Сколько тепла кВТ нам требуется для обогрева жилья? Считаем сами!
Если мы собираемся по максимуму экономить в той или иной сфере жизни, то необходимо хорошо представлять: куда, в каких количествах и на что тратятся наши деньги. А одной из наиболее чувствительных статей расходов семейного бюджета в наше время становятся коммунальные платежи. И если с затратами на электроэнергию относительная ясность имеется, так как по большей части все на виду и довольно понятно, то с отоплением – несколько сложнее.
Сколько тепла нам требуется для обогрева жилья?Неважно, какая схема или система применяется для этих целей, в первую очередь необходимо обладать информацией, сколько тепла нам требуется для обогрева жилья? Да, вопрос звучит именно так, пока без перехода в «денежную плоскость». Да мы и не сможет спрогнозировать финансовые расходы, пока не выразим требуемую тепловую энергию в каких-то понятных величинах. Например, в киловаттах.
Вот этим и займемся сегодня.
Немного общей информации – что такое требуемое количество тепла?
Очень вкратце, все это и так известно – просто требуется небольшая систематизация.
Современному человеку для комфортного проживания требуется создание определённого микроклимата, одной из важнейших составляющих которого является температура воздуха в помещении. И хотя «тепловые пристрастия» могут разниться, можно смело утверждать, что для большинства людей эта зона «температурного комфорта» лежит в диапазоне 18÷23 градуса.
Но когда на улице, например, отрицательная температура, то естественные термодинамические процессы стремятся все подвести под «общую планку», и тепло начинает из жилой зоны уходить. Тепловые потери – это совершенно нормальное с точки зрения физики явление. Вся система утепления жилья направлена на максимальное снижение таких потерь, но полностью их устранить невозможно. А отсюда вывод — отопление дома как раз и предназначено для восполнения этих самых тепловых потерь.
От тепловых потерь – никуда не деться, но очень важно хотя бы постараться свести их к возможному минимуму.Как определиться с ними их количественно?
Простейший способ расчета необходимой тепловой мощности основывается на утверждении, что на каждый квадратный метр площади требуется 100 ватт тепла. Или — 1 кВт на 10 м².
Но даже не будучи специалистом, можно задуматься — а как такая «уравниловка» сочетается со спецификой конкретных домов и помещений в них, с размещением зданий на местности, с климатическими условиями региона проживания?
Так что лучше применить иной, более «скрупулезный» метод подсчета, в котором будет приниматься во внимание множество различных факторов. Именно такой алгоритм и заложен в основу предлагаемого ниже калькулятора.
Важно – вычисления проводятся для каждого отапливаемого помещения дома или квартиры отдельно. И лишь в конце подбивается общая сумма потребной тепловой энергии. Проще всего будет составить небольшую таблицу, в строках которой перечислить все комнаты с необходимыми для расчетов данными. Тогда, при наличии у хозяина под рукой плана своих жилых владений, много времени вычисления не займут.
И еще одно замечание. Результат может показаться весьма завышенным. Но мы должны правильно понимать – в итоге показывается то количество тепла, которое требуется для восполнения теплопотерь в самых неблагоприятных условиях. То есть – для поддержания температуры в помещениях +20 ℃ при самых низких температурах на улице, характерных для региона проживания. Иными словами — на пике зимних холодов в доме будет тепло.
Но такая супер-морозная погода, как правило, стоит весьма ограниченное время. То есть система отопления будет по большей части работать на более низкой мощности. А это означает, этот никакого дополнительного запаса закладывать особого смысла нет. Эксплуатационный резерв мощности будет и без того внушительным.
Ниже расположен калькулятор, а под ним будут размещены необходимые краткие пояснения по работе с программой.
Калькулятор расчета необходимой тепловой мощности для отопления помещений
Перейти к расчётамПояснения по проведению расчетов
Последовательно уносим данные в поля калькулятора.
- Первым делом определим климатические особенности – указанием примерной минимальной температуры, свойственной региону проживания в самую холодную декаду зимы. Естественно, речь идет о нормальной для своего региона температуре, а не о каких-то «рекордах» в ту или иную стороны.
