Расчет мощности тэна для нагрева воды

Расчет мощности для нагрева воды ТЭНом

Определение технических параметров приборов и расчёт нагрева воды – мощности нагревателя, змеевика, количества тепла и расхода энергии для нагрева воды – зависит от типа устройства электроводонагревателей, которые бывают накопительными и проточными.

Содержание статьи

Общие данные, необходимые для вычислений

Чем мощнее электрообогреватель, тем быстрее он подогревает заданное количество воды. Поэтому приборы по этому параметру подбирается в соответствии с задачами, необходимым объёмом и допустимым временем ожидания. Так, например, нагрев до 60°С 15 литров с нагревателем в 1,5 кВт займёт около полутора часов. Однако для больших объёмов (например, для наполнения 100-литровой ванны) при разумном времени ожидания (до 3 часов) для доведения жидкости до комфортной температуры понадобится устройство на 3 кВт мощнее.

Для полноценного вычисления расчётной мощности необходимо учесть ряд параметров:

1. Рабочий ресурс бытовой электросети.
   Проблема «выбивания пробок» особенно актуально стоит в домах вторичного жилфонда. Некоторые жильцы, столкнувшись с ней (например, при установке электрических радиаторов), решали вопрос добавлением отдельного кабеля, усилением проводки. Однако более универсальный рецепт – покупка водонагревателя со средним или низким энергопотреблением (чаще это приборы накопительного типа). Разница между количеством киловатт бытовой электросети и совокупной мощностью всех домашних электроприборов даст значение оптимальной мощности водонагревателя, к которому нужно стремиться.
2. Соотношение мощности ТЭНа (нагревательного элемента) и объёма бака.
   Параметр, более важный для устройств накопительного типа, в которых вода расходуется постепенно, и критичной становится скорость её остывания. Чтобы 1-киловаттный водонагреватель не покупали со 100-литровыми баками, производители приводят ориентировочную таблицу, где 1-киловаттный прибор предназначен на 15 литров, 1,5 кВт – на 50, 2 кВт – на 50-100, а 5 кВт – на 200-литровый бак.
3. Скорость водорасхода в минуту.
   Параметр имеет большее значение для проточных водонагревателей. В обиходе мощностные показатели такого нагревательного устройства (с учётом максимальной ресурсозатратности) рассчитываютсяпутём умножения на два количества литров ворорасхода в минуту. То есть, если на проточное мытьё посуды в среднем тратится 4 л/мин., то ТЭН должен быть 8 кВт. Если при приёме душа расходуется 8 л/мин., то необходим 16-киловаттныйТЭН. Вычисления усложняет то, что в квартире используются сразу 2 (а иногда и 3) точки водозабора. В этом случае, рекомендуется в вычислениях получившуюся величину умножать в полтора раза.

Накопительные водонагреватели (бойлеры)

Без физико-математических формул бытовой расчёт описывается следующим образом: за 1 час 1 кВт нагревает 860 литров на 1 К. Для более точного определения времени нагревания, мощностных характеристик, объёма используется универсальная формула, из которой потом выводятся остальные результаты:

Эта формула состоит из нескольких и отражает целый ряд параметров, учитывая при этом фактор теплопотерь. (При малых мощностных характеристиках и большом объёме этот фактор становится более существенным, однако в бытовых нагревателях этим учётным значением чаще пренебрегают):

N_full – мощностные характеристики нагревательного элемента,

Q_c – теплопотери водонагревательной ёмкости.

1. c= Q/m*(tк-tн)
   • С – удельная теплоёмкость,
   • Q – количество теплоты,
   • m – масса в килограммах (либо объём в литрах),
   • tк и tн (в °С) – конечная и начальная температуры.
2. N=Q/t
   • N – мощностные характеристики нагрева.
   • t — время нагревания в секундах.
3. N = N_full — (1000/24)*Q_c

Упрощенные формулы с постоянным коэффициентом:

• Расчёт мощности ТЭНа для нагрева воды нужной температуры:
  W= 0,00117*V*(tк-tн)/T
• Определение времени, необходимого для нагревания воды в водонагревателе:
  T= 0,00117*V*(tк-tн)/W

• W (в кВТ) – мощностная характеристика ТЭНов (нагревательного элемента),
• Т (в часах) – время нагрева воды,
• V (в литрах) – объем бака,
• tк и tн (в °С) – конечная и начальная температуры (конечная – обычно 60°C).

Часто объём приравнивают к массе (m). Тогда определение мощности ТЭНа будет производиться по формуле: W= 0,00117*m*(tк-tн)/T. Формулы считаются упрощёнными, ещё и потому что в них не учитывается:

• фактическая мощность электросети,
• температура окружающей среды,
• конструктивные особенности и потенциальные теплопотери бака,
• рекомендации некоторых производителей, относительно tн (порядка 5-8 °С летом и 15-18 °С – зимой).

При покупке устройства надо принимать во вниание, что относительно низкие мощностные характеристики накопительных водонагревателей по сравнению с проточными ещё не гарантируют финансовую экономию. Накопительные меньше «забирают», но из-за того, что работают дольше, больше и расходуют. Хотите увидеть классные видеоролики, в которых женщины готовы отдаваться мужикам долго и в разных позах, тогда бесплатное порно https://www.faphub.tv/ можно найти, перейдя на данный сайт. Вы не пожалеете, что попали сюда, так как видео тут на любой вкус. Для финансовой экономии более надёжной стратегией будет общее снижение водопотребления за счёт установки различного вида экономителей ( http://water-save.com/ ) и строгий учёт водорасхода.

Проточные водонагреватели

В расчете количества тепла для нагрева проточной воды надо учитывать разницу в стандартах напряжения России (220 В) и Европы (230 В), так как значительная часть электроводонагревателей изготовляется западноевропейскими компаниями. Благодаря этой разнице номинальный показатель в 10 кВт в таком приборе при подключении к российской сети в 220В будет на 8,5% меньше – 9,15.

Максимальный гидропоток V (в литрах за минуту) с заданными мощностными характеристиками W (в киловаттах) рассчитывается по формуле: V= 14,3*(W/t₂-t₁), в которой t₁ и t₂– температуры на входе в нагреватель и в результате подогрева соответственно.

Ориентировочные мощностные характеристики электроводонагревателей применительно к бытовым потребностям (в киловаттах):

• 4−6 – только для мытья рук и посуды,
• 6−8 – для принятия душа,
• 10−15 – для мойки и душа,
• 15−20 – для полного водоснабжения квартиры или частного дома.

Выбор затрудняет то, что нагреватели выпускаются в двух вариантах подключения: к однофазной (220 В) и трёхфазной (380 В) сети. Однако нагреватели для однофазной сети, как правило, не выпускаются выше 10 киловатт.

Вычисления для бассейнов

Расчет нагрева воды в бассейне складывается из вычисления параметров электронагревателя и объёма, который необходимо подогреть. В таблице указано приблизительное время в часах, за которое температура поднимается с 10 °С до 28 °С. При этом существенную роль в конечных вычислениях играет площадь водяного «зеркала», температура окружающей среды, степень открытости/ закрытости места расположения бассейна.

Калькулятор расчета мощности тэна для нагрева воды

ТЭН — одно из самых удачных изобретений в сфере нагрева жидкостей от электропитания. При всем этом с помощью трубчатых нагревателей обогревают не только воду в бойлерах бытового пользования, их используют для теплового воздействия на жидкости разного состава и среды в промышленной сфере.

В данной статье мы рассмотрим основные особенности трубчатых нагревателей. Вы можете ознакомиться с материалами статьи или же сразу перейти к калькулятору расчета мощности ТЭНов для воды .

Что такое трубчатый нагревательный элемент?

Нагревательный элемент преобразует электрическую энергию в тепло посредством резистивного процесса (также известного как джоулев нагрев). Электрический ток, проходящий через элемент, встречает сопротивление, от которого выделяется тепло.

Обычно трубчатые нагревательные элементы изготавливаются из проволоки или ленты, которые преобразуют электричество в тепло и передают его. В первую очередь прогреву поддаются элементы конструкции нагревателя, такие как изоляция и оболочка, а затем уже тепло подается окружающей среде или контактной поверхности.

Как работает нагревательный элемент?

Как уже понятно, нагревательные элементы участвуют в преобразовании электрической энергии в тепло. Однако, чтобы понять, как функционирует трубчатый нагревательный элемент, мы должны вспомнить несколько основных уроков физики. Во-первых, проводники — хорошие переносчики электричества. И наоборот, изоляторы — плохие переносчики электричества. Таким образом, при потреблении тока проводник вырабатывая высокое сопротивление способен обеспечить высокотемпературный нагрев, а изоляционный материал окружающий его (проводник в виде, например, проволоки или спирали из нихрома) ток не пропускает, производя защиту от пробоев и электротравм, а только передает тепло.

Резистивный элемент, то есть проводник, фиксируется на сердечнике, что позволяет ему не утрачивать заданную форму и расстояние, между заданными шагами намотки потребляя электроэнергию, нагревается и передает тепло изоляционному материалу. Это может быть порошкообразное вещество заполняющее пространство между спиралью и внутренней поверхностью трубчатого корпуса, от которого высокая температура равномерно переходит к корпусной основе нагревателя.

В результате нагревательные элементы представляют собой прочный электрический компонент, который выделяет тепло, когда через него протекает электрический ток.

Для нагрева жидкостей сегодня применяется довольно таки широкий ассортимент водонагревательных ТЭНов. Каждый из таких элементов предназначается для работы в определенной среде и может выдерживать различные нагрузки. Подбор максимально правильного варианта зависит не только от возможностей потребителя, а и от тех характеристик, которыми должен обладать нагреватель для создания качественных условий нагрева.

«ТЭН24» предлагает самые качественные и выгодные варианты ТЭН для обогрева жидкостей различного состава. У нас вы можете приобрести нагреватели с соответствующими параметрами типа:

«Мокрый» ТЭН — погружаемый в бойлер и непосредственно контактирующий с жидкостью в нем. Производит быстрый нагрев, может устанавливаться в баки любого объема и работать при высокой мощности.

«Сухой» ТЭН — располагаемый в емкости с жидкостью, но за счет наличия специальной колбы не контактирующий с жидкостью напрямую. Такой нагреватель служит дольше, его легче заменять, но из-за параметров он может применяться в бойлерах объемом не менее 50 литров.

Блок ТЭН — применяется для нагрева различных жидкостей, в частности воды и масла. Корпус ТЭНа изготовлен из кислостойкой нержавейки и не вступает в реакцию с жидкостью.

Несмотря на высокое качество современных ТЭН и возможность их промышленного производства с разными характеристиками производителями бойлеров немалым спросом пользуются самодельные аналоги. Обуславливается это значительно меньшей стоимостью. Тем более при самостоятельной сборке летней душевой кабины или умывальника очень удобно применять самодельные электрические водонагреватели. Поместив такой нагреватель в подходящую емкость с водой, вы сможете вполне улучшить свои удобства на даче или в частном доме.

Внеся данные объема нагреваемой воды, ее начальной температуры, конечной температуры и желаемого периода нагрева в предложенный калькулятор вы с легкостью сможете рассчитать необходимый показатель мощности трубчатого нагревателя. Уровень точности расчета достаточно высок с учетом особенностей конструкции и фактическим напряжением электрической сети.

Если напряжение в сети будет иметь показатель ниже Uраб электронагревателя (такое может случиться при снижении напряжения лилии) эффективность работы нагревательного элемента также снизится. Естественно, что за счет последующего снижения уровня температуры греющей поверхности вода также будет нагреваться дольше.

Конечные данные, полученные из калькулятора, не означают что нужно использовать нагреватель только такого номинала: достичь необходимой мощности можно применив несколько нагревательных элементов с параллельным соединением.

Обращаем ваше внимание, что в случае предложенного расчета не учтены тепловые потери в окружающую среду, которые зачастую возникают из-за плохой теплоизоляции или непродуманной конструкции емкости водонагревателя.

Рекомендуемая для ввода начальная температура в зависимости от сезонного периода может отличаться: 12-18°С летом и 5-10°С в зимой.

Расчет расходов на нагрев воды

Сколько кВт·ч энергии тратится на нагрев воды

Справка

Этот калькулятор высчитает сколько денег, электроэнергии и времени тратится на нагрев воды. Вам не потребуется ни формул, ни коэффициентов: просто введите ваши данные и получите ответ.

Для расчета потребленной электроэнергии надо указать температуру холодной и горячей воды, а также её объём (массу). Вы можете указать КПД нагревательного прибора, если он вам известен. Если задать КПД 100%, то расчет покажет только полезную мощность затраченную на нагрев воды. При указании реального КПД расчет выдаст полную мощность, потребленную от сети.

