Формула нагрев воды: Формула расчета времени нагрева воды в водонагревателе. | ТЕПЛОТА

Расчет времени нагрева, температуры смешанной воды и мощности водонагревателя

Как выбрать Как смонтировать или подключить Как это работает Обзоры, релизы, тесты Энергосбережение в быту Это интерестно

Цены на водонагреватели в нашем каталоге

Простой прикидочный расчет объема

Формула расчета времени нагрева

Формула расчета количества и температуры смешанной воды

Расчет мощности водонагревателя

Водонагреватели объемом от 5 до 1000 литров позволяет решить практически любую задачу по обеспечению человека горячей водой.

При подборе накопительного прибора исходят из пиковой (максимальной) потребности в горячей воде. Итак, типичный пример. Семья из трех человек хочет приобрести накопительный водонагреватель на время отключения горячей воды. Какого объема выбрать прибор?

Простой прикидочный расчет объема

Как правило, наибольшее количество воды тратится при принятии душа.

В среднем, за один сеанс, расход составляет 60 литров воды при температуре 38-40°С. Этого хватает примерно на 10 минут полноценного душа. Соответственно, если три человека, захотят принять водные процедуры друг за другом, им понадобится 180 литров теплой воды. Если учесть, что температура нагрева воды в водонагревателе составляет 60°С, её придется разбавить. Разбавив горячую воду из водонагревателя холодной получаем объем теплой воды в два раза больший, чем было горячей в водонагревателе. Получается, что нам понадобится 180:2= 90 литров горячей воды. Прибавляя к 90 литрам еще 10% для обеспечения водой хозяйственных нужд (помыть посуду и т.д.), мы получаем оптимальную емкость равную 100 литрам.

Конечно, если планируется принимать ванну, то количество воды нужно расчитывать, исходя из заполняемого объема ванны.

Если между сеансами быдет перерыв, то можно обойтись и более компактным прибором литров на 30, так как нагрев такого объема при мощности 2 кВт длится примерно 1 час, то соответственно через данный промежуток времени можно принять душ не боясь, что теплая вода внезапно кончится.

Для точного расчета можно применить следующие формулы:

Формула расчета времени нагрева

t = (m ∙ c ∙ ∆ϑ) / (P ∙ η)

t — время нагрева в часах
c = 1,163 (Ватт/час) / (кг ∙ К)
m — количество воды в кг
P — мощность в Вт
η — КПД
∆ϑ — разность температур в К (ϑ₁ — ϑ₂)
ϑ₁ — температура холодной воды в °C
ϑ₂ — температура горячей воды в °C

Формула расчета количества и температуры смешанной воды

m_смеш=(m₂ ∙(ϑ₂— ϑ₁))/(ϑ_смеш — ϑ₁)    ϑсмеш = (m₁ ∙ ϑ₁ + m₂ ∙ ϑ₂) / (m₁ + m₂)

m_смеш — количество смешанной воды в кг   
m₂ — количество горячей воды в кг
ϑ_смеш — температура смешанной воды в °С   
ϑ₁ — температура холодной воды в °C
m₁ — количество холодной воды в кг   
ϑ₂ — температура горячей воды в °C
 
Пример: Сколько смешанной воды при температуре ϑ_смеш 40°C получится при добавлении холодной воды ϑ₁ 10°C к 80 кг горячей воды ϑ₂ 55°C?

m_смеш = 80 ∙ (55-10) / (40 — 10) = 120 кг = 120 л
 

Пример: Какова будет температура воды при смешивании 80 кг воды (m₂) при температуре ϑ₂ 55°C с 40 кг воды (m₁) при температуре ϑ₁ 10°C?
   
ϑ_смеш = (40 ∙ 10 + 80 ∙ 55) / (40 + 80) = 40°С

Расчет мощности водонагревателя

Время нагрева воды в накопительном водонагревателе напрямую зависит от мощности нагревательного элемента. В комбинированных водонагревателях основным нагревательным элементом является теплообменник, подключенный к системе отопления частного дома. А ТЭН используется для компенсации тепловых потерь при длительном отсутствии разбора горячей воды, так как тепловая мощность теплообменника значительно больше тепловой мощности ТЭНа.

