Úpravy

Jak vypočítat tepelné ztráty?

Účelem topné sítě je poskytovat teplou vodu a ústřední vytápění domům efektivnějším způsobem než používání jednotlivých topných systémů v každém domě.

Mají-li být náklady na energii pro konečného uživatele srovnatelné s jinými druhy tepla, pak úspory získané z centrálního zařízení musí převážit dodatečné tepelné ztráty způsobené tepelnou sítí.

O tom, jak jsou sítě v praxi efektivní, bylo dosud publikováno jen velmi málo údajů, a proto se podává velmi málo zpráv. Chyběly dostupné nástroje pro návrh k modelování a analýze výkonu sítě, nedostatek dat pocházejících z webů a aby toho nebylo málo, naprostý nedostatek standardů nebo publikovaných výkonnostních metrik pro různá zařízení HIU – Heat interface.

Kalkulátor tepelné sítě byl vytvořen, aby poskytoval co nejpřesnější model výkonu tepelné sítě pomocí zavedených dat k určení, kam jde energie, kolik se plýtvá a jak lze věci zlepšit.

Podmínky návrhu

Každá kalkulačka je jen tak dobrá, jak dobrá jsou data do ní zadaná, takže pro přesnost výsledků je životně důležité, abychom pochopili, jaké zdroje dat se používají a pro jaké účely.

Při navrhování systémů je třeba provést dva samostatné výpočty:

Maximální zatížení systému
Typické zatížení systému

Maximální zatížení je to, na co se chce každý zaměřit, aby bylo zajištěno, že systém vždy zvládne poptávku. Projektanti jsou penalizováni, pokud systém nepodporuje specifikovaná zatížení, takže standardní praxí je navrhovat podle toho, přičemž standardním způsobem jsou předimenzované systémy. Používané soubory dat jsou ty, které nám říkají maximální množství vody, které bylo kdy možné vytěžit, nebo jaké historicky nejchladnější dny byly v konkrétním místě.

Jde o to, že systémy mohou tyto podmínky zaznamenat jen zřídka a pravděpodobnost, že systém zažije špičkové zatížení vodou po celý den ve stejný den, kdy člověk zažije celý den podmínky -5 °C, je extrémně nízká. Stává se však, že systémy jsou obvykle konfigurovány pro celodenní každodenní provoz a nakonec jsou neúčinné, protože jsou pro běžné použití příliš velké.

Údaje použité v této kalkulačce pocházejí z rozsáhlého terénního výzkumu provedeného nadací Energy Conservation Foundation a několika dalších zdrojů uvedených níže a poskytují realistické údaje o tom, jaké zatížení lze očekávat, a také představu o výjimečných zatíženích, které mohou být zaznamenávány. . Tyto datové sady poskytují:

Objemy TUV použité pro každé zařízení
Sezónní výkyvy v objemech TUV a výstupních teplotách
Sezónní výkyvy v zásobování studenou vodou
Sezónní zatížení ústředního topení
Hodinové sazby za spotřebu TUV
Různé dodávky teplé vody a havarijní stavy
Údaje o výkonu HIU pro 5 výrobců ve srovnání s běžným standardem.

Kalkulačka vám umožňuje nastavit špičkové podmínky a zde se dimenzují potrubí, kotle a vyrovnávací úložiště, nicméně k výpočtu výkonu sítě s maximální velikostí používá data z reálného světa.

A v tom spočívá skutečná hodnota kalkulátoru – umožňuje konstruktérovi porozumět dopadu různých konstrukčních přístupů, takže sezónní účinnost může být maximalizována a zároveň je stále schopen vypořádat se se špičkovým (a abnormálním) zatížením.

Přečtěte si více

Co je Desmokol?

Tento kalkulátor zjistí kapacitu pro projektovanou stávající nebo novou kotelnu. To vám umožní najít křivku tepelného zatížení. Představuje korelaci mezi venkovní teplotou a teplem předávaným do sítě. Tyto informace lze použít k řízení přenášeného tepla a tím ke zlepšení energetické účinnosti. Výpočet tepelné zátěže v tomto nástroji bere v úvahu:

Topný výkon při průměrné venkovní teplotě
Kapacita teplé vody při průměrné venkovní teplotě
Výkon tepelné ztráty při průměrné venkovní teplotě
Průměrná venkovní teplota
Průměrná pokojová teplota
Celkový počet provozních hodin za rok při dané venkovní teplotě.

Hlavními uživateli tohoto kalkulátoru by mohli být provozovatelé CZT, inženýři CZT, urbanisté a energetici v obcích, aby porozuměli přenášenému teplu procesů distribuce tepla a zlepšili tak energetickou účinnost.

Než se po hlavě ponoříte do bezpočtu průmyslových návrhů, produktů a aplikací pro sledování tepla, musíte nejprve pochopit základy tepelných ztrát.

Sledování teploty se používá k udržení procesních teplot v potrubích, která musí přepravovat látky, které tuhnou při okolních teplotách, a také k ochraně proti zamrznutí a k udržení teploty průtoku procesní tekutiny. Pro průmyslové tepelné procesy se používá jak elektrický topný systém, tak i parní topný systém. Typické elektrické tepelné sledování zahrnuje konstantní výkon a samoregulační tepelné sledování. Zatímco veškeré tepelné sledování podléhá tepelným ztrátám, pochopením základů tepelných ztrát můžete navrhnout řešení tepelného sledování, které bude efektivně udržovat teplotu vašeho procesního potrubí.

