонагреватели – это часть имущества владельцев жилья в многоквартирном доме. Соответствующая сумма появится в квитанции за содержание и ремонт имущества.

Важно! К этой платежке следует внимательно относиться собственникам тех квартир, которые не пользуются горячей водой, поскольку в их жилье установлена автономная система отопления. Специалисты ЖКХ не всегда обращают внимание на это, просто распределяя сумму на ремонт водонагревателя между всеми гражданами.

В результате таким собственникам квартир приходится вносить плату за оборудование, к которым они не пользовались. При обнаружении повышения тарифа за ремонт и содержание имущества, необходимо выяснить, с чем это связано и обратиться в управляющую компанию за перерасчетом, если платеж насчитан неправильно.

Компонент «тепловая энергия»

Что это такое – компонент на теплоноситель? Это и есть подогрев холодной воды. На компонент тепловой энергии не устанавливается прибор учета, в отличие от горячей воды. По этой причине нельзя сделать расчет этого показателя по счетчику. Как в таком случае рассчитывается тепловая энергия для ГВС? При подсчете платежа учитываются следующие моменты:

  • тариф, который установлен на ГВС;
  • расходы, затраченные на содержание системы;
  • стоимость потери тепла в контуре;
  • расходы, затраченные на передачу теплоносителя.

Важно! Расчет стоимости горячей воды выполняется с учетом объема израсходованной воды, которая измеряется в 1 кубическом метре.

Размер платы за энергию обычно вычисляется, основываясь на значение показаний общедомового прибора учета горячей воды и количества энергии в горячей воде. Рассчитывается энергия и для каждой отдельной квартиры. Для этого берутся данные потребления воды, которые узнают из показаний счетчика, и умножаются на удельный расход тепловой энергии. Полученные данные умножаются на тариф. Эта цифра и есть тот необходимый взнос, который указывается в квитанции.

Как сделать самостоятельный расчет

Не все пользователи доверяют расчетному центру, поэтому и возникает вопрос, как посчитать стоимость ГВС самостоятельно. Полученный показатель сравнивается с суммой в квитанции и на основании этого делается вывод о правильности начислений.

Чтобы рассчитать стоимость ГВС, необходимо знать тариф на тепловую энергию. На сумму также влияет наличие или отсутствие прибора учета. Если он есть, то берутся показания со счетчика. При отсутствии счетчика берется норматив расхода тепловой энергии, используемой на подогрев воды. Такой нормативный показатель устанавливается энергосберегающая организация.

Если в многоэтажном доме установлен прибор учета расхода энергии и в жилье есть счетчик на горячую воду, то сумма за горячее водоснабжение вычисляется на основании данных общедомового учета и последующего пропорционального распределения теплоносителя по квартирам. При отсутствии счетчика берется норма расхода энергии на 1 куб воды и показания индивидуальных счетчиков.

Жалоба из-за неправильного расчета квитанции

Если после самостоятельного вычисления суммы взносов за ГВС выявлена разница, необходимо обратиться в управляющую компанию за разъяснениями. Если сотрудники организации отказываются давать объяснений по этому поводу, необходимо подать письменную претензию. Ее сотрудники компании не имеют права проигнорировать. Ответ должен поступить в течение 13 рабочих дней.

Важно! Если ответа не поступило или из него не понятно, почему возникла такая ситуация, то гражданин имеет право подать претензию в прокуратуру или исковое заявление в суд. В инстанции будет рассмотрено дело и вынесено соответствующее объективное решение. Можно также обратиться в организации, контролирующие деятельность управляющей компании. Здесь будет рассмотрена жалоба абонента и вынесено соответствующее решение.

Электроэнергия, используемая для подогрева воды, не является бесплатной услугой. Плата за нее взимается на основании Жилищного Кодекса Российской Федерации. Каждый гражданин может самостоятельно вычислить сумму этого платежа и сравнить полученные данные с суммой в квитанции. При возникновении неточности следует обратиться в управляющую компанию. В этом случае разница будет компенсирована, если ошибка будет признана.

okommunalke.ru

Количество теплоты и тепловая мощность. Расчет в Excel.