Прибегнув к уже упоминавшейся формуле, мы можем сравнить время нагрева прибора объемом 120 литров при работе ТЭНа мощностью 2 кВт или теплообменника мощностью 8 кВт (значение верно при температуре воды в системе отопления +80°С). Температура горячей воды 55°С, температура холодной воды +10°С.

t = m · c · ∆ϑ / P · η

t = 120 · 1.163 · 45 / (2000 · 0.98) = 192 мин  >  48 мин = 120 · 1.163 · 45 / (8000 · 0.98)

Для удобства можно воспользоваться следующей таблицей.

    Источник: teplo-spb.ru

Отзывы

Добавить отзыв

Оцените товар

Расчет оборудования для нагрева воды в бассейне.

Виды нагревателей. – Статьи

1. Общие понятия

Температура окружающего воздуха основательно влияет на температуру воды в открытом бассейне. При температуре воздуха 18-20 градусов человек чувствует себя еще мало-мальски комфортно, однако, плавать при такой температуре мало кому захочется. Зачастую, такие условия в теплом периоде в средней полосе и севернее, составляют львиную долю. В связи с этим, вопрос подогрева воды в бассейне актуален.

Спойлер: таблица примерного подбора нагревателя для бассейна, в зависимости от объёма воды – в конце статьи

Норматив температуры воды для бассейнов

Тип бассейна	Температура воды по нормативу (градус по Цельсию)
Плавательные и спортивные бассейны	24-26
Детские бассейны	28-30
Гидромассажные и спа-бассейны	32-38

Для исключения проблем с поддержанием необходимой температуры воды уже на этапе проектирования подбирают необходимое нагревательное оборудование.

В статье мы поможем Вам освоиться с этой проблемой и выбрать подходящую модель по типу и мощности.

Устройства обогрева воды работают по принципу передачи тепла «от горячего к холодному». Установки различаются принципом получения тепла для нагрева.

Типы и принцип работы водоподогревателей

Тип установки обогрева воды	Принцип получения тепла
Рекурперативные теплообменники (теплообменник, в котором горячий и холодный теплоносители движутся в разных каналах, теплообмен происходит через стенку)	Циркулирующая вода нагретая любым способом передает через стенки тепло, нагревая воду.
Электронагреватели	Нагреваются за счет электроэнергии. Тепло передается воде напрямую от трубчатых электронагревателей (ТЭН)

2.Теплообменники

Водно-водяной теплообменник состоит из корпуса, внутри которого смонтированы два контура. Первичный контур (контур нагрева) предназначен для циркуляции воды из бойлера. Вторичный контур – для циркуляции воды из бассейна. Между контурами происходит теплообмен следующим образом. Вода из бассейна забирает тепло от воды из теплообменника. Остывшая вода снова проходит через бойлер, подогревается и снова возвращается в теплообменник для отдачи тепла воде из бассейна. И так по замкнутому кругу пока вода в бассейне не достигнет заданной температуры. Затем нагреватель в зависимости от настроек либо отключается, либо продолжает работать в режиме поддержания требуемой температуры.

Время, требуемое для нагрева воды до заданной температуры, зависит от объема бассейна и мощности нагревателя.

Тип и особенности конструкции теплообменника

Тип теплообменника	Особенности конструкции
вертикально расположенные	Нагревательный контур в виде пучка тонких трубок, по каждой из которых протекает вода. Большое количество трубок в пучке повышает площадь теплопередачи. Есть конструкции с демонтируемым пучком трубок (повышение ремонтопригодности).
горизонтально расположенные	Нагревательный контур в форме спирали

Корпус теплообменника изготавливают из

1. композитного пластика,
2. нержавеющей стали,
3. титана.

Контур нагрева изготавливают из

1. нержавеющей стали (подходит по соотношению цена/качество для бассейнов с пресной водой),
2. титана (для бассейнов с морской водой),
3. никеля,
4. купроникеля.

Достоинства и недостатки теплообменников

Достоинства	Недостатки
сравнительно дешевые	для работы в доме должен быть газовый котел (можно электрический котел, но это уже дорого)
не требуют больших затрат в процессе эксплуатации	на заявленной мощности теплообменник будет работать только при указанных в тех. паспорте разнице температур первичного и вторичного контура и соотношения скоростей жидкости в них

Падение производительности нагревателя в случае отклонения от паспортных данных можно проанализировать по графикам (диаграмма А,Б)

3. Солнечные коллекторы (солнечные батареи)

Нагреваются под действием солнечных лучей и это тепло используется для подогрева воды в бассейне. Коллектор имеет систему тонких трубок.

Достоинства и недостатки солнечных коллекторов

Достоинства	Недостатки
не требуется газовый котел	малая мощность (квадратный метр батареи выдает тепловую энергию 0.6 – 0.9 кВт/час. Для покрытия мощности слабого водно-водяного теплообменника потребуется площадь батарей равная площади поверхности бассейна.)
не тратится электричество	применяется в южных широтах нашей Родины с большим количеством солнечных дней

4.

Электронагреватели

Электронагреватели являются устройствами альтернативными теплообменникам. Принцип действия: в корпусе размещается трубчатый электронагревательный элемент (ТЭН). Он передает тепло протекающей воде. Особых различий между моделями нет.

При выборе электронагревателя ориентиром является:

1. выходная мощность,
2. материал, из которого изготовлен корпус,
3. материал, из которого изготовлен ТЭН.

При использовании морской воды ТЭН подбирают из титана, никеля или купроникеля.

Достоинства и недостатки электронагревателей

Достоинства	Недостатки
для удобства оснащены термостатом с дисплеем, что позволяет легко регулировать температуру воды	огромный расход электроэнергии (повышенные затраты на обслуживание бассейна)
оснащены комплектом автоматического управления (датчиком потока или датчиком давления) , который не позволяет работать при слабом потоке воды	модели большей мощности требуют трехфазного подключения к сети
изначально укомплектованы всем необходимым для запуска и работы

Особенности монтажа

Электронагреватель включают в цепь так, чтобы входящая труба была направлена вертикально вниз. В таком случае прибор всегда будет наполнен водой и даже при выходе из строя автоматики ТЭН не перегорит.

Практика показывает, что электронагреватели используют для бассейнов до 12 – ти кубометров открытого типа и до 20 – ти кубометров закрытого типа.

Задача по поддержанию в бассейне необходимой температуры решается не так уж и просто. Формула для расчета времени нагрева воды не учитывает важную ее особенность – теплопотери при испарении. Из-за этого подогрев воды происходит длительнее, при всем при том, что, подогрев и без того занимает массу времени.

В связи с этим в проект включают вспомогательные средства для подогрева:

1. термическое покрывало,
2. покрытие стенок бассейна теплоизоляционным напылением,
3. использование системы солнечных батарей.

5. Тепловые насосы для подогрева воды

Тепловой насос предназначен охлаждать или обогревать воду в плавательном бассейне с помощью преобразования энергии атмосферного воздуха в тепло.

Устанавливается вне помещения.

Достоинства

— очень простое подключение — достаточно подключить воду и электропитание теплового насоса.

— встроенная система автоматически выставляет оптимальные режимы работы компрессора и вентилятора для получения максимального КПД, путём замера соотношения температуры воздуха и теплоносителя. Управление осуществяется цифровым пультом, есть несколько автоматических настроек работы поддержания температуры.

— установлены датчики и системы защиты: защита от малого и большого давления теплоносителя, датчик высокой температуры теплоносителя, датчик потока воды, система отключения при низкой температуре воздуха, система автоматического оттаивания.

Выводы:

1. Для нагрева воды в бассейне в основном используются водно-водяные теплообменники, электронагреватели и солнечные батареи. Последний вариант используется в основном в качестве дополнительного источника нагрева.

