Как измерить тепло: гигакалории, крыльчатки и формулы расчета

Тепловая энергия — это форма внутренней энергии тела, которая связана с хаотическим движением его молекул и атомов. Тепловая энергия зависит от массы, температуры и вида вещества. Чем больше масса и температура тела, тем больше его тепловая энергия. Чем больше разнообразие молекулярных движений в теле, тем больше его тепловая энергия.

Тепловая энергия измеряется в джоулях (Дж), которые являются единицами измерения работы и энергии в международной системе СИ. Однако в некоторых областях, связанных с теплотехникой, используются другие единицы измерения тепловой энергии, такие как калория (кал) и гигакалория (Гкал).

Калория — это количество теплоты, необходимое для нагревания одного грамма воды на один градус Цельсия при нормальном атмосферном давлении. Гигакалория — это миллиард калорий. Связь между джоулями и калориями выражается так: $$1 text{ кал} approx 4,19 text{ Дж}$$

Для сравнения тепловой энергии разных тел, используются такие понятия, как удельная теплоемкость и удельная теплота. Удельная теплоемкость — это количество теплоты, необходимое для нагревания единицы массы тела на один градус. Удельная теплота — это количество теплоты, необходимое для изменения агрегатного состояния единицы массы тела. Удельная теплоемкость и удельная теплота зависят от вида вещества и его состояния.

В таблице приведены значения удельной теплоемкости и удельной теплоты некоторых веществ при нормальных условиях.

Вещество Удельная теплоемкость, кал/(г$cdot$°С) Удельная теплота плавления, кал/г Удельная теплота парообразования, кал/г
Лед 0,5 80
Вода 1 540
Пар 0,48
Железо 0,11 38
Медь 0,09 48
Свинец 0,03 6

Из таблицы видно, что вода имеет наибольшую удельную теплоемкость и удельную теплоту парообразования среди рассмотренных веществ. Это означает, что вода лучше других веществ накапливает и отдает теплоту, поэтому она часто используется в качестве теплоносителя в системах отопления и охлаждения.

Гигакалория в час и на квадратный метр

Гигакалория (Гкал) — это единица измерения количества теплоты, равная одному миллиарду калорий. Калория — это количество теплоты, необходимое для нагревания одного грамма воды на один градус Цельсия. Гигакалория в час (Гкал/ч) — это мощность, то есть количество теплоты, выделяемое или потребляемое за один час.

Гигакалория на квадратный метр (Гкал/м 2 ) — это плотность теплового потока, то есть количество теплоты, проходящее через единицу площади за единицу времени. Эта величина используется для характеристики тепловых потерь зданий, теплового сопротивления конструкций, теплового баланса помещений и т.д.

Для перевода Гкал/ч в Гкал/м 2 необходимо знать площадь поверхности, через которую проходит тепловой поток. Например, если котельная вырабатывает 100 Гкал/ч, а площадь отапливаемого здания составляет 2000 м 2 , то плотность теплового потока равна 100 / 2000 = 0,05 Гкал/м 2 .

Для перевода Гкал/м 2 в Гкал/ч необходимо знать время, за которое проходит тепловой поток. Например, если плотность теплового потока равна 0,05 Гкал/м 2 , а время равно 24 часа, то количество теплоты, проходящее через единицу площади за сутки, равно 0,05 * 24 = 1,2 Гкал/м 2 .

В таблице приведены некоторые соотношения между Гкал/ч, Гкал/м 2 и другими единицами измерения теплоты и мощности.

Единица Значение в Гкал/ч Значение в Гкал/м 2
Джоуль (Дж) 2,78 * 10 -10 2,78 * 10 -10 / S
Килоджоуль (кДж) 2,78 * 10 -7 2,78 * 10 -7 / S
Мегаджоуль (МДж) 2,78 * 10 -4 2,78 * 10 -4 / S
Гигаджоуль (ГДж) 0,278 0,278 / S
Ватт (Вт) 2,78 * 10 -7 2,78 * 10 -7 * T
Киловатт (кВт) 2,78 * 10 -4 2,78 * 10 -4 * T
Мегаватт (МВт) 0,278 0,278 * T
Гигаватт (ГВт) 278 278 * T
Калория (кал) 1,16 * 10 -9 1,16 * 10 -9 / S
Килокалория (ккал) 1,16 * 10 -6 1,16 * 10 -6 / S
Мегакалория (Мкал) 0,00116 0,00116 / S
Гигакалория (Гкал) 1 1 / S

В формулах S — площадь в м 2 , T — время в часах.