Кстати, понятное дело, это поле не будет меняться при расчетах для всех помещений дома. В остальных полях – возможны вариации.
- Далее идет группа из двух полей, в которых указываются площадь помещения (точно) и высота потолков (выбор из списка).
- Следующая группа данных учитывает особенности расположения помещения:
— Количеств внешних стен, то есть контактирующих с улицей (выбор из списка, от 0 до 3).
— Расположение внешней стены относительно стороны света. Есть стены, регулярно получающие заряд тепловой энергии от солнечных лучей. Но северная стена, например, солнца не видит вообще никогда.
— Если на местности, где расположен дом, выражено преобладание какого-то направления зимнего ветра (устойчивая роза ветров), то это тоже можно принять во внимание. То есть указать, находится ли внешняя стена на наветренной, подветренной или параллельной направлению ветра стороне. Если таких данных нет, то оставляем по умолчанию, и программа рассчитает, как для самых неблагоприятных условий.
— Далее, указывается, насколько утеплены стены. Выбирается из трех предложенных вариантов. Точнее даже, из двух, так как в доме с вообще неутепленными стенами затевать отопление — абсолютная бессмыслица.
— Два схожих поля поросят указать, с чем соседствует помещение «по вертикали», то есть что расположено сверху и снизу. Это поможет оценить размеры теплопотерь через полы и перекрытия.
- Следующая группа касается окон в помещении. Здесь важно и их количество, и размеры, и тип, в том числе – особенности стеклопакетов. По совокупности этих данных программа выработает поправочный коэффициент к результату расчетов.
- Наконец, на количество теплопотерь серьёзно влияет наличие в комнате дверей, выходящих на улицу, на балкон, в холодный подъезд и т.п. Если дверями регулярно в течение дня пользуются, то любое их открытие сопровождается притоком холодного воздуха. Понятно, что это требует возмещения в форме дополнительной тепловой мощности.
Все данные внесены – можно «давить на кнопку». В результате пользователь сразу получит искомое значение тепловой мощности для конкретного помещения.
Как уже говорилась, сумма всех значений даст результат за весь дом (за квартиру) в целом, в киловаттах.
По этой величине, считая ее минимумом, подбирают, кстати, и котел отопления. И именно эта суммарная величина понадобится, когда придёт время считать реальные денежные расходы на эксплуатацию системы отопления.
Советуем ознакомиться с более подробным материалом про подбор котла отопления для частного дома, а также с материалом, какой вид топлива самый экономичный для обогрева дома.
А данные по каждой из комнат тоже весьма полезны — для подбора и расстановки радиаторов отопления, или для выбора подходящей модели электрического обогревателя.
Сколько тепла нам надо? отопление
На большей части территории России отопительный сезон начинается задолго до наступления календарной зимы. При холодной осени отопление включают уже в сентябре, по крайней мере, если верить квитанциям Единого расчетного центра. В самом деле, с появлением графы «отопление» квартплата вырастает чуть ли не вдвое… Поэтому бывает очень обидно, когда, несмотря на то, что мы платим за отопление большие деньги, трубы едва теплые. Однако далеко не всегда причина полухолодных батарей – это недобросовестность котельных и управляющих компаний. Довольно часто в этом виноваты старые отопительные системы дома или даже квартиры. Так что иногда
Первый очень важный вопрос – это как рассчитать, сколько тепла нужно, чтобы обогреть помещение? Иначе говоря, как понять, сколько и каких радиаторов нужно на определенный объем обогреваемого пространства. Считается, что при соблюдении «стандартных условий» на 1 м² необходимо порядка 110 Вт тепла. При этом «стандартными условиями» для помещения считается: 1) наличие не более чем одной двери и одного окна, притом деревянного, в помещении; 2) высота потолков не превышает 3 метра; 3) стандартная температура носителя – 70 градусов. Если ваше помещение не подходит под стандартные условия, то необходимо провести расчет с учетом коэффициентов относительно стандарта. Например, я хочу рассчитать, сколько тепла мне нужно для обогрева комнаты, площадь которой 30 м², при этом в комнате 2 пластиковых окна, высота потолка 3,5 метра, а Управляющая компания мне гарантирует, что температура теплоносителя будет не ниже 90º.