Опубликовано 13 Окт 2013
Рубрика: Теплотехника | 72 комментария

Человечеству известно немного видов энергии – механическая энергия (кинетическая и потенциальная), внутренняя энергия (тепловая), энергия полей (гравитационная, электромагнитная и ядерная), химическая. Отдельно стоит выделить энергию взрыва,…

…энергию вакуума и еще существующую только в теории – темную энергию. В этой статье, первой в рубрике «Теплотехника», я попытаюсь на простом и доступном языке, используя практический пример, рассказать о важнейшем виде энергии в жизни людей — о тепловой энергии и о рождающей ее во времени тепловой мощности.

Несколько слов для понимания места теплотехники, как раздела науки о получении, передаче и применении тепловой энергии. Современная теплотехника выделилась из общей термодинамики, которая в свою очередь является одним из разделов физики. Термодинамика – это дословно «теплый» плюс «силовой». Таким образом, термодинамика – это наука об «изменении температуры» системы.

Воздействие на систему извне, при котором изменяется ее внутренняя энергия, может являться результатом теплообмена. Тепловая энергия, которая приобретается или теряется системой в результате такого взаимодействия с окружающей средой, называется количеством теплоты и измеряется в системе СИ в Джоулях.

Если вы не инженер-теплотехник, и ежедневно не занимаетесь теплотехническими вопросами, то вам, столкнувшись с ними, иногда без опыта бывает очень трудно быстро в них разобраться. Трудно без наличия опыта представить даже размерность искомых значений количества теплоты и тепловой мощности. Сколько Джоулей энергии необходимо чтобы нагреть 1000 метров кубических воздуха от температуры -37˚С до +18˚С?.. Какая нужна мощность источника тепла, чтобы сделать это за 1 час?.. На эти не самые сложные вопросы способны сегодня ответить «сходу» далеко не все инженеры. Иногда специалисты даже помнят формулы, но применить их на практике могут лишь единицы!

Прочитав до конца эту статью, вы сможете легко решать реальные производственные и бытовые задачи, связанные с нагревом и охлаждением различных материалов.  Понимание физической сути процессов теплопередачи и знание простых основных формул – это главные блоки в фундаменте знаний по теплотехнике!

Количество теплоты при различных физических процессах.

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

Рассмотрим график, представленный на рисунке. На нем изображена зависимость температуры вещества Т от количества теплоты Q, подведенного к некой закрытой системе, содержащей определенную массу какого-то конкретного вещества.

1. Твердое тело, имеющее температуру T1, нагреваем до температуры Tпл, затрачивая на этот процесс количество теплоты равное Q1.

2. Далее начинается процесс плавления, который происходит при постоянной температуре Тпл (температуре плавления). Для расплавления всей массы твердого тела необходимо затратить тепловой энергии в количестве Q2— Q1.

3. Далее жидкость, получившаяся в результате плавления твердого тела, нагреваем до температуры кипения (газообразования) Ткп, затрачивая на это количество теплоты равное Q3Q2.

4. Теперь при неизменной температуре кипения Ткп жидкость кипит и испаряется, превращаясь в газ. Для перехода всей массы жидкости в газ необходимо затратить тепловую энергию в количестве Q4Q3.

5. На последнем этапе происходит нагрев газа от температуры Ткп до некоторой температуры Т2. При этом затраты количества теплоты составят Q5Q4. (Если нагреем газ до температуры ионизации, то газ превратится в плазму.)

Таким образом, нагревая исходное твердое тело от температуры Т1 до температуры Т2 мы затратили тепловую энергию в количестве Q5, переводя вещество через три агрегатных состояния.

Двигаясь в обратном направлении, мы отведем от вещества то же количество тепла Q5, пройдя этапы конденсации, кристаллизации и остывания от температуры Т2 до  температуры Т1. Разумеется, мы рассматриваем замкнутую систему без потерь энергии во внешнюю среду.