2. Выбор модели основывается на мощности нагревателя.

3. В бассейне с морской водой требуется нагреватель из антикоррозийных материалов.

4. Нагрев воды в бассейне занимает продолжительное время

6. Порядок расчета времени работы теплообменника

Оценим время работы теплообменника по нагреву бассейна. Для этого воспользуемся эмпирической формулой (без учета отклонений от имеющейся мощности и потерь тепла):

t = 1.16 * V * T / P, где,

t – искомое время в часах,

V – объем воды в бассейне в кубометрах,

T – требуемая разница температур в градусах,

P – заявленная мощность.

Пример расчета.

По этой формуле заранее посчитаем необходимое время нагрева вашего бассейна теплообменником заявленной мощности. Например, вода в бассейне 20 градусов, а требуется нагреть до 26 градусов, т.е. на 6 градусов, при объеме бассейна 30 кубометров и мощности теплообменника 6 кВт.

t = 1.16 * 30 * 6 / 6, t = 34,8 час.

7.

Определение необходимой мощности нагревателя

Приведем несколько обобщенных формул для правильного подбора водонагревателя.

Определение мощности водонагревателя

Тип и место использования водонагревателя	Значение требуемой мощности водонагревателя
Теплообменник для открытого бассейна (мощность в кВт)	Равен объему бассейна (куб. метр)
Теплообменник для закрытого бассейна (мощность в кВт)	Равен ¾ объема бассейна (куб. метр)
Электронагреватель для открытого бассейна (мощность в кВт)	Равен ½ объема бассейна (куб. метр)
Электронагреватель для закрытого бассейна (мощность в кВт)	Равен 1/3 объема бассейна (куб. метр)
Солнечные батареи	Суммарная площадь коллекторов должна быть равна площади самого бассейна

Расчет мощности нагревателя воды описан в разной литературе. Мы же будем использовать формулы из книги «Planung von Schwimmbadern» C. Saunus

Мощность теплообменника определяется из условий первичного нагрева воды в бассейне. Обычно принимается время первичного нагрева 2-4 дня при непрерывной работе нагревателя.

Qs = V*C*(tB – tK)/Za + Zu*S

Qs – мощность нагревателя (Вт)

V – объем бассейна (л)

C – удельная теплоемкость воды, C = 1,163 (Вт/кгК)

tB – требуемая температура воды (град. по Цельсию)

tK – температура заполняемой воды (град. по Цельсию)

S – площадь зеркала воды (кв. метр)

Za – требуемое время нагрева

Zu – потери тепла (в час.)

Тип бассейна и значение параметра потери тепла

Тип и местонахождение бассейна	Значение параметра потери тепла Zu
Бассейн в помещении	180 (Вт/м2)
Бассейн на открытом воздухе (полностью открытое место)	1000 (Вт/метр кв. )
Бассейн на открытом воздухе (частично закрытое место)	620 (Вт/метр кв.)
Бассейн на открытом воздухе (полностью закрытое место)	520 (Вт/метр кв.)

При расчете по этой формуле условно – 1 кг = 1 л.

Таким образом, мы рассмотрели современные устройства подогрева воды в бассейне. Они имеют разные принципы действия, форму, технические характеристики и цену. Выбор подходящего именно для своего бассейна за Вами, а также можете обратиться к специалистам в нашу компанию и получить крайне граммотную консультацию.

Примерный подбор нагревателя для бассейна, в зависимости от объёма воды

* Данные в таблице ориентировочные и верны при окружающей температуре около +15 ºС

Энергия, необходимая для нагрева воды

Печать

Количество энергии, необходимой для нагрева воды, пропорционально разности температур чего?

Для расчета необходимого тепла используйте следующее уравнение:

Q=m⋅Cp⋅ΔT

Где …

m = масса нагретой воды

Cp= теплоемкость воды (1 БТЕ/фунт ºF)

ΔT = разница температур.