5 интересных идей о тепле и его измерении

1. Тепловизор — это прибор, который позволяет видеть тепловое излучение объектов в инфракрасном диапазоне. Тепловизор может использоваться для обнаружения скрытых дефектов в электрических сетях, теплоизоляции, водопроводах и других системах. Тепловизор также может помочь в поиске людей и животных в условиях плохой видимости, например, в темноте или в дыму.

Читайте также:  Как пишется затмевать: значение, правила и проверка

2. Тепловой насос — это устройство, которое переносит тепло из одного места в другое с помощью электричества. Тепловой насос может использоваться для отопления или охлаждения помещений, воды, пищи и других веществ. Тепловой насос работает по принципу обратимого цикла холодильника, то есть он может как отбирать тепло от холодного источника и передавать его горячему, так и наоборот.

3. Тепловая батарея — это устройство, которое накапливает тепло в виде химической энергии и может выдавать его по требованию. Тепловая батарея может использоваться для хранения избыточного тепла, полученного от солнечных панелей, ветряных турбин, геотермальных источников и других возобновляемых источников энергии. Тепловая батарея также может использоваться для поддержания комфортной температуры в помещениях, транспортных средствах и одежде.

4. Тепловой двигатель — это устройство, которое преобразует тепло в механическую работу. Тепловой двигатель работает по принципу термодинамического цикла, то есть он использует разницу температур между горячим и холодным резервуарами для расширения и сжатия рабочего тела, например, газа или жидкости. Тепловой двигатель может использоваться для привода машин, транспортных средств, электрогенераторов и других устройств.

5. Тепловой счетчик — это прибор, который измеряет количество тепла, потребленного или выработанного в течение определенного времени. Тепловой счетчик может использоваться для контроля и оплаты теплоснабжения в жилых и общественных зданиях, промышленных предприятиях, тепловых сетях и других объектах. Тепловой счетчик состоит из датчиков температуры, расходомеров, вычислителя и индикатора.

Расчет отопления для многоэтажки и частного дома

Отопление является одной из самых важных и затратных услуг для жителей многоэтажных домов и частных домовладельцев. Расчет стоимости отопления зависит от многих факторов, таких как:

  • тип источника тепла (централизованный или автономный),
  • площадь и объем отапливаемого помещения,
  • тепловые потери через стены, окна, двери, полы и крышу,
  • температура внутри и снаружи помещения,
  • тарифы на теплоэнергию и электроэнергию,
  • наличие и характеристики счетчиков тепла и электричества,
  • коэффициенты нормативного и фактического расхода тепла.

Для расчета стоимости отопления необходимо определить количество тепловой энергии, которое потребляется для поддержания комфортной температуры в помещении. Это можно сделать по формуле:

$$Q = V cdot k cdot (t_{вн} — t_{нар}),$$

где $Q$ — количество тепловой энергии в калориях, $V$ — объем отапливаемого помещения в кубических метрах, $k$ — коэффициент теплопроводности в калориях на кубический метр и градус, $t_{вн}$ — температура внутри помещения в градусах, $t_{нар}$ — температура снаружи помещения в градусах.

Коэффициент теплопроводности зависит от типа и качества строительных материалов, из которых сделано помещение. Средние значения коэффициента теплопроводности для разных типов помещений приведены в таблице ниже.

Тип помещения Коэффициент теплопроводности, кал/(м 3 cdot °С)
Квартира в кирпичном доме 0.8
Квартира в панельном доме 1.2
Частный дом из кирпича 1.0
Частный дом из дерева 1.5

Для перевода калорий в гигакалории (Гкал) необходимо разделить количество калорий на миллиард. Для перевода гигакалорий в киловатт-часы (кВт·ч) необходимо умножить количество гигакалорий на 1163. Для расчета стоимости отопления необходимо умножить количество тепловой энергии в киловатт-часах на тариф на теплоэнергию в рублях за киловатт-час.

Пример. Рассчитать стоимость отопления для квартиры в панельном доме площадью 60 квадратных метров и высотой потолков 2.5 метра, если температура внутри помещения 20 градусов, температура снаружи помещения -10 градусов, тариф на теплоэнергию 5 рублей за киловатт-час.

Решение. Объем отапливаемого помещения равен $V = 60 cdot 2.5 = 150$ кубических метров. Коэффициент теплопроводности для квартиры в панельном доме равен $k = 1.2$ калории на кубический метр и градус. Количество тепловой энергии, потребляемой для отопления квартиры, равно:

$$Q = V cdot k cdot (t_{вн} — t_{нар}) = 150 cdot 1.2 cdot (20 — (-10)) = 54000$$ калорий.

Переводим калории в гигакалории:

$$Q = frac{54000}{10^9} = 0.000054$$ Гкал.

Переводим гигакалории в киловатт-часы:

$$Q = 0.000054 cdot 1163 = 0.062802$$ кВт·ч.

Стоимость отопления равна:

$$C = Q cdot T = 0.062802 cdot 5 = 0.31401$$ рубля.

Ответ: стоимость отопления для квартиры в панельном доме составляет 0.31401 рубля.

Четыре удивительные особенности тепла и его измерения

Тепло — это форма энергии, которая передается от более горячих тел к более холодным. Тепло измеряется в разных единицах, в зависимости от области применения и традиций. Вот некоторые интересные факты о тепле и его измерении, которые вы могли не знать.

  • Самая большая единица измерения тепла — это квадриллион калорий, или квад . Она используется для оценки потребления энергии в масштабе страны или планеты. Например, в 2019 году мировое потребление энергии составило около 600 квадов.
  • Самая маленькая единица измерения тепла — это эрг , или 10 -7 джоуля. Она используется в микрофизике и астрономии. Например, энергия, которую излучает один атом водорода в секунду, равна примерно 6 эргам.
  • Единица измерения тепла, которая зависит от температуры — это теплоемкость . Она показывает, сколько тепла нужно передать телу, чтобы изменить его температуру на один градус. Теплоемкость измеряется в джоулях на килограмм-градус или калориях на грамм-градус. Например, теплоемкость воды равна 4,18 дж/(кг·°C) или 1 кал/(г·°C).
  • Единица измерения тепла, которая зависит от объема — это тепловая мощность . Она показывает, сколько тепла передается за единицу времени. Тепловая мощность измеряется в ваттах или калориях в секунду. Например, тепловая мощность солнечного света, падающего на землю, равна примерно 1,4 кВт на квадратный метр или 330 кал/(с·м 2 ).
Читайте также:  Что такое транскрипция биология и как она работает

Счетчик-крыльчатка

Счетчик-крыльчатка — это прибор, который позволяет измерять расход тепловой энергии в системе отопления. Он состоит из двух частей: счетчика расхода воды и термопары, которая измеряет разность температур на входе и выходе воды из системы. Счетчик-крыльчатка устанавливается на трубопроводе, по которому циркулирует вода в системе отопления.

Счетчик-крыльчатка позволяет определить количество теплоты, которое потребляет каждый отдельный потребитель в системе отопления. Это позволяет более справедливо распределять плату за отопление между жильцами многоэтажного дома или частными домовладельцами. Кроме того, счетчик-крыльчатка помогает контролировать и экономить тепловую энергию, а также выявлять утечки и неисправности в системе отопления.

Для того, чтобы правильно установить и настроить счетчик-крыльчатку, необходимо учитывать ряд факторов, таких как:

  • тип и диаметр трубопровода, по которому циркулирует вода,
  • максимальный и минимальный расход воды в системе отопления,
  • максимальная и минимальная разность температур на входе и выходе воды из системы,
  • место установки счетчика-крыльчатки, чтобы обеспечить его доступность и защиту от повреждений,
  • подключение счетчика-крыльчатки к электросети и к системе сбора и передачи данных.