- Как видим, условия немного отличаются от стандартных, тем не менее, первый шаг, это – стандартный расчет: 110 Вт умножаем на 30 м² площади комнаты и получаем 3300 Вт.
- Вторым шагом, следует учесть, что окна два. Предлагаемый повышающий коэффициент за второе окно – 1,7. Умножаем 3300 Вт на 1,7 и получаем 5610 Вт.
- Однако оба мои окна – пластиковые, а это значит, что они обеспечивают более надежную защиту от холода и ветра, чем деревянные окна. Поэтому, для пластиковых окон используется понижающий коэффициент: 0,8-0,9. Умножаем 5610 Вт на 0,8 – получаем 4488 Вт.
- Теперь нужно разобраться с высотой потолка. Раз в моей комнате потолок выше стандарта – мне нужно вычислить повышающий коэффициент. Коэффициент относительно высоты потолка можно посчитать, разделив фактическую высоту потолка (в моем случае – 3,5 метра) на стандартную высоту потолка (в любом случае – 3 метра). Получается коэффициент 1,17. Теперь наш предыдущий результат 4488 Вт умножаем на получившийся коэффициент 1,17 – получаем, округлив до целых, 5251 Вт.
- Последний этап – разобраться с температурой теплоносителя. Стандартная температура – 70º, мне обещают – 90º. Очевидно, здесь должен появиться уменьшающий коэффициент. Он формируется следующим образом: на каждые 10% повышения температуры, умножаем результат на 15%. 90º — это увеличение температуры примерно на 30% по сравнению с 70º, значит, нужно умножать на 15 %, умноженные на 3, то есть на 45%, иначе говоря, получившийся понижающий коэффициент 0,45. Получается: 5251 Вт умножаем на 0,45 – 2363 Вт с округлением до целых.
На первый взгляд, указанные нестандартные характеристики помещения требовали больше тепла, чем это предполагает стандарт, но пошаговый расчет показал, что при соблюдении всех указанных условий, тепла нужно почти на 1000 Вт меньше, чем при стандартных условиях. Однако, на самом деле, характеристики помещения – это только одна сторона медали. Вторая сторона – это эффективность эксплуатации радиатора, а, главное, способ его установки. Например, любимое дизайнерами и проектировщиками расположение радиатора в специальной нише приводит к теплопотере до 7 %, а стандартное расположение радиатора под подоконником забирает 3-4 % тепла. Кроме того, важную роль играет способ подсоединения труб к радиатору. Считается, что если теплоноситель подается с одной стороны сверху и отводится с той же стороны снизу, то потери тепла не происходит. Есть также способ увеличить теплоотдачу: использовать теплоотражатель. В этом случае теплоотдача увеличиться до 10%.
После того, как был произведен тепловой расчет, чтобы подстраховаться, стоит добавить к полученному результату примерно 20%, которые должны покрыть неудачный монтаж или расположение радиаторов. В случае с моей комнатой получилось 2835 Вт, что можно округлить до 3 кВт.
Теперь посчитаем, сколько и каких радиаторов нужно, чтобы обеспечить тепло. Большинство современных радиаторов являются посекционными, поэтому в их технических характеристиках указывается тепло, выделяемое одной секцией. Например, секция стандартного чугунного радиатора дает 123 Вт, секция биметаллического радиатора – примерно 195 Вт, а стальной панельный радиатор дает порядка 1 кВт тепла. Так что, чтобы обогреть указанную комнату, нужно либо 3 стальных панельных радиатора, либо 2 восьмисекционных биметаллических радиатора, либо 3 восьмисекционных чугунных радиатора.