Не забудьте согласовать единицы измерения. Начиная с C _p измеряется в фунтах, ваша масса нагретой воды также должна измеряться в фунтах. Таким образом, если вы знаете только количество галлонов, вы должны перевести его в фунты. Один галлон воды = около 8,3 фунта, поэтому умножьте количество галлонов на 8,3, чтобы определить вес в фунтах.

Пример 1

По оценкам Министерства энергетики США, семья из четырех человек, принимая душ по 10 минут в день, потребляет около 700 галлонов горячей воды в неделю. Вода для душа поступает в дом при температуре 55ºF и должна быть нагрета до 120ºF.

Для расчета необходимого количества тепла определите переменные:
m = масса нагретой воды = 700 галлонов = 5810 фунтов
C _p – теплоемкость воды = 1 БТЕ/фунт ºF (данные)
ΔT = температура разница = 120 ºF – 55 ºF

Тепловая энергия, необходимая для нагрева 700 галлонов, может быть рассчитана следующим образом:

Необходимое количество тепла = 5810 фунтов x 1 БТЕ/фунт ºF x (120 ºF – 55 ºF)
Требуемое тепло = 5810 фунтов x 65 ºF
Потребность в тепле = 377 650 БТЕ/неделя

Потребность в тепле на один год:

377 650 БТЕ/неделя x 52 недели/год = 19 637 800 БТЕ/год или 5 755 кВтч. 196,37 долларов, а расходы на электричество — 529,46 долларов. Понятно, что электрическое тепло дороже природного газа.

Пример 2

Оцените % экономии энергии электрического водонагревателя, который нагревает 100 галлонов воды в день, когда температура устанавливается на 110° вместо 120°F. Подвал отапливается и имеет температуру 65°F. Ожидается, что срок службы водонагревателя составит около 10 лет. Используйте соответствующую стоимость электроэнергии и сравните эксплуатационные расходы.

Требуемое тепло (БТЕ) ​​= m x C _p x (Разница температур)

Где C _p — теплоемкость воды (1 БТЕ/фунт/F), а m — масса воды (Предположим, 1 галлон содержит 8,3 фунта воды, а 3412 БТЕ = 1 кВтч)

Решение:

Энергия, необходимая для нагрева воды до 120°F :

=m×Cp×ΔT ︸m×1 BTUфунт °F︸Cp×(120−65)°F︸ΔT

=100 галлонов×8,3 фунт-галлон×1 BTUфунт °F×(120−65)°F

= 45 650 БТЕ/день

В год требуется энергия:

45 650 БТЕдень×365 днейгод=16 662 250 БТЕ в год

166 622 500 BTU × 1 кВтч 4,412 BTU = 48 834 кВтч

Операционные расходы в течение его срока службы:

48,834 кВтч2 × $ 0,09 кВтч = 4,395,06

. m×Cp×ΔT

= 100 галлонов × 8,3 фунт-галлона × 1 БТЕфунт °F︸Cp × (110−65)°F︸ΔT

= 100 галлонов × 8,3 фунт-галлон × 1 БТЕфунт °F×(110−65)°F

= 37 350 БТЕ/день

В год требуется энергия:

37 350 БТЕдень×365 днейгод=13 632 750 БТЕ в год

За 10-летний период требуется энергия 136 327 500 БТЕ, что равно 99 39.

136 327 500 БТЕ × 1 кВт·ч 4 412 БТЕ = 39 995 кВт·ч

Эксплуатационные расходы в течение срока службы:

39 955 кВт·ч2 × 0,09 доллара США кВт·ч = 3,59 доллара США5,95

Оценочная экономия энергии, % вверх Типы водонагревателей: накопительный или баковый ›

Калькулятор нагрева воды

Создано Luis Fernando

Последнее обновление: 28 июля 2022 г.

Содержание:

• Как рассчитать общую энергию нагрева воды?
• Как рассчитать количество ватт для нагрева воды?
• Пример: Нагрев 2 кг воды от -20 до 200°C

Добро пожаловать в калькулятор нагрева воды, инструмент, который позволит вам рассчитать нагрев воды в БТЕ, джоулях, калориях и многих других единицах.

