Podstawowe pojęcia i wzory w ciepłownictwie

Mgr inż. Andrzej Jurkiewicz

andrzej.jurkiewicz@egie.pl

Strata ciepła przez przegrodę

Q =8,64*10-5*Sd*A/R

Ilość energii cieplnej w GJ, która przeniknie przez ścianę przegrody budowlanej wielowarstwowej o powierzchni A [m2] i oporze cieplnym R [m2*K/W] w ciągu jednego roku, przeliczona na średniomiesięczną temperaturę powietrza zewnętrznego w formie stopniodni przyjętych dla danej stacji meteorologicznej na terenie Polski, za okres 10 lat, w odniesieniu do założonej temperatury wewnętrznej pomieszczeń ogrzewanych oraz normatywnego czasu trwania sezonu grzewczego.

Po co tu jesteśmy?

- Aby zostać audytorem - Czym jest energia (promieniowanie,

temperatura-ciepło, praca mechaniczna, reakcja chemiczna)

- Po co jest energia- 1 cal = 4,19 J (1g H20 od 14,5 do 15,5 st.C przy

ciśnieniu 1 atm) - Zrzucać kalorie czyli dieta „1000 cal” (kcal)

Praca i ciepło

Zadanie:

Ile razy należy podnieść 1 kg cukru na wysokość 1 m, aby się napić 1 szklanki herbaty?

Szklanka herbaty

N = F * s (siła * droga) - pracaF = m*a (masa * przyspieszenie)Podnosimy:1kG = m*g=1 kg * 9,81m/s^2=9,81JNcukru=9,81J przyjmujemy 10 J Uwaga 1J=1WsPodnosimy 1kg na wysokość 1m w czasie 1

sekundy, czyli z mocą 10W (9,81W)

Ciepło właściwe

Ilość energii cieplnej (w J) jaką należy dostarczyć do 1 kg substancji aby podnieść jej temperaturę o 1 stopień

Substancja Ciepło właściwe J/(kg*K)

Aluminum/stal 900/460

Polipropylen/PCV 2000/980

Woda/lód/para 4190/2050/1900

Powietrze 1224

Gorąca szklanka herbaty

Q=m*c*()= =0,5 [dm3=kg]*4190[J/(kg*K)]*(100-10)[K]=188.550[J]

Ncukru= 10 J

Odpowiedz: ok. 19 tys. razy w czasie 5,5 godziny należy podnieść 1kg cukru aby zasłużyć na jedną szklankę herbaty

MocIlość energii dostarczonej w danym czasie mówi nam o mocy układuZadanie1 Jaką moc potrzebujemy dla:a) podgrzania 1000 litrów wody (1m3) w jedną minutę z temperatury

10 do 50 st.Cb) J.w. lecz w godzinę

Q=m*c*()= 1000 kg * 4,19 kJ/(kg*K)* 40K == 167.600 kJ (kWs) =168 MJ = 0,168 GJ [GWs]

min) = 168.000 kWs/60s = 2.800 kW = 2,8 MW (1godz) = 168.000 kWs/3600s = 46,6 kW

Zadanie 2Grzałki w bojlerach 200 litrów – 2,8 kW (1000)Ile czasu potrzebujemy aby ogrzać 1000 litrów wody z 10 do 50 st.C w

takim bojlerze?

1MWh = 3,6 GJ (GWs)

Topnienie i parowanie

Zadanie: Ile ciepła należy doprowadzić do 1 kg lodu o temp 73K aby otrzymać parę o temperaturze 400K (p=1,013 bar)

Ciepło topnienia i parowaniSubstancja Topnienie Ciepło

topnienia/

krzepnięcia

Temp wrzenia

Ciepło parowania/

kondensacji

Ciepło właściwe

Stopnie Celcjusza

kJ/kg Stopnie Celcjusza

kJ/kg kJ/(kg*K)

Lód

Woda

Para

0 333

333 100 2256

2256

2,1

4,19

2

Miedź 1083 188 2595 4647 390

Azot -210 25,5 -196 199 ?

-200C=73K

2,1k

J/kg*

K

0C=273K

100C=373K

4,19

kJ/k

g*K

100C

333kJ/kg273K

127C=400K

2kJ/kg*K

2256 kJ/kg*K

KRYSZTAŁ faza WODA faza PARA

Q=2,1*200+333+4,19*100+2256+27*2

=3482 kJ/kg w tym ok. 65% parowanie

Ciśnienie a temperatura wrzenia

Gdzie Ciśnienie mbar (absolutne)

Temperatura wrzenia wody

M.Everest 393 75,4

Bałtyk 1013 100

szybkowar 1200 104

Instalacja grzewcza

2000 120

Sieć wys. Param. 10 000 165

Para 40 000 ?

Wymiana ciepła - promieniowanie

Słońce, „słoneczko”, promiennik gazowy

Ciepło rozprzestrzenia się przez fale elektromagnetyczne

Przenoszenie ciepła nie zależy od materiału, ale jego „przyjmowanie” zależy od własności materiału (kolor, pojemność cieplna)

Wymiana ciepła - przewodzenie

Ściana, pręt metalowy, ścianka kotła

Rozprzestrzenianie się ciepła od cząsteczki materii do cząsteczki materii

Cząsteczki materii są nieruchome (przewodzenie w ciałach stałych) – nagrzewanie pręta metalowego

Wymiana ciepła – konwekcja (unoszenie ciepła)

Spaliny w kotle, powietrze w pokoju, woda grzewcza

Rozprzestrzenianie ciepła przez unoszenie ogrzanych cząsteczek materii

Przenoszenie ciepła przez „wędrujące” cząsteczki materii – ruch powietrza w pokoju

Przewodzenie ciepła w materiałach budowlanych

Przewodność cieplna: W/K*m]

Strumień cieplny przechodzący przez 1m2 substancji o grubości 1m przy różnicy temperatur 1K (st.C) w czasie 1s

Opór przenikania ciepła: R=d/m2*K/W]

Współczynnik przenikania ciepła: U=1/R

Strumień ciepła (moc)

= *A(Tsi-Tse)/d

– stała materiału (przewodność cieplna)

Tsi – temperatura wewnętrzna

Tse – temperatura zewnętrzna

d – grubość przegrody

Przewodności cieplne

Substancja [W/m*K]

Miedź/stal 380/50

Szkło/tynk 1/0,51

Woda 0,6

Wełna mineral./styropian 0,035 (0,028-0,04)

Powietrze 0,025

Przenikanie ciepła przez przegrodę

Opór przenikania ciepła: [m2*K/W] RT = Rsi + Rse + RRsi – opór ściany wewnętrznej przed przejęciem ciepła z

powietrza do ścianyRse – jw. lecz ściany zewnętrznejR – opór przegród U=1/RT

U[Wat]A – powierzchnia ściany (przegrody) m2U – współczynnik przenikania ciepła dla przegrody

[W/m2*K] – różnica temperatur po jednej i drugiej stronie

przegrody

Opory przejmowania ciepła

Opór przejmowa-nia ciepła

Kierunek strumienia cieplnego

Kierunek strumienia cieplnego

Kierunek strumienia cieplnego

W/m2*K W górę poziomo W dół

Rsi – wewn opór

0,10 0,13 0,17

Rsi – zewn. opór

0,04 0,04 0,04

U[Wat]

Tynk wap.2 cm, cegła 36 cm, styropian 10 cm, tynk cem. 3 cm

A = 10m*20m=200 m2; si = 20 st.C; se = 2 st.C

R=Rsi+Rse+(dtw/tw+dc/c+ds/s+dtc/tc) =

=0,13+0,04+(0,02/0,71+0,36/0,77+0,1/0,04+0,03/1) = 3,20 m2*K/W

200[m2]*(20-2)[K]/3,2[m2*K/W] = 1125 W

Q = *t = 1125 W * 5000h*3600s = 20.250.000.000 Ws =

= 5.625.000 Wh = 5,65 MWh = 20,25 GJ/rok

Strata w PLN = 20,25 * (od 20 do120) zł/GJ = 400 do 2400 zł

Sd = two – te(m)]*Ld(m)

two – temperatura wewnętrznate(m) – temperatura średnia wieloletnia miesięczna Ld(m) – liczba dni ogrzewania w danym miesiącu

Strata ciepła przez przegrodę

Q =8,64*10-5*Sd*A/R

Ilość energii cieplnej w GJ, która przeniknie przez ścianę przegrody budowlanej wielowarstwowej o powierzchni A [m2] i oporze cieplnym R [m2*K/W] w ciągu jednego roku, przeliczona na średniomiesięczną temperaturę powietrza zewnętrznego w formie stopniodni przyjętych, dla danej stacji meteorologicznej na terenie Polski, za okres 10 lat, w odniesieniu do przyjętej temperatury wewnętrznej pomieszczeń ogrzewanych oraz normatywnego czasu trwania sezonu grzewczego.

Strata ciepła przez przegrodę

Q =8,64*10-5*Sd*A/R

Q=8,64*3707*200/(3,2*10^5)Q = 20,02 GJ

Poprzednią metodą: 20,25 GJ