Tento článek popisuje základní principy přenosu tepla a výpočty používané pro potrubí a nádoby. Když pochopíte základní pojmy přenosu tepla, můžete je použít k odvození obecného vzorce používaného při výpočtech tepelných ztrát.

Na Obr. Obrázek 1 znázorňuje pohled v řezu na typický potrubní systém. Skládá se z trubky, izolace, atmosférické bariéry a mezer mezi každou vrstvou. Pokud je potrubí a jeho obsah teplejší než okolní prostředí, dojde k přenosu tepla z potrubí do vzduchu. Pokud je z potrubí odváděno dostatečné množství tepla, obsah potrubí může zhoustnout nebo ztvrdnout a způsobit poškození potrubí nebo čerpacího zařízení.

Teplo se přenáší z jednoho předmětu na druhý v podstatě stejným způsobem jako voda. Objekty s nestejnou teplotou v tepelném systému mají tendenci k tepelné rovnováze. Teplejší předmět předá část svého tepla chladnějšímu předmětu, dokud předměty nemají stejnou teplotu. Teplo může být přenášeno vedením, prouděním a sáláním.

Vodivost

Vedení je definováno jako přenos tepla nebo elektřiny vodivým prostředím přímým kontaktem. Rychlost přenosu tepla závisí na tom, jak velký odpor je mezi objekty při různých teplotách. V mnoha případech je nutný přenos tepla z jednoho média do druhého. Vaření je každodenním příkladem přenosu tepla. Většina elektronických součástek navíc funguje efektivněji, pokud se přebytečné teplo generované zařízením rozptýlí v prostředí, které není negativně ovlivněno přidaným teplem.

Naproti tomu udržení tepla v systému může být stejně důležité jako přenos tepla. Udržování obsahu potrubí nad bodem mrazu v chladném počasí je běžnou praxí, aby se minimalizoval přenos tepla.

Přečtěte si více

Jak vypadá lepidlo na dřevo?

Zda látka působí jako tepelný vodič nebo izolant, závisí na termorezistentních vlastnostech látky. Tepelný odpor (R) je mírou schopnosti předmětu zpomalit přenos tepla vedením přes danou tloušťku látky. Matematicky se R rovná:

kde
L – tloušťka izolace v palcích,
k – tepelná vodivost, (BTU)(in)/(ft2)(oF)(h)

Se změnou tloušťky (L) je ovlivněna hodnota R neboli tepelný odpor izolace. Hodnoty K jsou konstanty, které jsou specifické pro fyzikální vlastnosti daného materiálu. Měří schopnost materiálu přenášet teplo. Některé běžné hodnoty K měřené při pokojové teplotě pro materiály jsou 325,300 pro ocel, 275,700 pro měď, 0,250 pro sklolaminát a 0,167 pro vzduch.

Proudění

Ztráty v důsledku konvekce lze v systému bez rozsáhlých výpočtů považovat za zanedbatelné. V každém potrubním systému jsou mezi povrchovou stěnou a izolací malé vzduchové mezery. Vzduchové mezery jsou obvykle malé – menší než desetina palce – a brání proudění vzduchu, což omezuje konvekci. Přestože malé vzduchové mezery nepřispívají ke ztrátám tepla prouděním, měly by být analyzovány vlastnosti jejich termistorů, aby se určil jejich podíl na ztrátě tepla vedením systému.

Pro ilustraci předpokládejme, že trubka zobrazená na obrázku 1 se skládá z 1″ sklolaminátové izolace a vzduchová mezera mezi stěnou trubky a izolací je 0,05″. Pomocí rovnice hodnoty R můžete vypočítat izolaci a odpor vzduchové mezery. Poměr obou odporů ukazuje, že izolace má největší vliv na celkový tepelný odpor a drobné nedokonalosti při aplikaci izolace jsou minimální.

Procento odporu způsobené vzduchovou mezerou je 0,299 děleno 4,299, neboli 6,95 procenta.

Záření

Ztráta sálavého tepla nastává v důsledku vysokoenergetických molekul přenášejících teplo prostřednictvím vln nebo částic. Aby došlo ke značným tepelným ztrátám zářením, musí být teplejší povrch výrazně vyšší než okolní teplota – mnohem vyšší, než je pozorováno v typických aplikacích s průběhem tepla. Tepelné ztráty sáláním lze tedy zanedbat.

V praktických aplikacích při nízkých a středních teplotách tvoří konvekce a sálání asi 10 procent celkových tepelných ztrát systému. Přidáním 10 procent lze vypočítat obecný vzorec pro výpočet tepelných ztrát systému vedením, prouděním a sáláním.

Výpočty tepelných ztrát

Na rovném povrchu. Pojem „tepelná ztráta“ obvykle označuje přenos tepla předmětu do jeho okolí. To znamená, že předmět – například stěna – má teplotu vyšší než je teplota okolí (obr. 2). Matematicky vzorec pro výpočet tepelné ztráty systému vedením, vyjádřený v BTU/hod, je:

Vodivost je převrácená hodnota odporu R a lze ji vyjádřit jako U = 1/R nebo U = k/L. Proto je dalším způsobem vyjádření hlavní tepelné ztráty (Q):

BTU a watty:

Výše uvedená rovnice počítá tepelnou ztrátu celé plochy bytu v BTU/hod, ale elektřina se obvykle prodává v kilowatthodinách. Proto převod rovnice z BTU na watty vyžaduje převodní faktor. Jeden watt se rovná 3,412 BTU. Změnou rovnice vznikne nový vzorec: