Расчет расхода тепла на отопление: О студии | Re-hash.ru

Содержание

годовой расчет на отопление загородного дома, формула расхода пропана

Содержание:

1. Правила оптимального расхода тепла на отопление

2. Поиск утечек тепла

В условиях холодной зимы отопительный сезон обычно длится дольше, чем в теплых краях. Как правило, прохладная погода, которая не позволяет отключать отопление в домах, держится не менее семи месяцев. Именно этим обуславливается необходимость в грамотной и отлаженной отопительной системе, которая, помимо обогрева, будет надежной и экономичной в плане расхода тепла на отопление. Для обеспечения хорошей теплоотдачи отопительной системы необходимо минимизировать потери тепловой энергии. Из-за чего они происходят?

Самый опасный враг системы отопления – улица и холодная погода. Утечки тепла из дома могут быть через стены, плохо подогнанные окна или двери. При установке отопительной системы необходимо озаботиться ее максимальной эффективностью, но даже самая лучшая система не сможет прогреть дом, который со всех сторон продувается сквозняками.

Гораздо надежнее будет изначально установить надежные и герметичные окна, которые позволят сохранять максимальное количество тепла. Стены тоже необходимо предохранить от перепадов температур.


На рынке на сегодняшний день можно найти очень много различных теплоизоляционных материалов, поэтому выбрать подходящий вариант будет несложно. В любом случае, необходимо всегда проводить расчет расхода тепла на отопление, чтобы наглядно видеть свою выгоду.

Бывают случаи, когда все элементы, способствующие потерям тепла, имеют высокое качество, но тепло все равно выходит на улицу. Такое явление возникает вследствие плохо проведенных работ по герметизации помещения. Конечно, большая часть современных отопительных систем способна регулировать температуру в доме в зависимости от ее изменений, но лишний расход топлива не нужен никому, поэтому выполнять строительные работы нужно качественно.

Правила оптимального расхода тепла на отопление

Для обеспечения комфортных условий в доме нужно соблюдать два правила:

  1. Оптимальная температура в помещении – 20-22 градуса по Цельсию;
  2. Температура воздуха в помещении и температура наружной стены должны отличаться не более чем на 4 градуса.

При соблюдении этих правил должно выполняться и третье правило — температура стены должны быть выше температуры точки росы. Точкой росы называют охлаждение наружного воздуха до состояния, в котором он начинает переходить в жидкое состояние. Чтобы удерживать температуру наружной стены на достаточном уровне, необходим мощный котел, но при этом нельзя забывать об экономичности, ведь греть улицу бессмысленно. 

Расход тепла на отопление может быть в двух вариантах:

  1. В первом варианте установлена норма на сопротивление теплоотдачи стен, оконных рам, дверных проемов и пр.
  2. Во втором случае для отопления дома рассчитывается номинальный расход энергии, что дает возможность подобрать наиболее подходящие стены и ограждающие конструкции (прочитайте: «Как рассчитать ГКАЛ на отопление — правильная формула расчета»).

В профессиональном строительстве чаще всего используется именно первый вариант. Возведение стен сопровождается их утеплением, что делает процесс более трудоемким, а значит, гораздо более затратным.  

Возведение частных построек не предполагает обязательного утепления наружных стен, а вот чердак и подвал утеплять необходимо. К тому же, частный дом может быть выполнен в форме, которая позволит сохранить наибольшее количество энергии. Для сохранения тепла к домам пристраиваются веранды, лоджии, нередко искусственно сужаются оконные рамы – и все это позволяет снизить расход тепла на отопление. 

Если все эти недостатки устранены, можно выбирать отопительную систему.


Выбор подходящего варианта всегда остается за домовладельцем, но при этом необходимо знать основные рекомендации по выбору отопительной системы. Очень важно при возведении отопительной системы использовать качественные материалы, которые уменьшат потери и прослужат максимально долго.

Большинство современных систем обладают всеми необходимыми качествами, а встроенные энергосберегающие устройства обеспечат существенную экономию (прочитайте: «Энергосберегающее отопление частного дома — выбираем энергоэффективную систему»). Отопление пропаном, расход которого рассчитывается по формуле, может быть неплохим решением.

Возведение энергосберегающего дома или готовый проект необходимо очень пристально оценивать с точки зрения утепления. Правильная установка теплоизоляционных материалов увеличит комфорт и избавит от некоторых неприятностей в дальнейшем. 

Температура энергоносителя в отопительных приборах не должна быть выше 90 градусов по Цельсию. Для условия холодной зимы этого вполне достаточно. Чтобы улучшить контроль температуры в каждом помещении, необходимо использовать терморегуляторы. Они делятся на два вида – автоматический и механический.

Механический позволяет регулировать температуру вручную, в зависимости от изменяющихся температурных условий. Автоматический терморегулятор способен самостоятельно удерживать заданный температурный режим, но для его установки необходимо параллельное расположение труб, поскольку установленные последовательно автоматические регуляторы просто заблокируют циркуляцию.

Поиск утечек тепла

Для повышения экономичности и эффективности отопительной системы необходимо с вниманием отнестись к местам утечки тепла. Окна необходимо обязательно загерметизировать, полы должны удерживать тепло, а установленные «теплые полы» должны обеспечивать комфортную температуру. К тому же, при расчете необходимой тепловой мощности необходимо учитывать и объем помещений, и тип вентиляционной системы, и использованные при строительстве материалы. Всегда необходимо снижать расход тепла на отопление: формула в любом случае одна, и ей нужно следовать.


Разобравшись с утечками тепла, можно приступать к выбору котла. Очень важным аспектом при этом является финансовая сторона вопроса: на стоимость котла повлияет его мощность и функциональность, но выбранный результат должен обеспечивать дом необходимым теплом и уменьшить расход пропана на отопление дома (прочитайте также: «Отопление пропаном — наиболее популярный вариант»).

Обогревательные приборы тоже являются немаловажным фактором, влияющим на сохранение тепла. За долгие годы себя хорошо зарекомендовали радиаторы, расчет количества секций которых осуществляется при помощи нехитрых математических действий. Установка «теплого пола» может положительно повлиять на экономическую сторону системы отопления: комбинирование систем позволяет сэкономить довольно большое количество теплоэнергии, снизив расходы на отопление загородного дома.

Заключение

Системы, работающие при постоянной циркуляции теплоносителя, будут обеспечивать теплом все здание, а выбор подходящей отопительной системы и создание хороших комбинаций позволит существенно сэкономить на топливе. Годовой расход тепла на отопление можно понизить, использовав приведенные в статье рекомендации.


2.4 Расход тепла на отопление, вентиляцию и централизованное горячее водоснабжение жилых и общественных зданий.

Расход тепла на отопление.

Определение максимальной величины
теплового потока на отопление:

(2.8)

Aжилая площадь
зданий

qо­
удельный тепловой поток на отопление
1 м2 принимаем по [7]

k1
коэффициент, учитывающий тепловой
поток на отопление общественных зданий,
при отсутствии данных принимать равным
0,25

Определение средней величины
теплового потока на отопление:

(2.9)

tв
температура внутреннего воздуха
отапливаемых помещений ;

tр. о
температура наружного воздуха
расчетная для проектирования системы
отопления;

tср.о
температура наружного воздуха средняя
за отопительный период.

Годовой расход тепла на отопление:

(2.10)

nпродолжительность
отопительного периода

η – КПД отопительной
системы

– низшая теплота сгорания газа, она
определяется, исходя из состава газа,
в расчетах необходимо перевести в
ккал/м3)

Расход тепла на вентиляцию.

Определение максимальной величины
теплового потока на вентиляцию:

(2.11)

Aжилая площадь
зданий

qо­
удельный тепловой поток на отопление
1 м2.

k1
коэффициент, учитывающий тепловой
поток на отопление общественных зданий,
при отсутствии данных принимать равным
0,25

k2– коэффициент,
учитывающий тепловой поток на вентиляцию
общественных зданий, при отсутствии
данных принимать 0,4

Определение средней величины теплового
потока на вентиляцию:

(2.12)

tв
температура внутреннего воздуха
отапливаемого помещения;

tр.в
температура наружного воздуха
расчетная для проектирования вентиляции;

tср.о
температура наружного воздуха средняя
за отопительный период.

Годовой расход тепла на вентиляцию:

(2. 13)

z = 16 – время работы
системы вентиляции в течении суток;

n– продолжительность
отопительного периода;

ηКПД отопительной
системы.

Расход тепла на горячее водоснабжение.

(2.14)

m – число жителей

a = 105 л/сут – суточная
норма расхода горячей воды на одного
человека в жилом здании;

b = 25 л/сут – суточная
норма расхода горячей воды на одного
человека в общественном здании;

55 оС – температура
горячей воды;

tс = 5 оС
температура водопроводной воды;

c = 4,187кдж/кг оС
– теплоемкость воды;

ηКПД отопительной
системы.

