Щоб було в будинку тепло, треба за допомогою конвектора змінити і підтримувати температуру повітря, який має питому теплоємність с. Цей параметр вказує, скільки тепла потрібно витратити, щоб нагріти кілограм повітря на один градус.
Незвично повітря вимірювати кілограмами, коли в квартирі куди простіше дізнатися її обсяг. Кількість теплоти - параметр, який мало знайомий звичайному обивателю. Простіше зрозуміти величину, за яку доведеться платити, а саме: кВт / год електроенергії і метри кубічні газу.
Фізика шкільної лави
Згадавши фізику, скласти задачу, яку температуру треба отримати, і скільки потрібно для цього енергоносіїв витратити, відповідно, яким конвектором треба запастися, щоб було тепло і не дуже дорого. Розрахунок потужності обігрівача треба починати з визначення вихідних величин:
Початкова температура t1, яка дорівнює мінімальній в зимовий період за вікном.
Необхідна температура в приміщенні t2 - тут кожен визначається сам.
Щільність повітря ρ (ро), прийнято вживати при розрахунках рівній 1,3 кг / м3. Залежністю від температури, тиску нехтують.
Питома теплоємність повітря с, теж залежить від температури, вологості, але зміни настільки незначні, що сміливо ними можна знехтувати, і вважати константної, округленої до 0,001 МДж (кг * С).
Теплота 1 МДж дорівнює 0,277кВт / ч. електроенергії, яку «мотає» лічильник.
У випадку з електроконвектори, коефіцієнт корисної дії близький до 100%, - все кількість споживаного струму перетворюється в тепло.
теорія тепла
Тепер можна порахувати кількість теплоти на опалення необхідної площі кімнати - так простіше вважати, ніж в метрах кубічних. Для цього, згадавши алгебру, з виразу:
де с - питома теплоємність повітря, Q - теплота, m - маса повітря, (t2 - t1) - різниця температур.
Виводимо шукане Q, - кількість теплоти:
Обчислюємо масу повітря по формулі:
де ρ (ро) - густина повітря, Р - площа кімнати, h - висота стелі. Підставляємо значення, кінцева формула витрати електроенергії kWt набуває вигляду:
kWt = 0,277 * c * ρ * Р * h * (t2-t1) або
kWt = 0,277 * c * ρ * V * (t2-t1),
де V - об'єм.
Споживання природного газу завжди можна розрахувати, взявши потужність в кВт та перевести в м3 газу помноживши на 0,108.
ідеальне опалення
Припустимо висота стелі 2,8 метра, площа 36 кв.м.
За вікном -10, хочемо нагріти до +20 градусів.
У багатьох формулах різницю температур t2-t1 прийнято позначати Т, і так простіше вважати, якщо ці обчислення записувати в стандартному Блокноті Windows, і копіювати - вставляти вираження в Калькулятор Windows. В даному випадку Т дорівнює 30 градусам Цельсія.
kWt = 0,277 * 0,001 * 1,3 * 2,8 * 36 * 30 = 1,08 (кВт / год).
На перший погляд, це число може здатися неймовірним, всього один кіловат, чи не занадто мало? І тут-то ідеальна фізика закінчується - в теорії взагалі більше обігрівати не треба, така температура буде зберігатися вічно. На практиці ж опалення вимагає набагато більше енерговитрат, на увазі тепловтрат.
Куди тепло дівається?
Тепло йде з дому з трьох причин - необхідна вентиляція, випромінювання і теплопровідність стін, стелі, підлоги, вікон, дверей. Припустимо, що часте відкривання дверей, щілини вікна в своєму помешканні - теж частина системи вентиляції, яка повинна складати по СНиП не менше 20м3 свіжого повітря на людину в годину. За формулою з об'ємом обчислюємо:
kWt = 0,277 * 0,001 * 1,3 * 20 * 30 = 0,21606 (кВт);
При ідеальної теплоізоляції такої потужності, споживаної газовим або електричним конвектором було б достатньо для життєзабезпечення людини. Дані тепловтрати можна мінімізувати, якщо використовувати системи вентиляції, в яких застосовується принцип рекуперації тепла.