Заметим, что возможен переход из твердого состояния в газообразное состояние, минуя жидкую фазу. Такой процесс именуется возгонкой, а обратный ему процесс – десублимацией.

Итак, уяснили, что процессы переходов между агрегатными состояниями вещества характеризуются потреблением энергии при неизменной температуре. При нагреве вещества, находящегося в одном неизменном агрегатном состоянии, повышается температура и также расходуется тепловая энергия.

Главные формулы теплопередачи.

Формулы очень просты.

Количество теплоты Q в Дж рассчитывается по формулам:

1. Со стороны потребления тепла, то есть со стороны нагрузки:

1.1. При нагревании (охлаждении):

Q=m*c*(Т2-Т1)

Здесь и далее:

mмасса вещества в кг

с – удельная теплоемкость вещества в Дж/(кг*К)

1.2. При плавлении (замерзании):

Q=m*λ

λудельная теплота плавления и кристаллизации вещества в Дж/кг

1.3. При кипении, испарении (конденсации):

Q=m*r

rудельная теплота газообразования и конденсации вещества в Дж/кг

2. Со стороны производства тепла, то есть со стороны источника:

2.1. При сгорании топлива:

Q=m*q

qудельная теплота сгорания топлива в Дж/кг

2.2. При превращении электроэнергии в тепловую энергию (закон Джоуля — Ленца):

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

tвремя в с

Iдействующее значение тока в А

Uдействующее значение напряжения в В

Rсопротивление нагрузки в Ом

Делаем вывод – количество теплоты прямо пропорционально массе вещества при всех фазовых превращениях и при нагреве дополнительно прямо пропорционально разности температур. Коэффициенты пропорциональности (c, λ, r, q) для каждого вещества имеют свои значения и определены опытным путем (берутся из справочников).

Тепловая мощность N в Вт – это количество теплоты переданное системе за определенное время:

N=Q/t

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

Расчет в Excel прикладной задачи.

В жизни бывает часто необходимо сделать быстрый оценочный расчет, чтобы понять – имеет ли смысл продолжать изучение темы, делая проект и развернутые точные трудоемкие расчеты. Сделав за несколько минут расчет даже с точностью ±30%, можно принять важное управленческое решение, которое будет в 100 раз более дешевым и в 1000 раз более оперативным и в итоге в 100000 раз более эффективным, чем выполнение точного расчета в течение недели, а то и месяца, группой дорогостоящих специалистов…

Условия задачи:

В помещение цеха подготовки металлопроката размерами 24м х 15м х 7м завозим со склада на улице металлопрокат в количестве 3т. На металлопрокате есть лед общей массой 20кг. На улице -37˚С. Какое количество теплоты необходимо, чтобы нагреть металл до +18˚С; нагреть лед, растопить его и нагреть воду до +18˚С; нагреть весь объем воздуха в помещении, если предположить, что до этого отопление было полностью отключено? Какую мощность должна иметь система отопления, если все вышесказанное необходимо выполнить за 1час? (Очень жесткие и почти не реальные условия – особенно касающиеся воздуха!)

Расчет выполним в программе MS Excel или в программе OOo Calc.

С цветовым форматированием ячеек и шрифтов ознакомьтесь на странице «О блоге». 

Исходные данные:

1. Названия веществ пишем:

в ячейку D3: Сталь

в ячейку E3: Лед

в ячейку F3: Лед/вода

в ячейку G3: Вода

в ячейку G3: Воздух

2. Названия процессов заносим:

в ячейки D4, E4, G4, G4: нагрев

в ячейку F4: таяние

3. Удельную теплоемкость веществ c в Дж/(кг*К) пишем  для стали, льда, воды и воздуха соответственно

в ячейку D5: 460

в ячейку E5: 2110

в ячейку G5: 4190

в ячейку H5: 1005

4. Удельную теплоту плавления  льда λ в Дж/кг вписываем

в ячейку F6: 330000

5. Массу веществ m в кг вписываем соответственно для стали и льда

в ячейку D7: 3000

в ячейку E7: 20

Так как при превращении льда в воду масса не изменяется, то

в ячейках F7 и G7: =E7=20

Массу воздуха находим произведением объема помещения на удельный вес

в ячейке H7: =24*15*7*1,23=3100

6. Время процессов t в мин пишем только один раз для стали

в ячейку D8: 60

Значения времени для нагрева льда, его плавления и нагрева получившейся воды рассчитываются из условия, что все эти три процесса должны уложиться в сумме за такое же время, какое отведено на нагрев металла. Считываем соответственно

в ячейке E8: =E12/(($E$12+$F$12+$G$12)/D8)=9,7

в ячейке F8: =F12/(($E$12+$F$12+$G$12)/D8)=41,0

в ячейке G8: =G12/(($E$12+$F$12+$G$12)/D8)=9,4

Воздух также должен прогреться за это же самое отведенное время, читаем

в ячейке H8: =D8=60,0

7. Начальную температуру всех веществ T1 в ˚C заносим

в ячейку D9: -37

в ячейку E9: -37

в ячейку F9: 0

в ячейку G9: 0

в ячейку H9: -37

8. Конечную температуру всех веществ T2 в ˚C заносим

в ячейку D10: 18

в ячейку E10: 0

в ячейку F10: 0

в ячейку G10: 18

в ячейку h20: 18

Думаю, вопросов по п.7 и п.8 быть недолжно.

Результаты расчетов:

9. Количество теплоты Q в КДж, необходимое для каждого из процессов рассчитываем

для нагрева стали в ячейке D12: =D7*D5*(D10-D9)/1000=75900

для нагрева льда в ячейке E12: =E7*E5*(E10-E9)/1000= 1561

для плавления льда в ячейке F12: =F7*F6/1000= 6600

для нагрева воды в ячейке G12: =G7*G5*(G10-G9)/1000= 1508

для нагрева воздуха в ячейке h22: =H7*H5*(h20-H9)/1000= 171330

Общее количество необходимой для всех процессов тепловой энергии считываем

в объединенной ячейке D13E13F13G13h23: =СУММ(D12:h22) = 256900

В ячейках D14, E14, F14, G14, h24,  и объединенной ячейке D15E15F15G15h25 количество теплоты приведено в дугой единице измерения – в ГКал (в гигакалориях).

10. Тепловая мощность N в КВт, необходимая для каждого из процессов рассчитывается

для нагрева стали в ячейке D16: =D12/(D8*60)=21,083

для нагрева льда в ячейке E16: =E12/(E8*60)= 2,686

для плавления льда в ячейке F16: =F12/(F8*60)= 2,686

для нагрева воды в ячейке G16: =G12/(G8*60)= 2,686

для нагрева воздуха в ячейке h26: =h22/(H8*60)= 47,592

Суммарная тепловая мощность необходимая для выполнения всех процессов за время t рассчитывается

в объединенной ячейке D17E17F17G17h27: =D13/(D8*60) = 71,361

В ячейках D18, E18, F18, G18, h28,  и объединенной ячейке D19E19F19G19h29 тепловая мощность приведена в дугой единице измерения – в Гкал/час.

На этом расчет в Excel завершен.

Выводы:

Обратите внимание, что для нагрева воздуха необходимо более чем в два раза больше затратить энергии, чем для нагрева такой же массы стали.

При нагреве воды затраты энергии в два раза больше, чем при нагреве льда. Процесс плавления многократно больше потребляет энергии, чем процесс нагрева (при небольшой разности температур).

Нагрев воды в десять раз затрачивает больше тепловой энергии, чем нагрев стали и в четыре раза больше, чем нагрев воздуха.

Для получения информации о выходе новых статей и для скачивания рабочих файлов программ прошу вас подписаться на анонсы в окне, расположенном в конце статьи или в окне вверху страницы.

После ввода адреса своей электронной почты и нажатия на кнопку «Получать анонсы статей» НЕ ЗАБУДЬТЕ  ПОДТВЕРДИТЬ ПОДПИСКУ кликом по ссылке в письме, которое тут же придет к вам на указанную почту (иногда — в папку «Спам»)!