Счетчик-крыльчатка должен быть герметичным, устойчивым к коррозии и механическим воздействиям, а также иметь высокую точность и надежность измерений. Счетчик-крыльчатка должен быть проверен и поверен в соответствии с нормативными документами.

Расчет отопления по счетчику-крыльчатке

Счетчик-крыльчатка — это прибор, который измеряет объем горячей воды, проходящей через систему отопления. Он устанавливается на входе и выходе трубы, подключенной к радиатору или конвектору. С помощью счетчика-крыльчатки можно определить, сколько теплоты потребляет каждый отопительный прибор.

Для расчета отопления по счетчику-крыльчатке необходимо знать следующие параметры:

  • Объем горячей воды, прошедшей через счетчик за расчетный период, в кубических метрах (м 3 ).
  • Температура горячей воды на входе и выходе счетчика, в градусах Цельсия (°C).
  • Удельная теплоемкость воды, в джоулях на килограмм-градус (Дж/(кг·°C)). Это величина, показывающая, сколько теплоты нужно сообщить 1 кг воды, чтобы повысить ее температуру на 1 °C. Для воды удельная теплоемкость равна примерно 4200 Дж/(кг·°C).
  • Тариф на тепловую энергию, в рублях за гигакалорию (руб./Гкал). Это цена, которую нужно заплатить за 1 миллиард калорий теплоты. Она устанавливается местными органами власти и может отличаться в разных регионах.

Расчет отопления по счетчику-крыльчатке состоит из двух этапов:

  1. Определение количества теплоты, потребленной отопительным прибором за расчетный период, в гигакалориях (Гкал).
  2. Определение стоимости отопления, в рублях (руб.).

На первом этапе нужно использовать формулу:

$$Q = V cdot c cdot rho cdot (t_1 — t_2) cdot 10^{-9},$$

где Q — количество теплоты в Гкал, V — объем горячей воды в м 3 , c — удельная теплоемкость воды в Дж/(кг·°C), $rho$ — плотность воды в кг/м 3 , $t_1$ — температура воды на входе счетчика в °C, $t_2$ — температура воды на выходе счетчика в °C, $10^{-9}$ — коэффициент перевода из джоулей в гигакалории.

Плотность воды зависит от ее температуры и давления, но для упрощения расчетов можно принять ее равной 1000 кг/м 3 . Тогда формула упрощается до:

$$Q = V cdot c cdot (t_1 — t_2) cdot 10^{-9}.$$

На втором этапе нужно умножить количество теплоты на тариф на тепловую энергию:

$$S = Q cdot T,$$

где S — стоимость отопления в рублях, Q — количество теплоты в Гкал, T — тариф на тепловую энергию в руб./Гкал.

В качестве примера рассмотрим следующую ситуацию. Пусть за расчетный период (например, месяц) через счетчик-крыльчатку прошло 10 м 3 горячей воды, температура воды на входе счетчика была 80 °C, а на выходе — 60 °C. Удельная теплоемкость воды равна 4200 Дж/(кг·°C), а тариф на тепловую энергию — 2000 руб./Гкал. Тогда расчет отопления по счетчику-крыльчатке будет таким:

Читайте также:  Кантовская концепция пространства и времени: основные положения и проблемы

$$Q = 10 cdot 4200 cdot (80 — 60) cdot 10^{-9} = 0.0084 text{ Гкал},$$

$$S = 0.0084 cdot 2000 = 16.8 text{ руб.}$$

Таким образом, за месяц потребление теплоты составило 0.0084 Гкал, а стоимость отопления — 16.8 руб.

Этот метод расчета отопления по счетчику-крыльчатке позволяет оплачивать только фактически потребленную теплоту, а не по нормативам или по площади помещения. Однако для его применения необходимо установить счетчики-крыльчатки на каждый отопительный прибор, а также проводить их регулярную поверку и замену.

Как измерить и рассчитать тепло, которое необходимо для отопления помещений

Тепло — это форма энергии, которая передается от более горячих тел к более холодным. Тепло может быть измерено в разных единицах, но наиболее распространенными являются джоуль (Дж) и калория (кал). Джоуль — это единица СИ (международной системы единиц), которая определяет работу, совершаемую силой в 1 ньютон на расстоянии в 1 метр. Калория — это количество тепла, необходимое для повышения температуры 1 грамма воды на 1 градус Цельсия. Одна калория равна приблизительно 4,18 джоуля.