Формула втрат
Втрати тепла на теплопровідність, або, іншими словами на погану теплоізоляцію, можна підрахувати за формулою:
де температури: t1 - в приміщенні, t2 - на вулиці. (Та ж різниця температур, що застосовувалася вище); S - площа стіни, L - її товщина, λ - коефіцієнт теплопровідності, який сильно залежить від температури, вологості. Для сухого цегли, наприклад, λ = 0,35 Вт / (м * С), для вологого λ = 1,05 Вт / (м * С).
Припустимо у цегли λ = 0,5 Вт / (м * С). Беремо будинок з попереднього прикладу, площа 36м. кв. Уявімо, що маємо чотири стіни по 6м. Множимо на висоту 2,8: 4 * 6 * 2,8 = 67,2 (м. Кв) площі S стін.
Товщину стіни L приймемо 0,6 м: Q = 0,5 * 30 * 67,2 / 0,6 = 1680 (Вт) = 1,68 (кВт).
Припускаємо, що зверху залізобетон, без утеплення, товщиною 0,1 м. Λ = 1,69, і на даху «вітер свище».
Q = 1,69 * 30 * 36 / 0,1 = 18252 (Вт) = 18,252 (кВт).
А це вже дуже багато! Виходить, що на опалення тепловтрат будинку йде більше електроенергії, ніж на нагрів повітря в ньому.
З чого ж будинок побудований?
У попередньому прикладі, якщо запастися конвектором 20 кВт, то буде тепло, але дуже дорого. А що, якщо утеплити мінеральною ватою? Шар в 0,1 м, λ = 0,056.
Q = 0,056 * 30 * 36 / 0,1 = 604,8 (Вт) = 0,6048 (кВт)
Які разючі зміни всього лише через шару утеплювача! Тому, перш, ніж починати розрахунок потужності обігрівача, треба точно знати які матеріали споруди і яке утеплення присутній.
Додамо підлогу - керамзитобетон λ = 0,14, температура грунту t2 = 5, товщина 0,1 м:
Q = 0,14 * 15 * 36 / 0,1 = 756 (Вт) = 0,756 (кВт).
Припустимо, тепловтрати дверей і вікон ідентичні втрат тепла через стіну.
Тепер сумарно 1,68 + 0,6 + 0,75 + 0,21 (вентиляція для однієї людини) = 3,24 (кВт).
- стільки тепла треба на те, щоб компенсувати втрати тепла. На цей параметр варто було б орієнтуватися, вибираючи конвектори, якби такий будинок існував в реальності. Таким же способом можна розрахувати втрати тепла, вставивши свої параметри, дізнавшись з довідників λ для скла, теплоізоляційних матеріалів, бетону, дерева, вимірявши вікна, двері, товщину теплоізолюючих елементів. У багатоквартирному будинку, можна поцікавитися у сусідів, яка у них температура в середньому, і зробити свої розрахунки.
Вибирати обігрівальні прилади завжди треба з запасом, з коефіцієнтом 1,2 від розрахованої потужності.
Краще регулятором знизити потужність якщо занадто жарко, ніж в мороз інтенсивно рухатися, створюючи тепло самому (людське тіло виробляє тепло: 0,1-0,5 кВт).
Чим більше потужність конвектора, тим швидше прогрівається повітря. Розраховуючи час прогріву треба пам'ятати, що також повинні прогрітися стіни і навколишні предмети, у яких є своя теплоємність і маса, на їх нагрівання теж потрібно теплота.
Чим вище різниця температур, тим більше втрати через теплове випромінювання. Тому треба закривати штори і жалюзі на ніч.
У випадку з конвекторами є нюанс, від якого залежить їх ефективність - це конвертерний потік повітря - основний принцип роботи, який полягає в тому, щоб повітря вільно циркулював в приміщенні.
Якщо циркуляція утруднена, місце розташування конвектора вибрано невдало, тоді електричними реле буде вимкнено живлення, коли повітря поблизу прогріється, в той час як у віддалених кутках кімнати ще не стане тепло.
Електро тепла підлога
Пристрій теплої підлоги електричного