Расчетный расход
газа городом определяется по районам
по формуле:

(2.15)

Где

суммарный
годовой расход теплоты, кДж;


низшая теплота сгорания газа;


коэффициент часового максимума
(принимается
по нормам [3] или по приложению
2 настоящих методических указаний)

Коэффициент
часового максимума определяется в
зависимости от количества жителей
методом интерполяции.

Удельный
максимальный часовой расход газа
м3/(ч*чел)
определяется по формуле:

(2.16)

Где,
Qр
–максимальный часовой расход газа
м3/ч;

N
– количество жителей в районе города,
чел.

Результаты расчета
сводятся в таблицу 5.

Таблица 5

по укрупненным показателям и другие

Содержание статьи:

Для обогрева помещения требуются отопительные приборы соответствующей мощности. Расчет тепловой нагрузки на отопление здания позволяет точно установить, какой мощности котел потребуется, какой величины радиаторы нужно ставить и какая схема отопления будет наиболее эффективной. При вычислениях учитывают много факторов.

Понятия тепловой нагрузки

Расчет теплопотерь проводят отдельно для каждой комнаты в зависимости от площади или объема

Обогрев помещения – это компенсация теплопотерь. Сквозь стены, фундамент, окна и двери тепло постепенно выводится наружу. Чем ниже температура на улице, тем быстрее происходит передача тепла наружу. Чтобы поддерживать внутри здания комфортную температуру, устанавливают обогреватели. Их производительность должна быть достаточно высокой, чтобы перекрыть теплопотери.

Тепловую нагрузку определяют как сумму теплопотерь здания, равную необходимой мощности отопления. Рассчитав сколько и как дом теряет тепла, узнают мощность отопительной системы. Суммарной величины недостаточно. Комната с 1 окном теряет меньше тепла, чем помещение с 2 окнами и балконом, поэтому показатель рассчитывают для каждой комнаты отдельно.

При вычислениях обязательно учитывают высоту потолка. Если она не превышает 3 м, выполняют расчет по величине площади. Если высота от 3 до 4 м, расход считают по объему.

Факторы, влияющие на ТН

Теплоизоляция – внутренняя или наружная – значительно снижает теплопотери

На потерю тепла влияет множество факторов:

  • Фундамент – утепленный вариант удерживает тепло в доме, неутепленный пропускает до 20%.
  • Стена – у пористого бетона или деревобетона пропускная способность намного ниже, чем у кирпичной стены. Красный глиняный кирпич лучше удерживает тепло, чем силикатный. Важна и толщина перегородки: у стены из кирпича толщиной в 65 см и пенобетона толщиной в 25 см одинаковый уровень теплопотерь.
  • Утепление – теплоизоляция существенно меняет картину. Внешнее утепление пенополиуретаном – лист толщиной в 25 мм – равно по эффективности второй кирпичной стене толщиной в 65 см. Отделка пробкой внутри – лист в 70 мм – заменяет 25 см пенобетона. Специалисты не зря утверждают, что эффективное отопление начинается с правильного утепления.
  • Крыша – скатная конструкция и утепленный чердак снижают потери. Плоская крыша из железобетонных плит пропускает до 15% тепла.
  • Площадь остекления – показатель теплопроводности у стекла очень велик. Какими бы герметичными ни были рамы, сквозь стекло тепло уходит. Чем больше окон и чем больше их площадь, тем выше тепловая нагрузка на здание.
  • Вентиляция – уровень теплопотерь зависит от производительности устройства и частоты использования. Система рекуперации позволяет несколько уменьшить потери.
  • Разница между температурой на улице и внутри дома – чем она больше, тем выше нагрузка.
  • Распределение тепла внутри здания – влияет на показатели для каждой комнаты. Помещения внутри здания остывают меньше: при расчетах комфортной температурой здесь считают величину в +20 С. Торцевые комнаты остывают быстрее – нормальной температурой здесь будет +22 С. На кухне достаточно нагревать воздух до +18 С, так как здесь много других источников тепла: плита, духовка, холодильник.

При расчетах тепловой нагрузки многоквартирного дома учитывают материал, толщину и утепление перегородок и перекрытий.

Характеристики объекта для расчета

Для дома с большими стеклопакетами нужно более интенсивное отопление

Тепловая нагрузка на отопление и потеря тепла дома – не одно и то же. Техническое здание нет надобности отапливать так же интенсивно, как жилые помещения. Прежде чем приступать к расчетам, устанавливают следующее:

  • Назначение объекта – жилой дом, квартира, школа, спортивный зал, магазин. Требования по обогреву разные.
  • Особенности архитектуры – это размеры оконных и балконных проемов, устройство крыши, наличие чердаков и подвалов, этажность здания и прочее.
  • Нормы температурного режима – для жилых комнат и офиса они разные.
  • Назначение помещения – параметр важен для производственных сооружений, так как для каждого цеха или даже участка требуется разный температурный режим.
  • Конструкция внешних ограждений – наружных стен и крыши.
  • Уровень техобслуживания – наличие горячего водоснабжения уменьшает теплопотери, интенсивно работающая вентиляция повышает.
  • Число людей, постоянно пребывающих в доме – например, воздействует на показатели температуры и влажности.
  • Количество точек забора теплоносителя – чем их больше, тем значительнее теплопотери.
  • Другие особенности – например, наличие бассейна, сауны, оранжереи или число часов, когда в здании находятся люди.

При вычислении теплопотерь в магазине или в пункте общественного питания учитывают количество оборудования, выделяющего тепло – витрин, холодильников, кухонной техники.

Виды тепловых нагрузок

При расчетах учитывают средние сезонные температуры

Тепловые нагрузки носят разный характер. Есть некоторый постоянный уровень теплопотерь, связанный с толщиной стены, конструкцией кровли. Есть временные – при резком снижении температуры, при интенсивной работе вентиляции. Расчет всей тепловой нагрузки учитывает и это.

Сезонные нагрузки

Так называют теплопотери, связанные с погодой. Сюда относят:

  • разницу между температурой наружного воздуха и внутри помещения;
  • скорость и направление ветра;
  • количество солнечного излучения – при высокой инсоляции здания и большом количестве солнечных дней даже зимой дом охлаждается меньше;
  • влажность воздуха.

Сезонную нагрузку отличает переменный годовой график и постоянный суточный. Сезонная тепловая нагрузка – это отопление, вентиляция и кондиционирование. К зимним относят 2 первых вида.

В формулах используют не кратковременные резкие изменения температуры и влажности – максимальные, а усредненные: значения, наблюдаемые за 5 самых холодных дней из 5 самых холодных зим за 50 лет.

Постоянные тепловые

Промышленное холодильное оборудование выделяет большое количество тепла

К круглогодичным относят горячее водоснабжение и технологические аппараты. Последние имеет значение для промышленных предприятий: варочные котлы, промышленные холодильники, пропарочные камеры выделяют гигантское количество тепла.

В жилых зданиях нагрузка на горячее водоснабжение становится сравнима с отопительной нагрузкой. Величина эта мало изменяется в течение года, но сильно колеблется в зависимости от времени суток и дня недели. Летом расход ГСВ уменьшается на 30%, так как температура воды в холодном водопроводе выше на 12 градусов, чем зимой. В холодное время года потребление горячей воды растет, особенно в выходные дни.

Сухое тепло

Комфортный режим определяется температурой воздуха и влажностью. Эти параметры рассчитывают, руководствуясь понятиями сухого и скрытого тепла. Сухое – это величина, измеряемая специальным сухим термометром. На нее воздействует:

  • остекление и дверные проемы;
  • солнце и тепловые нагрузки на зимнее отопление;
  • перегородки между комнатами с разной температурой, полы над пустым пространством, потолки под чердаками;
  • трещины, щели, зазоры в стенах и дверях;
  • воздуховоды вне отапливаемых зон и вентиляция;
  • оборудование;
  • люди.

Полы на бетонном фундаменте, подземные стены при расчетах не учитываются.

Скрытое тепло

Влажность помещения повышает температуру внутри

Этот параметр определяет влажность воздуха. Источником выступает:

  • оборудование – нагревает воздух, снижает влажность;
  • люди – источник влажности;
  • потоки воздуха, проводящие сквозь трещины и щели в стенах.

Обычно вентиляция не влияет на сухость помещения, однако есть исключения.

Методики расчета тепловой нагрузки на отопление здания

Чтобы рассчитать необходимую тепловую нагрузку, данные о нормах температуры и влажности берут из ГОСТ и СНиП. Там же есть сведения о коэффициентах теплопередачи разных материалов и конструкций. При расчетах обязательно учитывают паспортные данные радиаторов, отопительного котла, другого оборудования.

В вычисления включают:

  • поток тепловой энергии радиатора – максимальное значение;
  • максимальный расход за 1 час при работе отопительной системы;
  • тепловые затраты за сезон.

Приблизительное значение дает соотношение расчетных данных с площадью дома или комнат. Однако такой подход не учитывает конструкционные особенности здания.

Вычисление теплопотерь с использованием укрупненных показателей

Формула расчета теплопотерь

Метод применяют, когда точные характеристики здания невозможно установить. Чтобы рассчитать тепловую нагрузку, используют формулу.