Для расчета тепла, которое необходимо для отопления помещений, используются другие единицы, такие как гигакалория в час (Гкал/ч) и киловатт-час (кВт·ч). Гигакалория в час — это количество тепла, которое выделяется при сжигании 1 тонны угля за 1 час. Киловатт-час — это количество энергии, которое потребляет электрический прибор мощностью 1 киловатт за 1 час. Одна гигакалория в час равна приблизительно 1163 киловатт-часам.

Для того, чтобы определить, сколько тепла нужно для отопления определенного помещения, необходимо учесть такие факторы, как площадь, объем, количество окон, утепление стен, температура наружного воздуха, температура внутри помещения и теплопотери через стены, окна, пол и потолок. Существуют разные методы расчета тепла для отопления, но одним из наиболее простых и популярных является метод, основанный на нормативах тепловой энергии на 1 квадратный метр площади помещения.

Вопрос 1: Как перевести джоули в калории и наоборот?

Для перевода джоулей в калории нужно разделить количество джоулей на 4,18. Например, 1000 Дж = 1000 / 4,18 = 239,23 кал. Для перевода калорий в джоули нужно умножить количество калорий на 4,18. Например, 100 кал = 100 x 4,18 = 418 Дж.

Вопрос 2: Как перевести гигакалории в час в киловатт-часы и наоборот?

Для перевода гигакалорий в час в киловатт-часы нужно умножить количество гигакалорий на 1163. Например, 1 Гкал/ч = 1 x 1163 = 1163 кВт·ч. Для перевода киловатт-часов в гигакалории в час нужно разделить количество киловатт-часов на 1163. Например, 1000 кВт·ч = 1000 / 1163 = 0,86 Гкал/ч.

Вопрос 3: Какой норматив тепловой энергии на 1 квадратный метр площади помещения используется в России?

В России используется норматив тепловой энергии на 1 квадратный метр площади помещения, равный 0,034 Гкал/ч. Это означает, что для поддержания температуры в 18 градусов Цельсия в помещении площадью 100 квадратных метров нужно потреблять 3,4 Гкал/ч тепловой энергии.

Вопрос 4: Как рассчитать теплопотери через стены, окна, пол и потолок?

Для расчета теплопотерь через стены, окна, пол и потолок нужно умножить площадь каждой поверхности на коэффициент теплопроводности материала, из которого она сделана, и на разность температур внутри и снаружи помещения. Например, если стена имеет площадь 20 квадратных метров, сделана из кирпича с коэффициентом теплопроводности 0,6 Вт/(м·К) и температура внутри помещения 18 градусов, а снаружи -10 градусов, то теплопотери через стену будут равны 20 x 0,6 x (18 — (-10)) = 336 Вт.

Вопрос 5: Что такое счетчик-крыльчатка и как он работает?

Счетчик-крыльчатка — это прибор, который измеряет объем горячей воды, проходящей через трубу. Он состоит из крыльчатки, которая вращается под действием потока воды, и счетчика, который фиксирует количество оборотов крыльчатки. Чем больше воды проходит через трубу, тем быстрее вращается крыльчатка и тем больше показывает счетчик.

Вопрос 6: Как рассчитать расход тепловой энергии по счетчику-крыльчатке?

Для расчета расхода тепловой энергии по счетчику-крыльчатке нужно умножить объем горячей воды, измеренный счетчиком, на удельную теплоемкость воды и на разность температур воды на входе и на выходе из трубы. Удельная теплоемкость воды равна 4,18 кДж/(кг·К), а разность температур воды можно определить с помощью термометров. Например, если счетчик показывает, что за сутки прошло 1 кубический метр горячей воды, температура воды на входе 70 градусов, а на выходе 50 градусов, то расход тепловой энергии будет равен 1000 x 4,18 x (70 — 50) = 83600 кДж.

Оцените статью
Поделиться с друзьями
eros-alex.ru