Однако расчет тепла – это только первый шаг выбора радиаторов, чтобы подобрать радиатор правильно, нужно также ознакомиться с такой важнейшей характеристикой, как давление в системе. Вы можете запросить эту характеристику у поставщика услуг или, в случае, если у вас автономная система, произвести замеры с помощью соответствующего оборудования. Со стороны радиаторов, нужно посмотреть, каково их максимальное рабочее давление. Завершающим шагом и немаловажным критерием оценки станет составление сметы, так как радиаторы разных типов довольно сильно отличаются в цене.
Автор статьи: Сергей Юшков, написано статей: 831. Комментировал: 614 раз.
Задавайте вопросы в комментариях, делитесь своим опытом, так же принимается любая конструктивная критика, готов обсуждать. Не забывайте делиться полученной информацией с друзьями.
Количество теплоты. Тепловой баланс. Видеоурок. Физика 8 Класс
Все тела состоят из атомов и молекул, которые непрерывно движутся и взаимодействуют между собой. Нас интересует суммарная энергия их движения (кинетическая) и взаимодействия (потенциальная) – внутренняя энергия тела.
Внутреннюю энергию можно изменить двумя способами: выполняя работу и с помощью теплообмена.
Про механическую работу мы уже говорили, в ответвлении подробнее рассмотрим, как это связано с изменением внутренней энергии.
Механическая работа и превращение энергии
В механике мы использовали закон сохранения механической энергии:
Полная механическая энергия системы, в которой действуют только консервативные силы, остается постоянной.
Под полной механической энергией мы понимаем сумму кинетической и потенциальной энергии. Значит, энергия превращается из кинетической в потенциальную, и наоборот, чтобы их сумма оставалась постоянной (см. рис. 1).
Рис. 1. Превращение кинетической и потенциальной энергий
Изменение кинетической энергии равно изменению потенциальной энергии со знаком минус – это значит, на сколько увеличилась кинетическая энергия, на столько же уменьшилась потенциальная. А работа консервативных сил равна этому изменению:
Что же происходит с энергией тела, если на него действуют неконсервативные силы, например сила трения? Механическая энергия не сохраняется, она превращается в другие виды энергии, в частности в тепловую (или внутреннюю энергию тела) (см. рис. 2).
Рис. 2. Превращение механической энергии в тепловую
Работа неконсервативной силы равна изменению механической энергии (а оно равно изменению внутренней энергии со знаком минус, для превращения кинетической энергии в потенциальную мы записывали так же).
При изучении тепловых явлений нас как раз интересует изменение внутренней энергии.
Рассмотрим второй способ изменения внутренней энергии тела – это передача энергии от более теплого объекта к менее теплому. Назвали это теплопередачей и выделили виды теплопередачи: через излучение и через соударения молекул, назвав это теплопроводностью (см. рис. 3).
Рис. 3. Виды теплопередачи
Теплопередача может сопровождаться перемещением вещества, этот процесс мы назвали конвекцией.
Но для того чтобы количественно описывать тепловые процессы, нам недостаточно знать сам факт, что теплота передается.
Предположим, что в системе тел неконсервативные силы не совершают механическую работу. Рассмотрим энергию, которую передает или получает тело в результате теплообмена. Вследствие этого изменяется его внутренняя энергия. Эту полученную энергию, равную изменению внутренней энергии, назовем теплотой, а для ее количественного выражения часто будем употреблять название количество теплоты.
О терминах «теплота» и «количество теплоты»
Мы определили теплоту как энергию, которую передает или получает тело в процессе теплообмена. Это физическая величина, единицы измерения у нее те же, что и для энергии. То есть можно сказать «теплота равна 10 Дж» и т. д. Но в русском языке сложилась такая ситуация: если о многих других величинах можно сказать «какая масса?», «какая скорость?», то к теплоте более естественно применить вопрос «сколько?». То есть не «чему равна теплота?», а «сколько теплоты?», или, другими словами: «какое количество теплоты?». Это понятие, «количество теплоты», мы применяем наряду с понятием «теплота», но стоит помнить, что подразумевается одна и та же физическая величина. Просто иногда удобнее сказать «теплота передалась», а иногда «количество теплоты равно 10 Дж».
Обратите внимание: теплота равна изменению внутренней энергии тела. То есть мы не будем говорить об абсолютном количестве теплоты, а только о его изменении. То есть отвечать на вопрос: «Сколько теплоты получило или передало тело?». А привычные нам понятия «тепло/холодно» лучше всего описывает такая физическая величина, как температура.
Ощущаем ли мы температуру?
Касаясь чашки с горячим чаем, вы чувствуете ее тепло (см. рис. 4).
Рис. 4. Чашка с горячим чаем
Кажется, что мы определяем ее температуру и можем судить о внутренней энергии. А попробуйте провести следующий опыт: опустите одну руку в теплую воду, другую – в холодную, чтобы руки «привыкли» к температуре (см. рис. 5).
Рис. 5. Проведение эксперимента
А затем поместите их обе в воду комнатной температуры. Одной рукой вы почувствуете холод, другой – тепло. Получается, что наши ощущения связаны не с абсолютным значением температуры тела, а с разностью температур тела и нашей руки и с направлением теплообмена между ними.
Одна рука чувствует тепло, поскольку теплота передается от воды к руке. А вторая рука чувствует холод, поскольку тепло передается от руки к воде. При этом в случае холодной воды это не вода передает руке холод, а рука отдает воде тепло.
Конечно, мы иногда говорим «закрой дверь – холод напустишь» (как будто подразумеваем передачу именно холода), но это обывательский оборот, который закрепился в языке.
Например, при игре в пятнашки мы всегда двигаем сами «костяшки», но часто говорим о перемещении пустой клетки.
Мы говорим: «становится темно». Хотя темнота – это отсутствие света. Августин Блаженный говорил: «Нет зла, есть недостаток добра».
Так и с холодом – это отсутствие тепла. Нет передачи холода, есть теплопередача в том или ином направлении. Поэтому и лед, и чай, укутанные в шубу, будут некоторое время сохранять температуру, здесь у шубы одна и та же функция – теплоизоляция.
Обычно количество теплоты обозначается буквой Q. Количество теплоты – это изменение внутренней энергии при теплообмене, значит, эта величина измеряется, как и энергия, в джоулях: [Q] = Дж.
Обозначим внутреннюю энергию U. Тогда определение количества теплоты можно записать следующим образом:
Q = ΔU при равной нулю механической работе внешних сил (о чем мы договорились в начале урока).
Если тело получило 10 Дж теплоты и если тело потеряло 10 Дж теплоты – это не одно и то же (см. рис. 6).
Рис. 6. Получение и потеря теплоты
Как это обозначить? Для этого можем использовать удобный математический инструмент – отрицательные числа. Мы его уже использовали для обозначения направления движения. Если рассматривать прямолинейное движение вдоль одной прямой, удобно выбрать ось координат и одно направление считать положительным (см. рис. 7).
Рис. 7. Выбор положительного направления
В проекции на эту ось скорости тел 5 м/с и –5 м/с означают, что тела движутся со скоростью 5 м/с в противоположных направлениях.
Так и здесь: договоримся, что если тело получает теплоту (наши руки получили от теплой воды 10 Дж тепла), то Q положительно (запишем Q = 10 Дж), а если отдает – отрицательно, запишем Q = –10 Дж.
Остановимся пока на изучении тех случаев, когда агрегатное состояние вещества не меняется. Тогда если передать тепло телу, то оно нагреется, увеличится его температура (см. рис. 8)
. 
Рис. 8. Агрегатное состояние вещества не изменяется при получении теплоты
Разберемся, как количественно описать этот процесс.
Чайник закипит быстрее, если в него залить теплую воду, а не холодную (см. рис. 9).
Рис. 9. Закипание чайника с теплой и холодной водой
То есть чем большей разности конечной и начальной температур нужно достичь, тем больше нужно передать энергии. Полный чайник будет закипать дольше, чем почти пустой (см. рис. 10).