Чтобы высчитать полную стоимость нагрева воды, необходимо задать ваш тариф на электроэнергию в рублях.

Чтобы оценить сколько времени занимает нагрев, укажите мощность электроприбора, которым вы греете воду, в киловаттах (кВт). Мощность часто указана на корпусе прибора, а также в его руководстве по эксплуатации или паспорте.

Примеры

Кипячение воды в электрочайнике

Обычно я наливаю в чайник воду комнатной температуры 20°C до отметки 1 литр и всегда довожу до кипения (до 100 градусов). Мощность чайника 2 кВт. Простейший расчет показывает, что на кипячение потратится примерно 0,1 кВт ч (киловатт часов) электроэнергии, 3 минуты времени, и, по московским тарифам, пятьдесят копеек денег.

Значит, каждое чаепитие прибавляет пол рубля в счет за электроэнергию, но это значительно меньше цены порции чая или кофе.

Подогрев воды в накопительном водонагревателе

Принимая душ, я каждый раз полностью опустошаю всю горячую воду из накопительного нагревателя, потому как в конце вода становится холодной. Зимой нагреватель греет холодную водопроводную воду от 5 до 45 градусов. Объем бачка 80 литров. При мощности тэнов 2 кВт, свежая вода в бачке будет нагреваться 2 часа, при этом потратится примерно 4 кВт электроэнергии и 20 рублей денег на её оплату. Летом вода греется от 18 до 45.

Значит, зимой каждое принятие душа обходится семейной казне в 20 рублей, а летом — в 15 рублей, если не считать стоимость холодной воды.

Замечание о кпд нагрева воды

Существует распространенное ошибочное мнение о том, что водяные электронагреватели имеют кпд равный 100%. Это вызвано тем, что в теоретических расчётах потерями энергии нередко пренебрегают из-за их малой величины. Но когда расчёты имеют практическое применение, то нетрудно заметить, что в действительности потери энергии при нагреве воды происходят уже с первых секунд. В зависимости от нагревательного прибора это могут быть следующие основные виды потерь:

• на разогрев самого нагревательного элемента (особенно много для электроплиты),
• на нагрев стенок ёмкости (чайника, бака),
• теплопередача и тепловое излучение энергии в окружающую среду от стенок ёмкости и непогружного нагревательного элемента),
• испарение с поверхности воды в открытых емкостях (кастрюлях и чайниках без крышки),
• потери на парообразование при кипении (самый мощный канал потерь).

Исходя из направлений основных потерь, нетрудно определить мероприятия по повышению кпд процесса нагрева воды:

• использование погружного нагревательного элемента,
• использование закрытой ёмкости,
• теплоизоляция ёмкости,
• использование минимально необходимой температуры нагрева,
• отключение при возникновении кипения.

В качестве дополнительных потерь можно отметить:

• потери в электрических проводах и контактах (разогрев проводов и штепсельной вилки электроприбора).
• потери на побочных электрохимических процессах (ионные нагреватели, электрохимическое разложение воды, электрохимическое растворение анода),
• потери на звук (шум, издаваемый пузырьками пара в месте контакта нагревателя или горячей поверхности с водой).

С точки зрения только потерь энергии дополнительные потери являются мизерными и несущественными, однако с точки зрения незапланированных расходов и рисков эти потери требуют особого внимания:

• Разогрев проводов электропитания в лучшем случае приводит к временной поломке проводов/розетки/вилки, в худшем — к пожару, поражению электрическим током, ожогу.
• Электрохимические процессы насыщают воду ионами металлов, разъедают бак и погружной нагревательный элемент. Первое делает воду непригодной для питья, второе сокращает срок службы водонагревателя и может вызвать потоп, если бак проржавеет насквозь.
• Шум при нагреве воды является индикатором того, что на поверхности контакта воды с горячим металлом происходит парообразование. Этот процесс приводит к образованию накипи. Из-за того, что накипь плохо проводит тепло, нагревательный элемент начинает перегреваться, приходя в негодность ускоренными темпами (также немного увеличивается время нагрева). Поломка нагревательного элемента может привести к поражению людей электрическим током). Также, шум сам по себе может мешать окружающим, вызывая шумовое загрязнение.