С помощью этого инструмента вы можете не только рассчитать общую энергию нагрева воды, но и:

• Рассчитать время, необходимое для нагрева воды, если вы знаете КПД и мощность нагревателя.
• Рассчитайте ватт для нагрева количества воды, если известны требуемое время и КПД нагревателя.
• И многое другое!

Продолжайте читать, чтобы узнать, как рассчитать нагрев воды вручную, используя различные формулы нагрева воды.

Как рассчитать общую энергию нагрева воды?

Общая необходимая энергия зависит только от начальной и конечной температуры . Расчет нагрева воды (в БТЕ или любой другой единице энергии) включает две величины:

1. Явное тепло : Тепло, необходимое для нагрева температура .
2. Скрытая теплота : Теплота необходимая для изменения фазы .

Скрытая теплота ( Q t )	Явное тепло ( Q p )
Q T = C × M × ( T F — × ( T F— × T — × ( T — × T — × T — ×я )	Q p = L × м
где:	где л – удельная скрытая теплота
с — Удельная теплоемкость;
м — масса воды;
T f — Конечная температура; и
Т i — Начальная температура.

Например, в атмосферных условиях температура воды от 20 до 30°C включает только физическое тепло. С другой стороны, изменение температуры от 20 до 200°C включает явную и скрытую теплоту, так как в какой-то промежуточной точке (100°C) нам требуется дополнительная энергия (скрытая теплота) для испарения воды.

Общая тепло ( Q _Всего ) является суммой количеств, связанных с скрытым и ощутимым теплом:

Q _Всего = Q _{02020202019 Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q . p}

Есть несколько существенных моментов, которые следует учитывать в отношении членов предыдущих уравнений:

• Если фазовый переход включает плавление (превращение льда в жидкую воду), удельная скрытая теплота называется энтальпия плавления или скрытая теплота плавления . Энтальпия плавления – это свойство материала, равное 334000 Дж/кг для воды. Следовательно, нам нужно 334000 Дж теплоты, чтобы растопить 1 кг воды (что происходит при 0 °С ).
• Если фазовый переход включает испарение (превращение жидкой воды в пар), то удельная скрытая теплота называется энтальпией парообразования или скрытой теплотой парообразования . Энтальпия парообразования – это свойство материала, равное 2264705 Дж/кг для воды. Следовательно, нам нужно 2264705 Дж, чтобы испарить 1 кг воды (то, что происходит при 100 °C ).
• Удельная теплоемкость является свойством материала, которое равно 2108 Дж/(кг К) для ледяной воды, 4190 Дж/(кг К) для жидкой воды и 1,996 Дж/(кг К) для готовить на пару. Следовательно:
  • Нам нужно 2108 Дж, чтобы нагреть 1 кг льда воды на один градус (по Цельсию или Кельвину).
  • Нам нужно 4190 Дж, чтобы нагреть 1 кг жидкой воды на один градус (по Цельсию или Кельвину).
  • Нам нужно 1996 Дж, чтобы нагреть 1 кг пара на один градус (Цельсия или Кельвина).

Так как 1 кг воды представляет собой 1 литр, 4190 Дж также является энергией для нагрева 1 литра воды на 1 градус (вода в жидком состоянии).

Как рассчитать количество ватт для нагрева воды?

Зная общую требуемую энергию, можно легко рассчитать количество ватт для нагрева воды. Вы можете рассчитать мощность, необходимую для нагрева воды, по следующей формуле:

Мощность = Q _всего /(время × КПД)

Мы можем изменить предыдущее уравнение и получить формулу для времени, необходимого для нагрева:

время = Q всего ( Мощность×эффективность)

Пример: Нагрев 2 кг воды от -20 до 200°C

Нагрев 2 кг воды от -20 до 200°C включает различные этапы и типы нагрева:

1. Явное тепло лед от -20 до 0°C:
   Q _t = c × m × ( T _f — T _{i 0 Дж -2 ×} ) = 2 (кг K -2 × ) = 2 (кг K -2 × ) -20°C)) = 84320 Дж .