Сколько тепла вам нужно? Расчеты на тепловую энергию

Большинство проблем с электрическим нагревом можно легко решить, определив количество тепла, необходимое для выполнения работы. Потребность в тепле должна быть преобразована в электроэнергию, после чего для работы можно выбрать наиболее практичный нагреватель. Независимо от того, идет ли речь о нагреве твердых тел, жидкостей или газов, метод или подход к определению требуемой мощности одинаков. Давайте проведем расчет количества теплоты необходимого для нагревания тела и помещения.

Определение проблемы отопления

Ваша проблема с отоплением должна быть четко сформулирована, уделяя особое внимание определению рабочих параметров. Прежде чем двигаться дальше, убедитесь, что у вас есть следующая информация:

• Ожидаемые минимальные температуры старта и финиша
• Максимальный расход нагреваемого материала(ов)
• Требуемое время для пускового нагрева и продолжительность технологических циклов
• Вес и размеры как нагретого(ых) материала(ов), так и содержащего(их) сосуда(ов)
• Влияние изоляции и ее тепловые свойства
• Электрические требования — напряжение
• Методы измерения температуры и место(я)
• Тип регулятора температуры
• Тип контроллера мощности
• Электрические ограничения

Разрабатываемая вами тепловая система может не учитывать все возможные или непредвиденные потребности в отоплении, поэтому помните о факторе безопасности. Коэффициент безопасности увеличивает мощность нагревателя сверх расчетных требований.

Расчет потребляемой мощности

Общая необходимая тепловая энергия (кВтч или БТЕ) представляет собой либо тепло, необходимое для запуска, либо тепло, необходимое для поддержания желаемой температуры. Это зависит от того, какой расчетный результат больше.

Требуемая мощность (кВт) – это значение тепловой энергии (кВтч), деленное на требуемое время запуска или рабочего цикла. Номинальная мощность нагревателя в кВт будет равна большему из этих значений плюс коэффициент безопасности.

Расчет пусковых и эксплуатационных требований состоит из нескольких отдельных частей, которые лучше выполнять отдельно. Однако для быстрой оценки требуемой тепловой энергии можно использовать краткий метод.

Короткий метод

• Пусковая мощность = A + C + 2/3 л + коэффициент безопасности
• Рабочая мощность = B + D + L + коэффициент безопасности
• Коэффициент безопасности обычно составляет от 10 до 35 процентов в зависимости от применения.

A = мощность, необходимая для повышения температуры материала и оборудования до рабочей точки за требуемое время.

B = мощность, необходимая для повышения температуры материала во время рабочего цикла.

Уравнение для A и B (Потребляемая мощность при повышении температуры)

• C = мощность, необходимая для плавления или испарения материала в течение пускового периода.
• D = мощность, необходимая для расплавления или испарения материала во время рабочего цикла.
Уравнение для C и D (Потребляемая мощность при плавлении или испарении)
• L = ватты, потерянные с поверхностей при использовании теплопроводности, кривых тепловых потерь при использовании излучения или кривых тепловых потерь при конвекции.

Расчет мощности

Поскольку все вещества нагреваются по-разному, для изменения температуры требуется разное количество тепла. Удельной теплоемкостью вещества называется количество теплоты, необходимое для повышения температуры единицы количества вещества на один градус. Называя количество подведенного тепла Q, которое вызовет изменение температуры ∆T на вес вещества W, при удельной теплоемкости материала Cp, тогда Q = w x Cp x ∆T.