Мы вспомнили понятия «количество теплоты» и «тепловая мощность», рассмотрели фундаментальные формулы теплопередачи, разобрали практический пример. Надеюсь, что мой язык был прост, понятен и интересен.

Жду вопросы и комментарии на статью!

Прошу УВАЖАЮЩИХ труд автора скачать файл ПОСЛЕ ПОДПИСКИ на анонсы статей.

Ссылка на скачивание файла: raschet-teplovoy-moshchnosti (xls 19,5KB).

Другие статьи автора блога

На главную

Статьи с близкой тематикой

Отзывы

al-vo.ru

Тепловая энергия, потребление, использование теплоэнергии

  1. Как используется теплоэнергия

Тепловая энергия – одна из форм энергии, которая образуется в результате движения частиц, составляющих предмет.

Сегодня в мире используются различные способы получения тепловой энергии:

  • Сжигание органических расходных материалов
  • Использование тепла грунта
  • Использование солнечной теплоэнергии
  • Получение тепла в результате естественных химических реакций
  • Использование биореакторов

В случае со сжиганием органических материалов, тепловая энергии – один из продуктов процесса горения. Теплоэнергия, полученная таким образом, может преобразовываться в электроэнергию на специальных теплоэлектроцентралях (ТЭЦ) и теплоэлектростанциях (ТЭС). Чаще всего в качестве расходного материала используется уголь или газ. Также могут использоваться в данных целях различные биомассы. Нефть практически не используется для получения тепловой энергии и преобразования её в электрическую. Традиционные способы получения теплоэнергии хоть и являются наиболее распространёнными, всё же активно критикуются в современном обществе. В основе критики находятся постулаты о необходимости бережного отношения к природе и недопустимости иссякания природных ресурсов.

Использование тепла непосредственно Земли – достаточно экологичный способ добычи теплоэнергии. Геотермальные источники бывают двух типов:

  • Естественные
  • Искусственные

В процессе получения теплоэнергии используются паровые турбины и иные тепловые машины.

Получение тепла от солнечных лучей не стало популярным в глобальных масштабах. Тем не менее, работы в данном направлении продолжают вестись, и инженеры активно сотрудничают с архитекторами и экологами при создании энергопроизводящих домов и иных сооружений.

Получение тепла в результате естественных химических реакций (гниение, брожение и пр.), а также получение тепловой энергии с помощью биореакторов тоже пока не получили значительной популярности в мире. Количество теплоты, получаемой в результате такого производства, крайне мало в сравнении с другими способами получения теплоэнергии.

Как используется теплоэнергия

Источником тепловой энергии является специальная энергоустановка. Для увеличения тепловой энергии может различным образом использоваться сила трения.

«Жизненный цикл» тепловой энергии выглядит следующим образом:

  1. производство
  2. передача
  3. потребление

В случае, если тепловая энергия не перерабатывается в электрическую, она используется для следующих нужд:

  • Отопление жилых и нежилых помещений
  • Горячее водоснабжение

Единицей измерения теплоэнергии является гигакалория (Гкал).

Для расчёта тепловой энергии, используемой для нужд отопления, используется следующая формула:

Q = V * ( T1 – T2 ) / 1000

Q – количество теплоэнергии

V – количество использованной горячей воды (в кубах)

Т1 – температура горячей воды

Т2 – температура холодной воды

В Беларуси основным способом получения теплоэнергии является сжигание природных ископаемых, там не менее, ведутся активные работы по экологизации данной отрасли энергетики. Что касается использования геотермальных ресурсов, то потенциал Беларуси в данной области достаточно низок – термальные воды расположены глубоко, из температура недостаточно высока, зато высок уровень минерализации. Использование солнечных батарей в промышленных масштабах не представляется эффективной методикой из-за особенностей климата Беларуси и относительно небольшого количества солнечных дней в году.

domovita.by

Вам может понравится

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о