Исходя из направлений дополнительных потерь, выделяются мероприятия по избеганию и снижению их негативных последствий:

• Использование исправной электросети (исправного заземления), периодическая проверка нагрева питающих проводов, своевременное устранение проблем.
• Нагрев питьевой воды только специально предназначенными для этого приборами.
• Своевременная замена анода в водонагревателях (магниевый анод, алюминиевый анод).
• Отключение нагревателя от водопровода и электросети на время отсутствия людей.
• Использование активных систем защиты от протечек (автоматический клапан перекрывает подачу воды при намокании пола там, где установлен датчик).
• Использование УЗО (устройство защитного отключения) для водонагревателей, и периодическая проверка работоспособности этого устройства 1 раз в полгода.
• Снижение температуры поверхности горячего металла в месте контакта с водой (для снижения образования накипи и шума) следующими способами или их комбинациями:
  — снижение мощности нагревателя без снижения площади контакта;
  — увеличение площади контакта нагревателя с водой без увеличения мощности (например, предпочесть тен с бОльшей удельной площадью, если позволяет пространство);
  — активное регулирование (ограничение) температуры нагревателя симисторным (транзисторным) блоком управления;
  — установка дополнительных тенов, работающих одновременно, но со сниженной мощностью (последовательное включение);
  — периодическая проверка наличия накипи, своевременная очистка;
  — увеличение скорости потока воды около тена или нагревательной поверхности.

ТЭН — Расчёт мощности нагрева

Ниже приведены формулы для расчёта мощности ТЭН для различных тепловых процессов

1. Количество теплоты необходимой для нагрева

где m — масса нагреваемого тела, [кг];
C — удельная теплоёмкость, [ Дж/кг/К]
T₁,T — конечная и начальная температуры нагрева, [К]

2. Количество теплоты необходимой для плавления твёрдого тела

где λ — удельная теплота плавления, [ Дж/кг];
m — масса тела, [кг]

3. Количество теплоты необходимой для превращения жидкости в пар

где r — удельная теплота парообразования, [ Дж/кг];
m — масса тела, [кг]

Любой технологический тепловой процесс сопровождается потерями, мощность которых можно учесть по формуле:

где P_уд — удельные потери с единицы площади, [ Вт/м 2 ];
S — площадь поверхности потерь, [м 2 ]

Таким образом необходимую суммарную мощность нагревателей можно рассчитать по формуле:

где k — коэффициент учитывающий запас мощности ( можно принять k=1.2-1.3);
Q — суммарное количество теплоты для обеспечения теплового процесса, [Дж];
t — время теплового процесса, [с]
P_пот — суммарная мощность потерь, [Вт]

Пример 1. Необходимая мощность для нагрева пресс-формы

Стальная пресс-форма с размерами 254*203* 100 мм используется для изготовления полиэтиленовых деталей. Каждый час, 2.5 кг полиэтилена помещается в пресс-форму. Пресс-форма расположена между двумя плитами из нержавеющей стали размерами 380*305*38 мм., которые изолированы от прессового механизма теплоизоляцией толщиной 12.5 мм. Рабочая температура пресс-формы 205 °С. Необходимо обеспечить достижение этой температуры за 1 час при температуре окружающей среды 21 °С.

1. Находимое количество тепла

1.1 Количество тепла для нагрева пресс-формы

Q₁=m₁*C₁*( T₁-T)=80.4*0.46*(205-21)=6800кДж , где
масса пресс-формы m₁=2*254*203*100*2*7.8*10-6=80.4кг,
удельная теплоёмкость стали C₁=0.46кДж/кг/К,
начальная T= 21 °С и конечная T₁=205 °С температуры нагрева.

1.2 Количество тепла для нагрева плит

Q₂=m₂*C₂*(T₁-T)=68.7*0.47*(205-21)=5940кДж, где
масса пластин m₂=380*305*38*2*7.8*10-6=68.7кг , удельная теплоёмкость нерж.стали C₂=0.47кДж/кг/К

1.3 Количество тепла для нагрева полиэтилена

Q₃= m₃*C₃*(T₁-T)=2.5*2.3*(205-21)=1060кДж, где масса полиэтилена m₃=2.5кг, удельная теплоёмкость полиэтилена C₃=2.3Дж/кг/К

1.4 Мощность необходимая для нагрева

P_н =k*(Q₁+Q₂+Q₃)/t =1.2*(6800+5940+1060)/3600=4.6кВт=4600Вт, где k=1.2 — коэффициент учитывающий запас мощности
t=3600c — время нагрева.

2. Потери тепла при рабочей температуре

2.1 Потери на пресс-форме с вертикальных поверхностей

P_1в=S_1в*P_уд.в=.182*3800=690Вт
где S_1в=(254*100+203*100)*4=182800мм 2 =.182м 2 — площадь вертикальных поверхностей пресс-формы
P_уд.в=3800Вт/м 2 — удельные потери с вертикальной стальной поверхности при температуре 205 °С ( по рис. 1)

2.2 Потери на плитах с вертикальных поверхностей

P_2в=S_2в* P_уд.в=.104*3800=395Вт
где S_2в=(38*380+38*305)*4=104120мм 2 =.104м 2 — площадь вертикальных поверхностей плит
P_уд.в=3800Вт/м 2 — удельные потери с вертикальной стальной поверхности при температуре 205 °С ( по рис. 1 )

2.3 Потери на плитах с неизолированных горизонтальных поверхностей

P_2г=S_2г*P_уд.г=0.129*2700=350Вт
где S_2г=(380*305-254*203)*2=128676мм 2 =129м 2 — площадь неизолированных горизонтальных поверхностей плит
P_уд.г=2700Вт/м 2 — удельные потери с горизонтальной неизолированной стальной поверхности при температуре 205 °С ( по рис. 1 )

2.4 Потери на плитах с изолированных горизонтальных поверхностей

P_2ги=S_2ги*P_уд.ги=0.232*1100=255Вт
где S_2ги=380*305*2=231800мм 2 =.232м 2 — площадь неизолированных горизонтальных поверхностей плит
P_уд.ги=1100Вт/м2 — удельные потери с горизонтальной изолированной стальной поверхности при температуре 205 °С ( по рис. 4 )

2.5 Суммарные потери при рабочей температуре

P_пот=k*(P_1в +P_2в +P_2г + P_2ги)=1.2*(690+395+350+255)=2030Вт
k=1.2 — коэффициент учитывающий запас мощности

3. Необходимая суммарная мощность

При выборе нагревателей необходимо учитывать, что суммарная мощность всех нагревателей должна быть не менее рассчитанной. При этом, удельная поверхностная мощность нагревателя не должна превосходить предельно допустимую.

Пример 2. Плавление парафина

Неизолированная стальная ёмкость без крышки имеет размеры 455*610*455 мм и весит 63.5 кг. В этой ёмкости находится 76 кг парафина, который необходимо нагреть до 65 °С за 2.5 часа. Температура окружающей среды 22 °С.

1. Находимое количество тепла

1.1 Количество тепла для нагрева ёмкости

Q₁=m₁*C₁*(T₁-T)=63.5*0.46*(65-22)=1260кДж,
где масса ёмкости m₁=63.5 кг,
удельная теплоёмкость стали по C₁=0.46 кДж/кг/К,
начальная T=22 °С и конечная T₁= 65 °С температуры нагрева.

1.2 Количество тепла для нагрева парафина до температуры плавления

Q₂=m₂*C₂*(T₂-T)=76*2.89*(54-22)=7028кДж,
где масса парафина m₂=76кг,
температура плавления парафина T₂=54 °С,
удельная теплоёмкость твёрдого парафина C₂=2.89кДж/кг/К

1.3 Количество тепла для нагрева расплавленного парафина до конечной температуры

Q₃= m₂*C₃*(T₁ -T)=76*2.93*(65-54)=2450кДж,
где масса парафина m₂=76кг,
удельная теплоёмкость жидкого парафина C₂=2.93кДж/кг/К

1.4 Количество тепла для плавления парафина

Q₄= m₂*λ=76*147 =11205 кДж,
где масса парафина m₂=76 кг,
удельная теплота плавления парафина λ=147 Дж/кг

1.5 Мощность необходимая для нагрева

P_н=k*(Q₁+Q₂+Q₃+Q₃)/t=1.2*(1260+7028+2450+11205)/9000=2.95кВт=2950Вт,
где k=1.2 — коэффициент учитывающий запас мощности,
t=2.5*3600=9000c — время нагрева.

2. Потери тепла при рабочей температуре

2.1 Потери с поверхности парафина

P_п=S_п*P_удп=0.28*750=210Вт,
где S_п=455*610=277550 мм 2 =.28м 2 — площадь поверхности парафина,
P_уд.п=750 Вт/м 2 — удельные потери с поверхности парафина ( по рис. 5)

2.2 Потери с поверхности стальной ёмкости

P_ё= S_ё*P_уд.ё=1.247*590Вт=740Вт,
где S_ё=(455+610)*2*455+455*610=1246700мм 2 =1.247м 2 — площадь поверхности стальной ёмкости
P_уд.в=590Вт/м 2 — удельные потери с поверхности стальной ёмкости при температуре 65 °С ( по рис. 1 )

2.5 Суммарные потери при рабочей температуре

3. Необходимая суммарная мощность

При выборе нагревателей необходимо учитывать, что суммарная мощность всех нагревателей должна быть не менее рассчитанной. При этом, удельная поверхностная мощность нагревателя не должна превосходить предельно допустимую 2.5Вт/см 2

Расчет мощности тэна для нагрева воды

Расчеты ГВС, БКН. Находим объем, мощность ГВС, мощность БКН(змейки), время прогрева и т.п.

В этой статье рассмотрим практические задачи для нахождения объемов накопления горячей воды, мощности нагрева ГВС. Мощности нагревательного оборудования. Время готовности горячей воды для различного оборудования и тому подобное.

Какие схемы использовать для получения ГВС? Ответ тут: Схемы получения ГВС у котла.

Рассмотрим примеры задач:

1. Расчет мощности проточного водонагревателя 2. Расчет выходной температуры у проточного водонагревателя 3. Расчет время нагрева электрического водонагревателя (бойлера) 4. Расчет времени нагрева бойлера косвенного нагрева 5. Сколько необходимо накопить горячей воды для того, чтобы помыться 30 минут в душе? 6. Расчет объема бака на ГВС 7. Расчет дополнительной мощности на ГВС. Мощность котла = Отопление + ГВС

Задача 1. Найти мощность проточного водонагревателя

Проточный водонагреватель — это водонагреватель объем воды, в котором может быть настолько мал, что его существование бесполезно для накопления воды. Поэтому считается, что проточный водонагреватель не предназначен аккумулировать горячую воду. И мы это не учитываем в расчетах.

Дано: Расход воды равен 0,2 л/сек. Температура холодной воды 15 градусов Цельсия.

Найти: Мощность проточного водонагревателя, при условии, что он нагреет воду до 45 градусов.

Как найти теплоемкость при различных температурах воды описано тут: http://infobos.ru/str/576.html

Ответ: Мощность проточного водонагревателя составит 25120 Вт = 25 кВт.

Практически не целесообразно потреблять большое количество электроэнергии. Поэтому необходимо аккумулировать(накапливать горячую воду) и уменьшать нагрузку на электропровода.

Проточные водонагреватели имеют не стабильный прогрев горячей воды. Температура горячей воды будет зависеть от расхода воды через проточный водонагреватель. Датчики переключения мощности или температуры не позволяют хорошо стабилизировать температуру.

Если хотите найти выходную температуру существующего проточного водонагревателя при определенном расходе.

Задача 2. Время нагрева электрического водонагревателя (бойлера)

Имеем электрический водонагреватель объемом 200 литров. Мощность электрических тэнов 3 кВт. Необходимо найти время нагрева воды с 10 градусов до 90 градусов Цельсия.

Wт = 3кВт = 3000 Вт.

Найти: Время, за которое объем воды в баке водонагревателя нагреется с 10 до 90 градусов.

Потребляемая мощность тэнов не меняется от температуры воды в баке. (Как меняется мощность в теплообменниках, рассмотрим в другой задаче.)

Необходимо найти мощность тэнов, как для проточного водонагревателя. И этой мощности будет достаточно нагреть воду за 1 час времени.

Если известно, что с мощностью тэнов в 18,6 кВт бак нагреет воду за 1 час времени, тогда не сложно посчитать время с мощностью тэнов на 3 кВт.

Ответ: Время нагрева воды с 10 до 90 градусов с емкостью 200 литров составит 6 часов 12 минут.

Далее рассчитаем время нагрева бойлера косвенного нагрева.