Qот= α*qо*V*(tв-tн.р); где:

  • – удельный тепловой показатель строения по проекту или стандартной таблице. Для зданий разного назначения – жилой многоквартирный дом, гараж, лаборатория – он разный.
  • а – поправочный коэффициент, разный для разных климатических зон.
  • – внешний объем строения, м³.
  • Tвн и Tнро – температура внутри дома и снаружи.

Метод позволяет рассчитать показатели для всей постройки и для каждой зоны или комнаты. Однако формула не включает данные о теплопроводности материалов, из которых построен дом, а показатели для дерева, пенобетона и камня сильно отличаются.

Определение теплоотдачи отопительно-вентиляционного оборудования

Примерная мощность батарей исходя из площади комнат

Чтобы получить более достоверный результат, используют расчет по стенам и окнам и дополнительно вычисляют тепловую нагрузку вентиляции. Расчеты производят в несколько этапов:

  • рассчитывают площадь стен и остекления;
  • вычисляют сопротивление теплопередачи, используя данные справочника;
  • рассчитывают коэффициент по типу утеплителя – данные тоже есть в строительном справочнике, можно уточнить в паспорте изделий;
  • вычисляют уровень теплопотерь через окна;
  • расчетные величины умножают на сумму температур (внутри и снаружи здания) и получают суммарный расход тепла.

Расчет тепловой вентиляционной нагрузки выполняют по формуле Qv=c*m*(Tv-Tn), где:

  • Qv – расход тепла вентиляцией;
  • с – теплоемкость воздуха;
  • m – масса воздуха: в среднем для нормальной вентиляции необходим объем воздуха, равный утроенной квадратуре комнаты; массу получают, умножив величину на плотность воздуха;
  • Tv-Tn – разница между внешней и внутренней температурой.

Общий показатель получают, просуммировав расчетные теплопотери здания и потери через вентиляцию.

Вычисление значений с учетом различных элементов ограждающих конструкций

Обследование зданий тепловизором позволяет отыскать утечки тепла, влажные места в комнатах

Если для расчетов использовать теоретические данные – показатели по теплопотерям каждого материала – результат все равно оказывается не совсем точным. В вычислениях невозможно учесть количество и величину трещин и зазоров, работу освещения и прочее.

Самый точный результат обеспечивает тепловизионное обследование здания. Выполняется процедура в темное время суток, при выключенном освещении. Рекомендуют убрать на время ковры и мебель, чтобы не искажать показания.

Обследование выполняют в 3 этапа:

  • с помощью тепловизора изучают помещение изнутри, тщательно обследуют углы и стыки;
  • измеряют потери снаружи – так учитываются все особенности материалов и архитектуры;
  • данные прибора переносят в компьютер, рассчитывают результат.

По итогам обследования составляют рекомендации: по утеплению, реконструкции, выбору отопительных приборов.

Современные котлы оборудуются регуляторами мощности. Это устройства, которые поддерживают производительность на установленном уровне, но предупреждают скачки и провалы во время работы. На использование энергоресурсов существуют лимиты: при превышении установленного значения плата за газ или электричество увеличивается. РТН ограничивает расход энергии топлива.

W3. Расчеты годового расхода теплоты на отопление

Автор – В. В. Савенко.  Дата публикации – 18.03.2018.

Для отапливаемых зданий и сооружений требуется проводить расчеты расходов теплоты за различные промежутки времени, чаще всего за месяц или отопительный период (год). Одна из предлагаемых для этого в нормативном документе (НД) расчетных зависимостей рассмотрена в работе [1], показана ее ошибочность, оценены величины возможных ошибок в результатах расчетов и предложен исправленный вариант зависимости. С тех пор в Украине и России появились новые НД с разными методиками расчетов годового потребления энергии зданиями и сооружениями. Представляется, что эти методики не лишены недостатков, а их разнообразие требует осмысления. В данной статье проведен анализ методик расчета годового расхода теплоты на отопление зданий из НД, появившихся после СНиП 2.04.05-91. При этом методики рассматриваются укрупненно, на уровне структуры расчетной зависимости и определения основных величин, многие подробности расчетов отдельных составляющих не затрагиваются совсем.

Как показал анализ, в рассмотренных формулах из различных НД имеются неточности и ошибки, они содержат расчетные зависимости, противоречащие физическому смыслу описываемых процессов. От многих из этих недостатков можно избавиться, если годовой расход теплоты определять, как алгебраическую сумму отдельных составляющих годовых потерь или притоков теплоты. При этом составляющие следовало бы рассчитывать по формулам вида (5), (6), (7). В этом случае можно полностью избавиться от несуществующих показателей описываемых процессов, а расчетные формулы остаются неизменными для отдельных помещений (расчетных зон), для здания в целом, для разных промежутков времени.

Рассмотренные методики имеют еще один общий недостаток, который представляется существенным и заключается в следующем.

Для выбора отопительных приборов необходимо применительно ко всем отапливаемым помещениям рассчитывать все имеющиеся потери теплоты и теплопритоки с обязательным определением приведенных сопротивлений теплопередаче для всех ограждающих конструкций. Для выбора параметров централизованной системы отопления и мощности теплогенератора автономной системы рассчитывают также мощность системы отопления здания. Анализ известных методик таких расчетов приведен в [12]. Было бы правильным результаты названных расчетов использовать в максимальной степени при определении годовых расходов теплоты. Однако в рассмотренных методиках расчетов годовых или за месяц расходов теплоты нет даже упоминания об этом, в том числе в пределах одного НД. Например, в [6] одна и та же методика определения коэффициента теплопередачи через ограждающие конструкции приведена дважды на разных страницах, относящихся к расчетам тепловых потоков и годовых расходов теплоты.

Такая ситуация может быть легко исправлена, если в методике годовых расходов теплоты использовать параметры, которые уже были рассчитаны при определении тепловых потоков. В первую очередь это относится к расчетам сопротивлений теплопередаче ограждающих конструкций. Если пойти еще дальше, то расчеты годовых расходов теплоты, расходов за месяц или другой промежуток времени должны полностью опираться на результаты расчетов тепловых потоков в здании.

Общий вывод из проведенного анализа состоит в том, что внесенные в нормативные документы расчетные формулы для определения годового расхода теплоты на отопление и вентиляцию содержат неточности и ошибки. Из-за этого результаты расчетов могут существенно отличаться от достоверных. Указанные формулы имеют и другие недостатки по построению и содержанию. Показано, что многие из недостатков могут быть устранены простым путем за счет изменения структуры исходной расчетной зависимости.

Кроме того, расчеты тепловых потоков в отапливаемых зданиях и годового расхода теплоты разобщены, хотя взаимосвязь между ними очевидна. Это происходит даже в пределах одного НД. С учетом названной взаимосвязи предложена другая методика расчетов годового расхода теплоты. Методика основана на использовании расчетных тепловых потоков и средней за отопительный период температуры наружного воздуха. Расчеты по этой методике становятся более простыми, достоверность расчетных показателей легко контролируется по мощности отопительных приборов и системы отопления. Вместе с рекомендованной ранее методикой расчетов тепловых потоков в здании предложенная методика позволяет определять комплекс показателей для оценки энергетической эффективности системы отопления.

…………………………………Полный текст

Как рассчитать отопление цеха? Как рассчитать расход тепла на отопление склада?

Пример расчет расхода тепла на отопление цеха (склада) и энергосбережение смотри, здесь.

Лучистая  тепловая  нагрузка —  это количество инфракрасной энергии, необходимое для отопления данной области; это выражается в кВт на квадратный метр (кВт / м 2).

Расчет тепла на отопление

Наш онлайн калькулятор лучистого отопления произведет расчет необходимой лучистой тепловой нагрузки для помещения с учетом его размеров и строительных материалов.  Итоговый отчет содержит сравнение энергозатрат и тепловую нагрузку для лучистых обогревателей и тепловых пушек.

Для ручного расчета расхода тепла на отопление на здание, необходимо определить его площадь (в квадратных метрах) и умножить на коэффициенты, приведенные в таблице ниже:

Коэффициент лучистой энергии длинноволновых обогревателей Билюкс
Тип здания Коэффициент усиления
Небольшое здание с хорошей изоляцией или подвесной потолок 0. 08
Большая комната или зона с хорошей изоляцией, до 3 метров высота потолков 0.1
Плохо изолированная зона с высоким потолком и бетонный пол 0.15
Неизолированные здание, где требуется разумный уровень комфорта 0.2
Основное отопления в большом здании или конференц-зале 0.25
Зоны нагрева для области практически без отопления 0.45

 

Как рассчитать отопление

Шаг первый

Вычислить площадь для отопления в квадратных метрах.

Площадь (м2) = Длина (м) х Ширина (м)

Шаг второй

Из приведенной выше таблицы, выберите фактор, который наиболее близко соответствует тип здания.

