Зміст:
- Тепловтрати і потужність обігрівача
- Узагальнення розрахунку потужності обігрівачів на довільний випадок
- Приклад розрахунку потужності для узагальненого випадку
Ми вже наводили методики для оцінки потужностей обігрівача, але всі вони дуже і дуже приблизні, годяться тільки для вирішення дрібних завдань, а також — за нашими міркувань — викликають посмішки скептиків. Сьогодні ми вирішили розкрити проблеми з припущення, що втрати лінійно залежать від різниці температур на двох сторонах поверхні. Це і стіни, і вікна, і двері, і гладь конвекторного нагрівача. Відповідно, змінюється і потужність обігрівачів, яка покликана витоку компенсувати. Це припущення цілком узгоджується зі Сніпами, де наводяться вже наукові формули. Як розрахувати потужність обігрівача, якщо немає ніяких даних про радіаторах, матеріалі і структурі стін, а також інших даних, які можуть бути тільки професіоналам?
Тепловтрати і потужність обігрівача
Ми будемо виходити з того, що в будинку у всіх квартирах температура однакова, тому тепло не тече через підлозі і внутрішні стіни. У разі наявності підвалу під ногами або горища на даху читачеві доведеться доповнити наші висновки власними. Отже, втрати через стіну, що виходить на вулицю, залежать від різниці температур в приміщенні і зовні. Для цього ми наводимо графік, який має вигляд лінії, а нахил визначається потужністю батареї, яка нам невідома заздалегідь.
Отже, ми бачимо залежність тепловтрат Q від температури на вулиці t, де для зручності наведена різниця між зовнішньою і внутрішньою температурами. Видно, що залежність, як ми і домовилися лінійна, причому при 20 ?С за вікном тепловтрати дорівнюють нулю, а при — 40 ?С складають 2х, але скільки це насправді, ми не знаємо. Це типова ситуація, коли обиватель поставлений віч-на-віч з проблемою розрахувати потужність обігрівача для приміщення. Для початку ведемо розгляд у припущенні, що температура в приміщенні у нас 20 ?С (типове значення, з яким оперує будь-яка документація, включаючи Бніп та керівництва по експлуатації приладів). (Див. також: Споживана потужність обігрівача)
Припустимо, що при температурі на вулиці -10 ?С батарея гріє так, що в приміщенні рівно 20 ?С, які нам потрібні з теорії. Наступний крок такий:
З цього випадку ми можемо порахувати номінальну потужність батареї при її виміряної яким-небудь чином температурі в умовах, коли клімат у приміщенні заданий (20 ?С).
Радіатори центрального опалення врівноважують втрати від різниці в 30 ?С, це означає, що енергія, що віддається ними, складає (30/4) х 1,5 кВт = 11,25 кВт.
Також тепер ми знаємо, що нам робити, якщо градуси за вікном впадуть до -40. Нам потрібні додаткові обігрівачі сумарною потужністю рівною радіаторів опалення, тобто 11,25 кВт. Зауважте, що ми не беремо в розрахунок тепло, що виділяється людьми, тому в ході досвіду кімната повинна бути порожня. Або навпаки сядьте там всією сім’єю. Тоді знайдені 11,25 кВт будуть рівні сумарної потужності людей і батарей при температурі 20 ?С.
Узагальнення розрахунку потужності обігрівачів на довільний випадок
Але у нас трохи інша проблема: є якась температура батареї, кімнати, вулиці, а потрібно зрозуміти, як розрахувати потужність обігрівача. Тепер, коли ми так багато дізналися про розрахунках, можна спробувати вирішити цю задачу, щоб не чекати, поки за вікном стане -14 С. Припустимо, у нас в кімнаті 20 ?С, але нам не терпиться знайти потужність батарей, щоб апроксимувати результат на якийсь довільний випадок погодних і котелень умов. Тут потрібно знати, що потужність батареї також залежить від різниці температур кімнати і поверхні радіатора. Отже, вносимо в наш рай масляний обігрівач на 1,5 Вт і бачимо, що температура приміщення піднялася до 23 ?С. Це забагато, але для нас не грає ніякої ролі. Однак знадобиться виміряти ще й потужність батарей (а за вікном у нас за домовленістю -10 ?С). Припустимо, що радіатор має поверхню 60 ?С. Це типове значення для Європи, у нас може бути і погарячіше центральне опалення.
Нехай номінальна потужність батареї при 20 ?С дорівнює N, при цьому різниця температур поверхні і приміщення дорівнює 40. В нових умовах потужність знизиться до 37N/40. Тоді отримуємо рівність: (Див. також: Потужність обігрівачів)
(37N/40 + 1,5) — N = 3 ?С.
Тобто підвищення потужності на 1,5 кВт (і зниження потужності опалення) дало підвищення температури на 3 ?С. Виходить, що 1,5 — 0,075 N кВт дає підвищення на 3 ?С. А у нас від робочої точки при нормальній температурі всередині (20 ?С) до нульової (температура на вулиці 20 ?С) є відрізок довжиною 30 ?С. Виходить, що:
N = 10 (1,5 — 0,075 N), звідки знаходимо шукане значення. У нас вийшло близько 8,57 кВт. Це потужність батареї. Тепер, знаючи її номінал, ми можемо побудувати для характеристики будь-яких температур батареї, приміщення та вулиці. Наприклад, у нас температура -14 ° С, центральне опалення не тягне, і потрібно навести ситуацію в норму (20 ?С) у приміщенні. Зауважте, що ми не вказуємо, скільки саме градусів у кімнаті, хоча й це можна було б без проблем порахувати, хоча нас в точці проведення досліду не було і не буде. 8,57 кВт рівні 30 ?С за шкалою температур, а значить, потрібно додати 8,57/30 х 4 кВт = 1,15 кВт. Це означає, що потрібно розрахувати потужність масляного обігрівача так, щоб вона була не нижче цієї цифри, але й перевищувати значення занадто сильно не потрібно, щоб не вийти з потрібного кліматичного поясу. Отже, йдемо в магазин і беремо прилад і трьома режимами, один з яких дає тепла в районі 1,15 кВт.
Більш потужні згодяться в мороз, а які з них включати, ми вважати вже вміємо. Наприклад, при -40 С знадобиться… правильно! удвічі більше, ніж дають радіатори опалення, що складе близько 17 кВт. Забагато для електричного щитка на майданчику? Ставте газовий конвектор з коаксіальної лінії, пробивающей стіну назовні. Можливі й гібридні варіанти: частина удару на себе візьме Теплу підлогу, а решта ляже на блакитне паливо. Ми вважаємо, що тепер читачам зрозуміло, як розрахувати потужність конвекторного обігрівача.
Приклад розрахунку потужності для узагальненого випадку
Припустимо, у нас є все та ж кімната, але в ній температура 17 ?С, а поверхня радіатора, наприклад, 55 ?С. Зовні зараз -10 ?С, а нам потрібно добитися номінального кімнатного значення (20 ?С), причому температура радіатора центрального опалення в гіршому випадку може бути 50 ?С. Необхідно знайти максимальну потужність обігрівача, яке потягне найгірший описаний випадок при температурі за вікном -30 ?С. Для початку знаходимо потужність батареї при температурі її поверхні 55 ?С і кімнатній температурі 17 ?С. Ми вже показали, як діяти в цьому випадку, а тепер покажемо на практиці. Беремо наш масляний обігрівач на 1,5 кВт, чекаємо, поки кімната вийде на режим, а потім заміряємо різницю температур. Нехай для простоти у нас вийшло знову ті ж 3 ?С. За графіком знаходимо потрібну пропорцію:
(1,5 + (55 – 20)/(55 – 17)N) – N = 3 ?C.
Від робочої точки до перетину графіка з горизонтальною віссю відстань у градусах становить 27. Тобто в підсумку виходить:
N = 9 (1,5 – 0,078 N), звідки знаходимо наші вати. У нас вийшло 7,9 кВт. Це потужність радіатора центрального опалення при різниці температур 38 ?С (між поверхнею батареї і кімнатою). У нашому найгіршому випадку ця диференціація буде і того менше і становитиме 30. Тобто отримана потужність зменшується пропорційно і складе 6,23 кВт. Будуємо графік для цього випадку аналогічно тому, що на картинці. Для цього згадуємо, скільки у нас були тепловтрати при 27 ?С з нульовою точкою. Це 7,9 кВт. Наводимо завдання до вирішеною вище, для чого знаходимо тепловтрати при -10 ?С зовні і кімнатній температурі 20 ?С. Виходить 30 ?С різниці. Отже, ділимо на 7,9 0,9 і отримуємо 8,77 кВт. Тобто для утримання кімнати на заданому рівні в цих умовах до батарей потрібно додати різницю (8,77 — 6,23) = 2,54 кВт.
При температурі за вікном -30 ?С умови будуть ще жорсткіші. Вирішуємо задачу так само, як було показано вище, щоб знайти результат. Щодо вже наявних тепловтрат 8,77 кВт додасться ще 2/3 від цього ж числа, що складе близько 5,78 кВт. Разом, загальна потужність обігрівачів перевищить енергію радіаторів і складе 5,78 + 2,54 кВт = 8,32 кВт. Зрозуміло, що за рахунок електрики такий результат отримати складно, отже, потрібно інфрачервоний камін на блакитному паливі або щось подібне. Ось такі от справи!
Тепер аналогічно читачі можуть розрахувати потужність інфрачервоного обігрівача будь-якого типу. Єдино, ми вели справу так, щоб прогріти все приміщення, але якщо потрібно віддати тепло тільки певного сектору, то ділите його площа на загальний метраж підлоги. Потім множите цифру у ватах на цей коефіцієнт, менший одиниці. Вийде значно більш скромне число. Тому і говорять, що інфрачервоні обігрівачі допомагають економити. Розрахувати потужність обігрівача буде складніше, тому що він гріє і за рахунок конвекції. У цьому випадку необхідно ще правильно розташувати обладнання для отримання належного ефекту. Але для орієнтування можна алгоритмом, наведеним вище, як відправною точкою для подальших досліджень.
Ми не претендуємо на те, що розрахунки не грішать припущення, але приблизно оцінити потрібні для квартири вати цілком можна. Важливо дочекатися виходу температури на режим, а також по можливості точно провести вимірювання. А як це зробити – вже зовсім інша історія.