Задача 3. Время нагрева бойлера косвенного нагрева

Рассмотрим для примера бойлер косвенного нагрева: Buderus Logalux SU200

Номинальная мощность: 31.5 кВт. Тут не понятно, из каких соображений это найдено. Но посмотрите таблицу ниже.

Объем 200 литров

Змейка сделана из стальной трубы DN25. Внутренний диаметр 25 мм. Наружный 32 мм.

Гидравлические потери в трубе-змейке указывают 190 мБар при расходе 2 м3/час. Что соответствует 4.6 Kvs.

Конечно, это сопротивление велико для воды и новой трубы. Скорее всего были заложены риски на зарастание трубопровода, на теплоноситель с большой вязкостью и сопротивление на соединениях. Лучше указать заведомо большие потери, чтобы кто-либо не просчитался в расчетах.

Площадь теплообмена 0,9 м2.

Помещается в трубу-змейку 6 литров воды.

Длина этой трубы-змейки примерно 12 метров.

Время прогрева пишут 25 минут. Тут не понятно, как это посчитали. Смотрим таблицу.

Таблица мощности змейки БКН

Рассмотрим таблицу определения мощности змейки

Рассмотрим SU200 мощность теплоотдачи змейки 32,8 кВт

Затекает в змейку теплоноситель с температурой 80 градусов с расходом 2 м3/час.

При этом в контуре ГВС расход 805 л/час. Затекает 10 градусов выходит 45 градусов

Другой вариант

Рассмотрим SU200 мощность теплоотдачи змейки 27,5 кВт

Затекает в змейку теплоноситель с температурой 80 градусов с расходом 2 м3/час.

При этом в контуре ГВС расход 475 л/час. Затекает 10 градусов выходит 60 градусов

Другие характеристики

К сожалению, я Вам не предоставлю расчет времени нагрева бойлера косвенного нагрева. Потому что это не одна формула. Тут переплетения множество значений: Начиная от формул коэффициента теплопередачи, поправочные коэффициенты для разных теплообменников (так как конвекция воды тоже вносит свои отклонения), и заканчивается это итерацией расчетов по измененным температурам с течением времени. Тут, скорее всего в будущем я сделаю калькулятор расчета.

Вам придется довольствоваться тем, что нам говорит производитель БКН(Бойлера косвенного нагрева.)

А говорит нам производитель следующее:

Что вода будет готова через 25 минут. При условии, что затекать в змейку будет 80 градусов с расходом 2 м3/час. Мощность котла, дающий нагретый теплоноситель не должна быть ниже 31,5 кВт. Готовая к приему вода считается 45-60 градусов. 45 градусов помыться в душе. 60 это очень горячая вода, например для мыться посуды.

Задача 4. Сколько необходимо накопить горячей воды для того, чтобы помыться 30 минут в душе?

Рассчитаем для примера с электрическим водонагревателем. Так как электрический тэн имеет постоянную отдачу тепловой энергии. Мощность тэнов 3 кВт.

Холодная вода 10 градусов

Минимальная температура из крана 45 градусов

Максимальная температура нагрева воды в баке 80 градусов

Комфортный расход вытекающей воды из крана 0,25 л/сек.

Сначала найдем мощность, которая обеспечит данный расход воды

Ответ: 0,45 м3 = 450 литров воды понадобится для того, чтобы помыться накопленной горячей водой. При условии, что тэны не нагревают воду в момент потребления горячей воды.

Это доказывается следующим образом:

Энергия, затраченная на нагрев бака с 10 до 80:

То есть в баке объемом 450 литров с температурой 80 градусов уже содержится 36 кВт тепловой энергии.

Из этого бака мы забираем энергию: 450 литров воды с температурой 45 градусов (через кран). Тепловая энергия воды объемом 450 литров с температурой 45 градусов = 18 кВт.

Эта доказывается законом сохранения энергии. Изначально в баке было 36 кВт энергии, забрали 18 кВт осталось 18 кВт. Эти 18 кВт энергии содержат воду с температурой 45 градусов. То есть 70 градусов поделили пополам получили 35 градусов. 35 градусов + 10 градусов холодной воды получаем температуру 45 градусов.

Давайте теперь попробуем найти объем бака при нагреве бойлера до 90 градусов.

Использованная энергия потребления горячей воды на выходе из крана 18317 Вт

Ответ: Объем бака 350 литров. Повышение всего на 10 градусов уменьшило объем бака на 100 литров.