Тепловая нагрузка (кВт) = площадь (м2) X Коэффициет усиления

Шаг третий

Выберите  Инфракрасные обогреватели , которые соответствуют или незначительно превышают необходимую тепловую нагрузку.

Практические соображения

Для равномерного распределения тепла лучше использовать несколько меньшей мощности. Инфракрасные обогреватели установлены на противоположных стенах лучше, чем один — но большой мощности. См. схемы оптимального распределения лучистой энергии установка инфракрасных обогревателей (стр. 60).

Пример расчета системы отопления

Небольшой промышленный цех  должен быть отоплен с использованием инфракрасных  обогревателей  Билюкс.  Здание состоит из двух областей. Основная область (А,В), в которой большие ворота, которые часто остаются открытыми, и меньшая область офисных площадей (С).

Как рассчитать отопление

Для целей оптимального расчета лучистой тепловой нагрузки Основная площадь цеха была разделена кирпичной перегородкой на две части, помеченные буквой (А) и (В) на чертеже. Это сделано, чтобы не расходовать энергию на дополнительный обогрев, чтобы противодействовать сквознякам.

Клиент хочет знать эксплуатационные расходы Инфракрасных обогревателей. Сколько он заплатит за  электроэнергию, при стоимости одной единицы электроэнергии  0,80 грн за кВт/час.

Лучистая тепловая нагрузка для зоны (А):

Площадь (A) = 5 м х 5 м = 25м2

Коэффициент  для Зоны нагрева (А) выбирается из таблицы  с учетом дополнительного тепла для компенсации в воротах.

Тепловая нагрузка на площадь (А) = 25 х 0,45 = 11.25kW

Три обогревателя Билюкс П4000 по 4 кВт.

Расчет тепловой нагрузки для района (В)

Площадь (B) = 10 х 5 м = 50м2

Площадь (В) плохо изолированных с бетонным полом, так что из таблицы коэффициент в размере 0,15 выбран.

Тепловая нагрузка на площадь (B) = 50 х 0,15 = 7,5 кВт

Для того, чтобы обеспечить равномерное распределение тепла четыре П2000 потолочные Инфракрасные обогреватели выбраны.

Радиант тепловой нагрузки для района (С)

Площадь (С) = 5 м х 5 м = 25м2

Площадь (С) хорошо изолирована и высота потолка 2,5 м, поэтому коэффициент выбран 0,1 .

Тепловая нагрузка на площадь (C) = 25 х 0,1 = 2,5 кВт

Поскольку Инфракрасные обогреватели работают лучше всего, когда они расположены вдоль наружных стен и на противоположных стенах — выбраны два Б1350.

 

Для промышленного отопления цеха с общей лучистой тепловой нагрузкой 21.25kW использовано 8 потолочных Инфракрасных обогревателей, которые можно крепить на стене под углом 30°.

 

Почасовая эксплуатация расходов

Для расчета эксплуатационных расходов в час, необходимо сложить мощность лучистых нагревателей и умножить на стоимость единицы электроэнергии.

Всего лучистая Мощность нагрева = (2 х 6) + (4 х 2) + (2 х 1,5) = 23KW

Эксплуатационных расходов в час = 23 х 0,8 = 18,4 грн/час

Фактических эксплуатационных расходов, будет меньше. Выбрав Системы контроля и терморегуляции, потолочные Инфракрасные обогреватели  будут включены в случае необходимости. *После прогрева пола и стен — они будут работать 1/3 часа или 30% отопительного периода.

Также эксплутационный расход за отопительный сезон, можно расчитать по формуле:

Е = Эксплуатационных расходов в час Х количество часов Х количество дней отопительного периода Х 0,3* Х 0,5**

Лучистое отопление является очень экономичным

      Лучистый обогрев является недорогим для установки и запуска. Это идеальное решение для промышленных зданий, с высокими потолками, открытыми воротами, большими потерями тепла и т.д. Так как его лучи могут быть направлены именно туда, где это необходимо, энергия не тратится на отопление неиспользуемых площадей. При использовании энергосберегающих приборов управления, которые в свою очередь заставляют Инфракрасные обогреватели включаться только тогда, когда это необходимо – эксплуатационные расходы сведены к минимуму.  Для получения дополнительной информации см. длинноволновое лучистое отопления.

 

Основы градусных дней нагрева и охлаждения, часть 1

Предположим, вы поработали над своим домом, чтобы сделать его более энергоэффективным — герметизация, дополнительная изоляция чердака и модернизация системы воздуховодов. У вас есть счета за электроэнергию за 12 месяцев до и 12 месяцев после того, как вы выполнили работу, и теперь вы хотите узнать, сколько энергии вы сэкономили. Итак, вы садитесь со счетами за все 24 месяца за коммунальные услуги, переводите все в общую единицу, если вы используете более одного вида топлива, и смотрите на цифры.Однако, если вы не примете во внимание другой важный фактор, вы можете прийти к неверным выводам.

Вы не можете просто сравнить общее количество энергии, которое вы израсходовали за год до и год после того, как вы внесли улучшения. Оказывается, погода меняется из года в год, поэтому аномально теплая зима до благоустройства, за которой следует действительно холодная зима после работы, может привести к тому, что ваш дом будет использовать еще больше энергии, чем раньше. Но если вы сделаете поправку на разницу в погоде, вы сможете увидеть эффекты повышения энергоэффективности.

Вот здесь-то и появляются градусные дни нагрева и, в меньшей степени, градусные дни охлаждения.

Что такое день получения степени?

Градус-день — это комбинация времени и разницы температур (ΔT). Основная идея заключается в том, чтобы дать вам представление о том, сколько отопления или охлаждения может потребоваться зданию. Упор на «мощь» есть. Градусные дни — это всего лишь оценка потребностей в обогреве и охлаждении, и мы рассмотрим некоторые из причин, по которым вам нужно держать их в правильном ракурсе.

Хорошей отправной точкой является упрощенное уравнение для теплового потока, показанное ниже.

Теперь это уравнение фактически дает вам скорость теплового потока. В имперской системе единиц, которую мы используем здесь, в США, результат будет в БТЕ / час. Итак, если мы умножим эту скорость на количество времени, как показано во втором уравнении, мы получим количество теплового потока в BTU:

Да, я знаю, что оба уравнения здесь используют одну и ту же переменную, Q , для скорости теплового потока и количества теплового потока. Первое уравнение обычно имеет точку над Q в книгах по физике или инженерии, но давайте не будем обращать на это внимание и перейдем к главному.

Если мы возьмем коэффициент (ΔT x t) в конце второго уравнения и используем соответствующую базовую температуру, мы можем назвать комбинацию градусо-дней. Например, в США мы обычно используем базовую температуру 65 ° F при расчете градусо-дней отопления. (Подробнее об этом в части 2 этой серии, посвященной градусным дням.) Если температура остается постоянной на уровне 64 ° F в течение одного полного дня, это даст нам один градусный день нагрева (HDD).Если в течение дня будет температура 60 ° F, мы получим 5 HDD.

Понял? Это просто разница между температурой наружного воздуха и базовой температурой, умноженная на время достижения этой температуры. Многие источники градусо-дней используют среднесуточную температуру. Вместо постоянного значения выше 64 ° F или 60 ° F, вы получите тот же результат, если средняя дневная температура составляет 64 ° F или 60 ° F.

Лучше использовать средние почасовые температуры. Использование средней минутной (это слово?) Температуры приблизит вас еще больше.(Если у вас есть какие-то вычисления, вы знаете, к чему это приведет, верно?) Чем меньше вы можете сделать эти временные интервалы, тем точнее будет ваш результат для градусо-дней. (Хорошо, любители исчисления, мы не идем до конца. Извините. В качестве упражнения читателю остается вычислить сумму Римана с вашими данными температуры и самостоятельно ограничить размер интервалов до нуля.)

Когда мы объединяем ΔT и t таким образом, мы можем подставить в уравнение градусо-дни (HDD, CDD или общий DD).Так как он используется чаще, давайте посмотрим на него для градусо-дней нагрева:

Это форму уравнения, которое я использовал в своей недавней статье об уменьшающейся отдаче от добавления дополнительной изоляции.

Для чего нужны дипломные дни?

Я уже упоминал об одном из вариантов использования дней на получение степени, но давайте продолжим и составим здесь список.

  • Нормализация использования энергии при изменении погоды. Это то, о чем я говорил выше и проиллюстрирую ниже.Если вы улучшите свой дом с точки зрения энергоснабжения, дни получения степени помогут вам обнаружить реальный эффект этих улучшений.
  • Сравнение одного климата с другим. Градус-дни — одна из важных мер. Другое — расчетные температуры.
  • Сравнение энергоэффективности одного дома с другим в другом климате. Так же, как вы можете приспособиться к погодным изменениям в одном месте, вы можете почувствовать различия в энергоэффективности домов в разных климатических условиях.