Рис. 10. Закипание полного чайника и полупустого
То есть чем больше масса воды, тем больше нужно передать энергии, чтобы ее нагреть. И наверняка есть разница, нагреть на одни и те же 10 градусов килограмм воды или килограмм железа – это тоже нужно учесть (см. рис. 11).
Рис. 11. Нагревание разных веществ
Можно провести эксперименты и установить более точные закономерности.
Оказывается, количество теплоты, которое необходимо передать телу, прямо пропорционально изменению температуры: 
, где 
обозначает изменение температуры: конечная температура минус начальная 
.
Если тело отдает тепло, то оно охлаждается. Конечная температура будет меньше начальной: 
. Тогда 
. Количество теплоты также будет 
. Это согласуется с введенным понятием количества теплоты: если тело отдает тепло, то .
Экспериментально также было установлено, что: 
(количество теплоты, которое необходимо передать телу, прямо пропорционально массе тела).
Почему изменение внутренней энергии пропорционально массе?
Количество теплоты, которое получает тело, идет на увеличение его внутренней энергии. Внутренняя энергия – это суммарная энергия частиц вещества: атомов или молекул. Значит, изменение внутренней энергии должно быть пропорционально количеству частиц: 
.
Однако таким параметром, как количество молекул, мы пользуемся редко. Более удобной характеристикой, эквивалентной количеству частиц данного вещества, является масса.
Масса вещества равна массе одной частицы (атома или молекулы), умноженной на количество частиц: 
, тогда количество молекул равно 
.
Сколько тепла выделяет человеческое тело?: wowavostok — LiveJournal
Тело взрослого здорового человека с нормальной температурой в состоянии покоя выделяет тепло в эквиваленте 60 Вт. Если он занимается легкой физической работой, например, пешей ходьбой, то это значение увеличивается до 100-120 Вт. А спортсмены во время интенсивной тренировки прогревают окружающий воздух на 800-900 Вт!
На обогрев непосредственно тела и его органов идёт достаточно небольшая часть это тепла – не более 50%. Остальное просто рассеивается в атмосфере, независимо от нашего желания. Наиболее рациональное применение этому теплу – нагрев воздушной прослойки под зимней одеждой или одеялом. В остальных случаях можно говорить о бесполезном расходе.
Поверхность человеческого тела выделяет тепло неравномерно и подключить к ней теплообменники весьма проблематично. Да и КПД такой системы будет оставлять желать лучшего, так как человек не может всё время заниматься интенсивной физической работой. До недавнего времени воспользоваться теплом человека для хозяйственных нужд было проблематично.
Стокгольмский эксперимент
Использовать выделяемое человеком тепло — не новая идея и она уже неоднократно находила себе применение. Один из самых известных примеров — центральный вокзал Стокгольма, на котором установлен теплообменник, с помощью которого тепло, выделяемое проходящими пассажирами, обогревает находящееся неподалеку 13-этажное офисное здание площадью 28 тыс. кв. метров. В день через вокзал шведской столицы проходит порядка 250 тысяч человек.
Система вентиляции вокзала захватывает теплый воздух, который поднимается вверх от человеческой толпы и подогревает воду в резервуарах. Горячая вода поступает в систему отопления офисного здания. В итоге, такая система позволяет экономить около 25% расходов на электричество.
Дополнительная экономия достигается за счёт систем, которые направляют дневной свет на все лестницы офисного здания и в другие помещения без окон. Таким образом, в дневное время нигде не нужно включать освещение.
Сооружение системы теплообмена с соседним вокзалом, включая установку необходимых насосов и труб, обошлось примерно в 30 тысяч долларов, так что окупилась очень быстро.
Владельцы офисного здания ежемесячно выкладывают за отопление и электричество довольно большие суммы, так что экономия имеет значение.
Подобных систем «нулевого» или «пассивного» отопления зданий, в которых источниками тепла становятся люди и электроприборы, появляется всё больше и больше. Например, в США торговый центр Mall of America (штат Миннесота), где тепло покупателей используется для обогрева здания в течение зимы.
Источник: emosurf.com