Когда мы рассмотрим пример из раздела об использовании дней на получение степени, я думаю, вы увидите

Получение степени

дней

Мой любимый сайт для создания учебных дней — DegreeDays.net. Он позволяет генерировать градусо-дни для любой базовой температуры, которую вы хотите использовать. (См. Обсуждение этого вопроса в части 2 этой серии.) Я отслеживал градусные дни отопления в Атланте по данным DegreeDays.net за предыдущие семь лет, и вот мой график:

Вы можете найти дни получения степени и в других местах.На веб-сайте Weather Underground есть масса данных о погоде, включая градусные дни. Перейдите на их страницу под названием «Историческая погода» и введите свое местоположение и дату. После того как вы получите данные, вы можете выбрать разные временные рамки, чтобы видеть более одного дня за раз.

Я предпочитаю DegreeDays.net, потому что они основывают свои расчеты не только на средней дневной температуре. (Я объясню в части 2.) Также легче получить то, что вы хотите, если вы хотите получить ученую степень.

Использование дней

Допустим, ваш гипотетический дом находится в Атланте, и вы выполнили работу летом 2013 года.Затем вы загружаете мою таблицу и определяете свое общее потребление энергии за эти два года. Давайте просто посмотрим, как это влияет на счета за отопление зимой. Вот цифры за период с ноября по март до и после улучшения:

Год кВтч
2012-13 43328 кВтч
2013-14 40 987 кВтч

Снижение энергопотребления — это разница между двумя числами, или 2 341 кВтч.При цене 0,12 доллара США за кВт · ч экономия составляет около 281 доллара США в год. На самом деле, это даже хуже, чем может показаться на первый взгляд, потому что значительная часть этих киловатт-часов была фактически за счет природного газа, а в наши дни газ действительно дешев. Это снизит годовую экономию до уровня ниже 200 долларов, что сделает окупаемость инвестиций не столь привлекательной. (Конечно, фактическая окупаемость инвестиций включает в себя больше, чем финансовую отдачу. При хорошей модернизации дома ваш дом также станет более комфортным и здоровым.)

Тем не менее, нам все еще нужно учитывать изменения погоды от года к году. Если мы расширим таблицу, включив в нее градусо-дни нагрева и некоторые расчеты на его основе, мы получим:

Год кВтч % Изменение Жесткий диск кВтч / HDD % Изменение Нормированный кВтч
2012-13 43,328 2 775 15,61 46 518
2013-14 40 987 -5.4% 3 372 12,16 -22,1% 36 237

Вот где проявляется сила нормализации. Если вы посмотрите только на сокращение киловатт-часов, это выглядит как сокращение на 5,4%. Однако, если мы нормализуем ситуацию с более холодной зимой после улучшения, вы увидите, что мы действительно снизили потребление на 22,1%.

Последний столбец в приведенной выше таблице, Нормализованный кВтч , получен путем умножения количества кВтч / HDD на среднее количество жестких дисков в год.Я использовал 2980 HDD для Атланты.

Это работает и в другом направлении. Если после улучшения погоды погода мягче, чем была раньше, вы можете подумать, что получили больше пользы, чем на самом деле, если посмотрите только на изменение потребления без нормализации к градусо-дням.

Это не единица времени

Многие люди сбивают с толку то, что «градусные дни» звучат как единица времени. Это не. Вот почему у нас может быть 5 дней нагрева в один день и более 365 дней в году.В Атланте, штат Джорджия, ежегодно бывает около 3000 градусо-дней тепла (базовая температура 65 ° F).

Это не единица времени. Это комбинация времени и температуры: ΔT x t.

Осложняющие факторы

В части 2 мы продолжим обсуждение базовой температуры и некоторых других усложняющих факторов. Если вы хотите читать дальше, ознакомьтесь со статьей Degree Days — Обращайтесь с осторожностью! , на сайте Energy Lens.

Несмотря на усложняющие факторы и ограничения, дипломные дни — весьма полезное изобретение.Независимо от того, являетесь ли вы домовладельцем, который просто пытается разобраться в своих счетах за электроэнергию, или профессиональным специалистом в области энергетики, который хочет знать все, может быть полезно понять, как они рассчитываются и что они делают.

Статьи по теме

Снижение отдачи от добавления дополнительной изоляции

Какой у вас номер энергоэффективности?

Мы на 99% — расчетные температуры и негабаритные системы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха

Фотография термометра, сделанная Райаном Ригби с сайта flickr.com, используется по лицензии Creative Commons.

Сноска

† Чтобы обеспечить правильный тепловой поток, вы должны использовать полномасштабное уравнение в частных производных (показанное ниже), потому что указанные выше переменные фактически изменяются в меньшем масштабе, чем вся сборка. Инструмент гигротермического моделирования, WUFI, решает полное уравнение численно и дает вам много возможностей для управления входными данными … и множество возможностей получить неверные ответы, если вы не знаете, что делаете.Упрощенная форма выше подходит для многих вещей.

ПРИМЕЧАНИЕ: Комментарии модерируются. Ваш комментарий не будет отображаться ниже, пока не будет одобрен.

Временные ряды потребности в тепле и эффективности теплового насоса для моделирования энергосистемы

В этом разделе описывается методология, лежащая в основе набора данных When2Heat. Сначала вводятся данные, которые служат входными данными для расчета как потребности в тепле, так и временного ряда COP.Далее подробно представлены процедуры, применяемые для подготовки временных рядов потребности в тепле и временных рядов COP, соответственно. Наконец, указывается доступность кода.

Входные данные

Временные ряды настоящего набора данных основаны на данных о погоде из архива ERA-Interim, глобального атмосферного реанализа, проведенного Европейским центром среднесрочных прогнозов погоды (ECMWF) 11 . Используются следующие параметры:

Температурные параметры извлекаются за период с 2008 по 2018 год с шестичасовым временным разрешением, а данные скорости ветра извлекаются за все доступные годы (1979–2018 годы) с месячным разрешением.Все параметры имеют пространственную сетку 0,75 × 0,75 °, что эквивалентно прибл. 28 × 17 км. Что касается скорости ветра, то для каждого местоположения определяется среднее значение всех отопительных периодов с октября по апрель с 1979 по 2018 год, что позволяет классифицировать их на «нормальные» и «ветреные» в следующих местах.

Для пространственного агрегирования местные временные ряды взвешиваются с использованием геоданных населения из набора данных Eurostat GEOSTAT (http://ec.europa.eu/eurostat/web/gisco/geodata/reference-data/population-distribution-demography/geostat ).Эти данные изначально имеют разрешение 1 км² и, таким образом, изначально отображаются на сетке 0,75 × 0,75 ° данных ERA-Interim. Для окончательного масштабирования профилей спроса годовые данные о конечном потреблении энергии для отопления помещений и нагрева воды в жилых и нежилых зданиях извлекаются из базы данных ЕС по зданиям (http://ec. europa.eu/energy/en/ eu-Building-database).

Временной ряд потребности в тепле

Временные профили потребности в тепле определяются тремя факторами: погодными условиями, свойствами здания и поведением людей.Его расчет может выполняться либо статистическими методами, включая стандартные и эталонные профили нагрузки, либо физическими подходами (для обзора см. Fischer et al . 12 ). Для набора данных When2Heat была выбрана немецкая статистическая методология расчета стандартных профилей нагрузки на газ, которая постоянно используется поставщиками газа для потребителей, не имеющих ежедневного учета. Профили явно относятся к обогреву помещений и воды, и предполагается, что (1) работа газового котла соответствует первоначальной потребности в тепле и (2) здания с газовым отоплением являются репрезентативными для всего строительного фонда.

Методология стандартного профиля нагрузки газа была представлена ​​BGW 7 и обновлена ​​BDEW 8 . {\ circ} C + {b} _ {вода} \ end {array} \ right \}, $$

(2)

с T 0 = 40 ° C .BDEW 8 представляет наборы параметров функции профиля, A, B, C, D , м пространство , b пространство , м вода , b вода , для различных типов зданий, а именно для односемейных домов, многоквартирных домов и коммерческих зданий. Параметры для более или менее чувствительных к температуре профилей предоставляются для различных региональных погодных условий, которые связаны с местной скоростью ветра 7 .Таким образом, все местоположения сгруппированы на основе усредненных данных скорости ветра ERA-Interim: для средних значений выше 4,4 м / с применяются сигмовидные функции для «ветреных» местоположений. В противном случае локации относятся к «нормальной» категории. На рис. 4 показан набор функций результирующего профиля.

Рис. 4

Коэффициенты суточной потребности в тепле в зависимости от эталонной температуры. Примеры функций профиля для односемейных домов (SFH), многоквартирных домов (MFH) и коммерческих зданий (COM), а также для односемейных домов в ветреных местах (SFH_windy).Кроме того, отображаются коэффициенты суточной потребности в отоплении воды для частных домов (SFH_water).

Часовой временной ряд спроса выводится для каждого местоположения из дневных значений с помощью почасовых факторов спроса. BGW 7 представляет эти коэффициенты для различных типов зданий, десяти различных диапазонов температур и — в случае коммерческих зданий — различных дней недели (см. Стр. 55 для одно- и многоквартирных домов и стр. 85–86 для коммерческих зданий) . Обратите внимание, что разные классы различаются долей старых построек и типом торговли, но здесь учитывается средний показатель по Германии.Эти факторы спроса можно интерпретировать как почасовые доли ежедневного спроса, то есть они составляют 100% в день. { ref} + {b} _ {water} \), связаны с расходом газа на нагрев воды.{\ circ} C \ end {array} \ right. $$

(3)

Что касается почасовых факторов спроса, то в BGW 7 нет такого явного различия между обогревом помещений и воды. Однако, если предположить, что при высоких температурах окружающего воздуха обогрев помещений не происходит, почасовые коэффициенты потребления для самого высокого диапазона температур (выше 25 ° C) связаны с нагревом воды. Следовательно, суточные коэффициенты нагрева воды умножаются на коэффициенты почасовой потребности при высоких температурах (включая коэффициенты рабочих дней для коммерческих зданий) для расчета временных рядов потребности в нагреве воды для каждого типа здания.Потребность в отоплении помещения рассчитывается как разница между общей потребностью в тепле и потребностью в нагреве воды. Таким образом, летом при почасовом разрешении возникают некоторые отрицательные значения, которые установлены на ноль.

Наконец, результирующие временные ряды пространственного спроса взвешиваются с использованием геоданных Евростата по населению, агрегируются по странам и нормализуются к среднему годовому спросу в 1 ТВт. Таким образом, погодные изменения за год приводят к тому, что точная годовая сумма нормализованного временного ряда колеблется около одного ТВтч.Для 2008–2013 годов, данные по которым доступны из базы данных ЕС по зданиям, профили дополнительно масштабируются с учетом годового конечного потребления энергии для отопления. Для жилого сектора временные ряды спроса на одно- и многоквартирные дома агрегированы с учетом соотношения 70:30. После масштабирования временные ряды для жилого и нежилого секторов агрегируются для отопления помещений и нагрева воды отдельно. Затем конечное потребление энергии для отопления преобразуется в полезную потребность в тепле, предполагая, что средняя эффективность преобразования равна 0.9, а временные ряды скорректированы с учетом перехода на летнее время и разных часовых поясов. Временные ряды по отоплению помещений и водонагревателей в конце агрегируются, но отдельные временные ряды также включаются в набор данных.

Временной ряд COP

COP тепловых насосов обычно зависит от температуры и условий теплопередачи на источнике тепла и на радиаторе, которые, в свою очередь, связаны с техническими характеристиками и изменяющимися погодными условиями.

Температурная зависимость COP для термодинамически идеального процесса описывается КПД Карно, который может быть уменьшен с коэффициентом качества для моделирования реальных процессов теплового насоса 13 .{2}, & WSHP \ end {array} \ right. $$

(4)

Для простоты ASHP с регулируемой скоростью не учитывались в регрессии, то есть включены только двухпозиционные модулирующие тепловые насосы. Обратите внимание, что эта лабораторная параметризация COP скорректирована с учетом реальных недостатков в следующем.

Рис. 6

Расчет кривых COP. Квадратичные регрессии выполняются по данным производителя 9 , различая тепловые насосы с воздушным источником (ASHP), тепловые насосы с грунтовым источником (GSHP) и тепловые насосы с грунтовыми водами (WSHP).{источник}. $$

(5)

В зависимости от температуры источника различают разные типы тепловых насосов. Для ASHP напрямую используется температура окружающего воздуха из набора данных ERA-Interim. Для GSHP данные производителя относятся к температуре рассола, а не к температуре грунта. Чтобы учесть передачу тепла от земли к рассолу, разница температур в 5 К вычитается из температуры грунта ERA-Interim. Для WSHP учитываются постоянная температура 10 ° C и разница температур 5 K для возможных промежуточных теплообменников.{amb}, & пол \, отопление \ end {array} \ right. $$

(6)

В случае водяного отопления предполагается постоянная температура радиатора 50 ° C в соответствии с немецкими полевыми измерениями 10 .

Рис. 7

Расчет кривых нагрева. Собственные предположения сравниваются с литературными данными из Fischer et al . 14 и Набэ и др. . 15 , различающие радиаторы и системы теплого пола.HT: высокотемпературный; LT: низкотемпературный.

С помощью этих средних кривых нагрева вычисляются нереалистично малые перепады температур при относительно высоких температурах наружного воздуха. Чтобы избежать этого, вводится минимальная разница температур в 15 К, что соответствует данным производителя (рис. 6).

Результирующие пространственные временные ряды COP, COP h, l , агрегируются в национальные временные ряды, COP h, c , для каждой страны, c , используя следующее уравнение :

$$ CO {P} _ {h, c} = \ frac {{\ dot {Q}} _ {h, c}} {{P} _ {h, c}} = {\ dot {Q }} _ {h, c} {\ left (\ sum _ {l} \ frac {{\ dot {Q}} _ {h, l}} {CO {P} _ {h, l}} \ right) } ^ {- 1}, $$

(7)

где \ ({\ dot {Q}} _ {h, l} \) и \ ({\ dot {Q}} _ {h, c} \) обозначают временные ряды пространственного и национального спроса на тепло, которые рассчитывается, как описано выше. P h, c — потребление электроэнергии тепловыми насосами в стране. Для простоты временные ряды COP не различают разные типы зданий, и здесь используется сумма нормализованных временных рядов спроса на тепло для разных типов зданий. Временные ряды COP для систем напольного и радиаторного отопления пространственно агрегированы по отношению к временным рядам потребности в отоплении помещения, тогда как временные ряды COP для водяного отопления пространственно агрегированы с использованием временных рядов потребности в водяном отоплении.

Постоянный поправочный коэффициент применяется ко всем временным рядам COP для учета таких реальных эффектов. Как показано в разделе «Техническая проверка», полученные временные ряды COP значительно отличаются от полевых измерений. Это можно объяснить предположением, что данные производителя, которые используются для регрессии кривой COP, получены в идеальных условиях эксплуатации, и в реальных условиях будут возникать дополнительные потери. Например, идеальные условия предполагают установившуюся работу при полной нагрузке, тогда как в реальном мире регулировка работы теплового насоса в соответствии с текущими потребностями будет сопряжена с потерями.Дальнейшая неэффективность может возникнуть из-за откачки грунтовых вод для WSHP и рассола для GSHP. Величина поправочного коэффициента установлена ​​на 0,85, что соответствует полевым измерениям от Günther et al . 10 .

(PDF) Оценка потребности здания в энергии для отопления и охлаждения; Упрощенная модель и модифицированный подход к градусо-дням

18

[21] Кроули Д. Б., Хэнд Дж. В., Куммерт М., Гриффит Б. Т. Сопоставление возможностей программ моделирования энергоэффективности зданий

.Сборка Environ. 2008; 43, 661-73.

[22] Бойер Х., Шабриат Дж. П., Грондин-Перес Б., Турран С., Брау Дж. Тепловое моделирование здания и компьютер.

генерация узловых моделей. Сборка Environ. 1996; 31, 207-14.

[23] Хадсон Дж. , Андервуд С. П. Простая процедура моделирования для Matlab / Simulink. Труды IBSPA

Building Simulation. Киото, 1999 г .; 776-83.

[24] Мендес Н., Оливейра Дж. Х. К., де Араджу Х. Х. Анализ тепловых характеристик здания с использованием Matlab / Simulink.7-я

Международная конференция IBPSA. Рио-де-Жанейро, 2001 год; 473-80.

[25] Нильсен Т. Р. Простой инструмент для оценки энергопотребления и внутренней среды на ранних этапах проектирования здания.

Sol Energy 2005; 78, 73-83.

[26] Крабб Дж., Мердок Н., Пеннман Дж. Упрощенная модель теплового отклика. Build Serv Eng Res T 1987; 8, 13-9.

[27] Дорманд Дж. Р., Принц П. Дж. Семейство вложенных формул Рунге-Кутты. J. Comp. Appl. Математика, 1980; 6, 19-26.

[28] UNI EN 15251, «Входные параметры внутренней среды для проектирования и оценки энергетических характеристик зданий

, касающихся качества воздуха в помещении, тепловой среды, освещения и акустики», UNI, Италия, 2008.

[29] Energy Plus. Ссылка на EnergyPlus Calculations, 2012.

[30] Капуто П., Коста Дж., Занотто В. Раппорто подтвердил достоверность по модулю составленного отчета ENEA RdS / 2011/33 (2011)

(на итальянском языке), ENEA. www.enea.it/it/Ricerca_sviluppo/documenti/ricerca-di-sistema-elettrico/efficienza-energetica-

servizi / rds-33.pdf (последний раз доступ: 21.12.2013).

[31] Wheather Data, Министерство энергетики США,

http://apps1.eere.energy.gov / Buildings / energyplus / weatherdata_about.cfm (последний раз доступ: 21.12.2013).

[32] Эйкер У. Солнечные технологии для зданий. Чичестер: Джон Вили и сыновья, 2003.

[33] Язданиан М., Келмс Дж. Х. Измерение коэффициента внешней конвективной пленки для окон в малоэтажных зданиях

. ASHRAE Transactions 1994; 100, 1087.

[34] Booten C, Kruis N, Christensen C. Выявление и решение проблем в EnergyPlus и DOE-2 Window Heat

Расчеты передачи.Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии, Голден CO (США), 2012. Технический отчет NREL / TP-

5500-55787.

[35] Паливос Дж. А. Обзор корреляций коэффициента ветровой конвекции для моделирования энергетических систем ограждающих конструкций.

Appl Therm Eng, 2008; 28, 801-8.

[36] Николь К. Энергетический баланс внешней поверхности окна, Инувик, Нью-Йорк, Канада. Сборка и окружающая среда. 1977; 12,

215-19.

[37] Перес Р., Инейхен П., Силз Р., Михалски Дж., Стюарт Р.Моделирование доступности дневного света и компонентов освещенности

от прямого и глобального излучения. Sol Energy. 1990; 44, 271,89.

Приложение A

Расчет коэффициента конвективной теплопередачи

Оценка затрат и эффективности водонагревателей для хранения, потребления и теплового насоса

Прежде чем вы сможете выбрать и сравнить стоимость различных моделей, вам необходимо определить правильный размер водонагреватель для вашего дома. Если вы еще этого не сделали, см. Определение размера нового водонагревателя. Чтобы оценить годовые эксплуатационные расходы на водонагреватель для хранения, потребления (без резервуара или мгновенный) или с тепловым насосом (не с геотермальным тепловым насосом), вам необходимо знать следующее о модели:

  • Коэффициент энергии (EF) (см. Выше )
  • Тип и стоимость топлива (текущие расценки могут предоставить местные коммунальные предприятия)

Затем используйте следующие расчеты:

Для газовых и масляных водонагревателей

Вам необходимо знать удельную стоимость топлива в британских тепловых единицах (британских тепловых единицах). единица) или терм.(1 терм = 100000 БТЕ)

365 X 41045 ÷ EF X Стоимость топлива (БТЕ) ​​= оценочная годовая стоимость эксплуатации

OR

365 X 0,4105 ÷ EF X Стоимость топлива (терм) = оценочная годовая стоимость эксплуатации

Пример: водонагреватель на природном газе с EF 0,57 и стоимостью топлива 0,00000619 долл. США / британская тепловая единица

365 X 41045 / 0,57 X 0,00000619 долл. США = 163 долл. США

Для электрических водонагревателей, включая тепловые насосы

или преобразовать удельную стоимость электроэнергии в киловатт-час (кВтч).

365 дней в году x 12,03 кВтч / день ÷ EF x Стоимость топлива ($ / кВтч) = годовая стоимость эксплуатации

Пример: водонагреватель с тепловым насосом с EF 2,0 и стоимостью электроэнергии 0,0842 доллара США / кВтч

365 X 12,03 ÷ 2,0 X 0,0842 доллара США = 185

долларов США. Потребление энергии в день в приведенных выше уравнениях основано на процедуре испытания DOE для водонагревателей, которая предполагает температуру входящей воды 58 ° F, температуру горячей воды 135 ° F , и общее производство горячей воды 64,3 галлона в день, что является средним потреблением для семьи из трех человек.

Сравнение затрат и определение окупаемости

Когда вы узнаете стоимость покупки и годовые эксплуатационные расходы моделей водонагревателей, которые хотите сравнить, вы можете использовать приведенную ниже таблицу, чтобы определить экономию затрат и окупаемость более энергоэффективной модели (моделей). ).

Модели Цена водонагревателя EF Расчетные годовые эксплуатационные расходы
Модель A
Модель B (EF выше)
Дополнительная стоимость более эффективной модели (Модель B) Цена модели B — Цена модели A = $ Дополнительная стоимость модели B

Расчетная годовая экономия эксплуатационных расходов (Модель B )

Годовые эксплуатационные расходы модели B — Годовые эксплуатационные расходы модели A = $ Экономия затрат модели B в год

Срок окупаемости для модели B

$ Дополнительные расходы Экономия затрат Модели B / $ Модель B в год = Срок окупаемости / лет

9 0048 Пример:

Сравнение двух газовых водонагревателей с местной стоимостью топлива. 60 за терм.

Модели Цена водонагревателя EF Расчетные годовые эксплуатационные расходы
Модель A $ 165 .54 $ 166
Модель B $ 0,58 $ 155
Дополнительная стоимость более эффективной модели (модель B) 210-165 долларов = 45
Расчетная годовая экономия эксплуатационных расходов (модель B) 166 долларов — 155 долларов = 11 долларов в год
Срок окупаемости для модели B 45 долларов / 11 долларов в год = 4.1 год

3.12: Расчет энергии и теплоемкости

Цели обучения

  • Связать теплопередачу с изменением температуры.

Тепло — знакомое проявление передачи энергии. Когда мы прикасаемся к горячему объекту, энергия перетекает от горячего объекта к нашим пальцам, и мы воспринимаем эту поступающую энергию как «горячий» объект. И наоборот, когда мы держим кубик льда в ладонях, энергия перетекает из руки в кубик льда, и мы воспринимаем эту потерю энергии как «холод».«В обоих случаях температура объекта отличается от температуры нашей руки, поэтому мы можем заключить, что разница температур является основной причиной теплопередачи.

Удельную теплоемкость вещества можно использовать для расчета изменения температуры, которому подвергнется данное вещество при нагревании или охлаждении. Уравнение, связывающее тепло \ (\ left (q \ right) \) с удельной теплоемкостью \ (\ left (c_p \ right) \), массой \ (\ left (m \ right) \) и изменением температуры \ (\ left (\ Delta T \ right) \) показан ниже.

\ [q = c_p \ times m \ times \ Delta T \]

Тепло, которое поглощается или выделяется, измеряется в джоулях. \text{o} \text{C} \right)\)»> 0.233

Направление теплового потока не показано в heat = mc Δ T . Если энергия поступает в объект, общая энергия объекта увеличивается, и значения тепла Δ T положительны. Если энергия исходит из объекта, общая энергия объекта уменьшается, а значения тепла и Δ T являются отрицательными.

Пример \ (\ PageIndex {1} \)

A \ (15.0 \: \ text {g} \) кусок металлического кадмия поглощает \ (134 \: \ text {J} \) тепла, поднимаясь из \ (24.\ text {o} \ text {C} \]

Пример \ (\ PageIndex {2} \)

Какое количество тепла передается при нагревании блока металлического железа весом 150,0 г с 25,0 ° C до 73,3 ° C? Какое направление теплового потока?

Решение

Мы можем использовать heat = mc Δ T , чтобы определить количество тепла, но сначала нам нужно определить Δ T . Поскольку конечная температура утюга составляет 73,3 ° C, а начальная температура составляет 25,0 ° C, Δ T составляет:

Δ T = T конечный T начальный = 73. \ circ C) = 782 \: cal} \]

Обратите внимание, как единицы измерения грамм и ° C отменяются алгебраически, оставляя только единицу калорий, которая является единицей тепла. Поскольку температура железа увеличивается, энергия (в виде тепла) должна течь в металл .

Упражнение \ (\ PageIndex {1} \)

Какое количество тепла передается при охлаждении блока металлического алюминия массой 295,5 г с 128,0 ° C до 22,5 ° C? Какое направление теплового потока?

Ответ
Тепло уходит из алюминиевого блока.

Пример \ (\ PageIndex {2} \)

Образец красновато-коричневого металла массой 10,3 г выделил 71,7 кал тепла при понижении его температуры с 97,5 ° C до 22,0 ° C. Какова удельная теплоемкость металла? Можете ли вы определить металл по данным в таблице \ (\ PageIndex {1} \)?

Решение

Вопрос дает нам тепло, конечную и начальную температуры и массу образца. Значение Δ T составляет:

Δ T = T конечный T начальный = 22.\ circ C)}} \)

c = 0,0923 кал / г • ° C

Это значение удельной теплоемкости очень близко к значению, приведенному для меди в таблице 7.3.

Упражнение \ (\ PageIndex {2} \)

10,7 г кристалла хлорида натрия (NaCl) имеет начальную температуру 37,0 ° C. Какова конечная температура кристалла, если на него было подано 147 кал тепла?

Ответ

Сводка

Проиллюстрированы расчеты теплоемкости.

Материалы и авторство

Эта страница была создана на основе контента следующими участниками и отредактирована (тематически или всесторонне) командой разработчиков LibreTexts в соответствии со стилем, представлением и качеством платформы:

Как рассчитать мощность нагревателя для достижения нужной температуры?

Опубликовано 20 ноября 2019 г.

Выбирая поверхностный обогреватель для использования в промышленных процессах или приложениях, вам нужно начать с расчета требуемой мощности.Это позволяет вам найти обогреватель, который сможет достичь нужной температуры в течение соответствующего периода времени.

Основные факторы, которые необходимо учитывать:
При сравнении промышленных поверхностных обогревателей следует учитывать три основных аспекта. Они включают:

  • Температура: Насколько горячей должна быть ваша поверхность?
  • Материал: Какой материал следует нагревать? Насколько он велик и сколько весит?
  • Скорость теплопередачи: Как быстро вам нужно достичь заданного значения температуры? Следует ли медленно повышать температуру материала или вам нужно быстро реагировать?

Как рассчитать необходимую мощность

Чтобы определить, будет ли тот или иной обогреватель хорошо работать в вашем приложении, вы должны сравнить его мощность с вашими требованиями. Вы можете использовать следующую формулу, чтобы определить требуемую мощность.

кВт = (WT x Cp x Δ T) / 3412 x h

Где:

кВт = ваша потребность в киловаттах

WT = вес нагреваемого материала в фунтах.

Cp = удельная теплоемкость нагреваемого материала, в БТЕ / фунт ° F

Δ T = Повышение температуры, ° F

3412 = коэффициент преобразования, БТЕ / кВтч

ч = время, необходимое для достижения заданного значения температуры, в часах

Пример расчета

Вот пример приложения, для которого вам нужно рассчитать требуемую мощность.Рассмотрим алюминиевую пластину, которая используется для нагрева солнечного элемента, чтобы определить диапазон рабочих температур.

Первым делом нужно определить вес алюминиевой пластины. В этом примере, скажем, это пять фунтов.

Затем вам нужно найти удельную теплоемкость алюминия, которая составляет 0,21 БТЕ на фунт на градус Фаренгейта.

Следующим шагом является вычисление разницы между начальной и целевой температурой. В этом примере вы можете использовать 149 градусов по Фаренгейту, что является максимальной температурой, которую может достигнуть большинство солнечных элементов, при этом сохраняя высокую производительность.Этот расчет дает дельту температуры 90 градусов по Фаренгейту.

Для простоты вы можете установить желаемое время нагрева на один час для этого примера.

кВт = (5,0 x 0,21 x 90 °) ÷ 3412 x 1,0

Это уравнение дает результат общей мощности 0,028 киловатт или 28 Вт.

Вы можете выполнить тот же процесс, чтобы рассчитать, сколько мощности вам потребуется для нагревателя для любого применения.

Если у вас есть дополнительные вопросы о том, как выбрать поверхностный обогреватель для вашего применения, свяжитесь с нами сегодня.Член нашей команды будет рад помочь.

Как рассчитать коэффициент теплопроводности теплового насоса

Вы, наверное, слышали, что геотермальные тепловые насосы являются наиболее эффективным способом обогрева и охлаждения вашего дома. Но что эта фраза на самом деле означает для вашего дома и ваших счетов за отопление? Что означает энергоэффективность? Как это измеряется? Как рассчитывается? Что такое COP теплового насоса? Это то, что мы собираемся рассмотреть сегодня.

Эффективность — это количество энергии, которое вы получаете от устройства, по сравнению с тем, сколько энергии вы вкладываете в его работу. Печь с КПД 97% возвращает 97% энергии, которую вы вкладываете в нее, в виде тепла для вашего дома, остальные 3% теряются в дымоходе. Поскольку у электрического плинтуса нет дымохода, 100% энергии, поступающей внутрь, остается в вашем доме в виде тепла. Чем выше эффективность вашей системы, тем меньше ваши счета за отопление.

Продолжайте читать, чтобы узнать об эффективности геотермального теплового насоса, о том, как ее рассчитать, и о том, что это означает для ваших счетов за отопление.

Расчет вашего геотермального теплового насоса COP

Эффективность геотермального теплового насоса традиционно измеряется с использованием коэффициента, называемого «КПД» (COP). COP геотермального теплового насоса — это отношение мощности нагрева или охлаждения к энергии, потребляемой для работы машины. Высокий КПД более 1,0 означает, что ваш тепловой насос работает очень эффективно, а ваши счета за отопление будут низкими. Тепловой насос — единственное устройство для обогрева и охлаждения, у которого КПД превышает 1,0.

Давайте подробнее рассмотрим, как рассчитать коэффициент теплопередачи теплового насоса.

Расчет коэффициента полезного действия

Во-первых, вам понадобятся две вещи:

  1. Энергия на выходе или ожидаемая мощность теплового насоса.
  2. Energy In, или сколько энергии требуется для работы теплового насоса.

Используя эти два значения, мы можем заполнить следующую формулу:

В этой формуле выходная энергия — это мощность теплового насоса в британских тепловых единицах в час, а входящая энергия — это энергия, необходимая для работы теплового насоса, измеряемая в ваттах.

Давайте сделаем пример расчета с использованием нашего стандартного четырехтонного теплового насоса вода-воздух.Вся необходимая нам информация доступна в руководстве к этому тепловому насосу на странице продукта серии R. Необходимые нам данные находятся на странице 35 руководства.

Четырехтонный тепловой насос вода-воздух, работающий в режиме обогрева на замкнутом контуре заземления, имеет производительность 35900 БТЕ / час, когда компрессор работает на стадии 2. Первое, что нам нужно сделать, это преобразовать выходную мощность БТЕ / час. в ватты. Одна британская тепловая единица / час равна 0,293 Вт.

35900 БТЕ / час x 0,293 = 10518 Вт

Теперь у нас есть часть формулы «выход энергии» в ваттах, и из руководства мы видим, что тепловой насос потребляет 2700 ватт для работы.Это «входящая энергия» в формуле COP.

Теперь мы можем включить это в расчет: COP = выход энергии / энергия в

КОП = 10 518/2700 = 3,89

По нашим расчетам, тепловой насос вода-воздух мощностью четыре тонны, работающий в режиме отопления на ступени 2, будет иметь COP 3,89. Это означает, что на каждый ватт электроэнергии, использованной для работы этой машины; вы получите 3,89 Вт тепловой энергии от теплового насоса. Дополнительная выходная мощность — это бесплатная энергия, полученная тепловым насосом из контура заземления.С точки зрения упомянутой выше эффективности, четырехтонный тепловой насос серии R имеет КПД 389% при нагреве на стадии 2.

Коэффициент полезного действия и счета за отопление вашего дома

По сравнению с электрическим плинтусом или масляной печью, геотермальная энергия очень и очень эффективна. Высокий КПД означает, что ваши счета за отопление будут ниже, но насколько меньше?

Мы составили таблицу, в которой сравнивается эффективность электрического обогрева плинтуса, геотермального отопления и теплового насоса воздух-вода, а также их влияние на ваши счета за отопление:

Плинтус с электроприводом

Воздушный тепловой насос Геотермальный тепловой насос
COP 1. 00 2,92 3,89
КПД 100% 292% 389%
Годовое потребление электроэнергии 4000 долларов 1369 долларов 1028 долларов

Коэффициент полезного действия и изменение условий

COP вашего теплового насоса изменяется в зависимости от условий эксплуатации. Вот несколько факторов, которые повлияют на эффективный COP вашего теплового насоса:

Будь то сезон отопления или охлаждения

Поскольку мощность теплового насоса изменяется в режиме охлаждения, изменяется и COP.Если вы посмотрите наши руководства, мы вычислим отдельные COP для каждого теплового насоса как в режиме нагрева (COPh), так и в режиме охлаждения (COPc), чтобы учесть эту разницу.

Находится ли тепловой насос на первой или второй ступени

Все тепловые насосы Nordic оснащены двухступенчатыми спиральными компрессорами, что позволяет тепловому насосу изменять свою мощность в зависимости от потребностей в обогреве или охлаждении. Поскольку мощность изменяется в зависимости от того, на какой ступени работает тепловой насос, формула изменяется, как и результирующий COP.В наших руководствах это учитывается, и мы рассчитываем отдельные COP для каждого этапа.

Например, четырехтонный тепловой насос вода-воздух, который мы рассмотрели выше, имеет КПД 4,10 на ступени 1 и 3,89 на ступени 2 в режиме нагрева по замкнутому контуру. Вы можете оценить средний COP, сложив эти два вместе и разделив на два:

(4,20 + 3,89) / 2 = 4,05

Индивидуальные условия эксплуатации

Существует множество индивидуальных условий эксплуатации, которые влияют на фактический КПД вашего теплового насоса.Такие переменные, как температура контура заземления, температура буферного бака (если вы используете теплый пол) и то, работаете ли вы в открытом или замкнутом контуре, влияют на фактический коэффициент полезного действия вашего теплового насоса.

К счастью, все эти переменные будут иметь минимальное влияние на фактическую производительность вашего теплового насоса, и вы можете полагаться на значения COP, указанные в наших руководствах по тепловым насосам, в качестве основы для того, как ваша система будет работать при правильной установке или как в приведенном выше примере вы можете рассчитать это самостоятельно!

Ищете дополнительную информацию о том, как геотермальное отопление может снизить счета за коммунальные услуги в вашем доме до 75%? Загрузите нашу бесплатную электронную книгу «Геотермальная энергия: постоянство, удобство и экономичность».

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *