Как рассчитать мощность тепловой пушки? Нет ничего проще!

Казалось бы, чего проще, если в рабочем помещении, загородном доме или квартире холодно, пойти и приобрести тепловую пушку. Но здесь сразу встает вопрос помимо внешнего вида, используемого топлива все тепловые пушки различаются между собой тепловой мощностью. В случае ошибки при выборе можно по-прежнему оставаться в холоде, а можно, напротив, изнывать от жары. При этом следует учесть, что от показателя тепловой мощности зависят расход топлива или количество потребляемой электроэнергии, габариты оборудования и, самое главное, его цена. Потому весьма важно заранее рассчитать необходимую тепловую мощность, чтобы не переплачивать сначала при покупке, а потом при эксплуатации тепловых пушек.

Это только на первый взгляд представляет сложной задачей. На самом деле, не нужно иметь ни каких выдающихся математических способностей, чтобы рассчитать необходимую мощность тепловой пушки.

Сама формула выглядит весьма примитивно:

Объем помещения умножить на разницу температур, умножить на коэффициент тепловых потерь. Полученное произведение и есть искомая тепловая мощность необходимого нам оборудования.

Из ассортимента ПРОФТЕПЛО, идеально подойдет дизельная модель прямого нагрева ДК-45П с мощностью 45 кВт.

Объем помещения умножить на разницу температур умножить на коэффициент тепловых потерь. Полученное произведение и есть искомая тепловая мощность необходимого нам оборудования.

Все очень даже просто. Объем помещения, которое нам необходимо обогреть, есть произведение его длины, ширины и высоты, измеряемых в метрах. В итоге мы получим величину, измеряемую в кубических метрах. Для примера: у нас есть склад, длина которого 10 метров, ширина – 15 метров, высота – 2 метра. Перемножив три указанных показателя, мы получим объем помещения, равный 300 кубическим метрам. Так мы получили первый показатель.

Что касается второго показателя – разницы температур, то он вычисляется следующим образом: допустим, в зимнее время года в нашем складе температура без обогрева в среднем держится на уровне минус 10 градусов Цельсия. Нам для нормальной работы нужно, чтобы температура держалась на уровне плюс 19 градусов Цельсия. Для расчета разницы температур нужно от желательного показателя отнять фактический: 18 – (-10) = 28.

И последний показатель, необходимый для расчета тепловой мощности – коэффициент тепловых потерь. Здесь возможны несколько вполне устойчивых вариантов:

1. Помещение без теплоизоляции (конструкция из досок или гофрированного металла) – от 3 до 4;
2. Помещение, имеющее малую теплоизоляцию (сооружение из кирпича в одну кладку с простой конструкцией окон) – от 2 до 2,9;
3. Помещение, имеющее среднюю теплоизоляцию (сооружение из кирпича двойной кладки с небольшим числом оконных проемов) – от 1 до 1,9;
4. Помещение с высокой степенью теплоизоляции (сооружение из кирпича двойной кладки, с небольшим числом оконных проемов, имеющих двойные рамы, полы и потолок с теплоизоляционным покрытием) – от 0,6 до 0,9.

Допустим, наш склад имеет коэффициент тепловых потерь – 1,5.

Теперь, зная все данные, произведем расчеты:

300 (объем помещения) умножим на 28 (разница температур) умножим на 1,5 (коэффициент тепловых потерь) и получим искомую тепловую мощность, которая составит 12600 кКалл/час. Для перевода в привычные килоВатты полученную цифру следует разделить на 860. В итоге мы получим 14,7 кВт. Наш расчет хорош при условии, что мы идеально точно учли все показатели. Но, как правило, довольно сложно подлежит учету такой показатель, как коэффициент тепловых потерь, особенно, если учесть наличие сквозняков и необходимость регулярного проветривания. Обычно прибавляют к полученной тепловой мощности процентов 30. Таким образом, необходимая мощность тепловой пушки для обогрева нашего склада должна оставлять примерно 20 килоВатт.

Зная этот показатель, нет ничего сложного в выборе модели на сайте интернет-магазина Город инструмента, которая будет подходить вам помимо тепловой мощности, еще и по цене, по габаритам и по используемому топливу.

Как рассчитать тепловую мощность воздухонагревателя

К выбору тепловой пушки нужно подходить ответственно. Слабый обогреватель не справится с отоплением на большой площади, а слишком мощный будет расходовать лишнюю энергию. Заранее вычислите, какая тепловая мощность воздухонагревателя в кВт нужна для вашего помещения.

Как определить мощность тепловой пушки

Формула для расчета минимальной тепловой мощности выглядит так:

V * T * k / 860 ккал/ч = Q

Чтобы определить минимальную тепловую мощность нагревателя, нужно знать следующие значения:

• 
  Q — необходимая тепловая мощность (кВт).
• 
  V — объем помещения (м³). Рассчитывается как произведение длины, ширины и высоты.
• 
  T — разница между температурой воздуха на улице и желательной температурой в помещении (C°).
• 
  k — коэффициент рассеяния тепла, зависящий от типа конструкции и теплоизоляции помещения.

Коэффициент рассеяния тепла, k	Тип помещения
3,0–4,0	Конструкция из дерева или профлиста. Отсутствие теплоизоляции.
2,0–2,9	Упрощенная конструкция. Кирпичные стены одиночной кладки. Стандартное число окон, одинарные рамы. Слабая теплоизоляция кровли.
1,0–1,9	Стандартная конструкция. Кирпичные стены двойной кладки. Мало окон или одинарные рамы. Кровля со стандартной теплоизоляцией.
0,6–0,9	Утепленная конструкция. Кирпичные стены с двухслойной изоляцией. Мало окон, окна с двойными рамами. Толстая основа пола. Кровля с качественной теплоизоляцией.

Пример расчета мощности воздухонагревателя

Расскажем, как найти тепловую мощность пушки для комнаты площадью 15 метров, с высотой потолков 2,5 метров. Перемножаем значения, получаем объем комнаты 35,5 м³. Предположим, комната находится в новостройке. Возьмем средний коэффициент рассеяния тепла для утепленной квартиры — 1,5. Допустим, при температуре окружающей среды -15 °C мы хотим достичь температуры в комнате 20 °C. Итого разница температур — 35 °C.

С этими показателями расчет тепловой мощности будет выглядеть так:

35,5*35*1,5/860=2,16 кВт

Технические специалисты «ТМК» рекомендуют выбирать воздухонагреватели с небольшим запасом. Таким образом, для нашего помещения подойдут тепловые пушки мощностью 3 кВт.

Читайте рейтинг электрических тепловых пушек за 2017–2018 года.

Электрический воздухонагреватель Master B 9 EPB

Нагревательный элемент

ТЭН

Рекомендуемая площадь обогрева, м²

90

Тепловая мощность, кВт

9

Количество режимов нагрева

3

20 400р

Можно забрать 29 мая

Электрический воздухонагреватель Master B 22 EPA/EPB

Воздухонагреватель электрический Master B 22 EPA/EPB может использоваться как для обогрева офисных и складских помещений, так и для просушки поверхностей после отделочных работ. Широчайший спектр применения делает это оборудование востребованным среди специалистов множества сфер. Электрический воздухонагреватель Master безопасен и неприхотлив в эксплуатации. Он не производит шумов и вредных выхлопов, что позволяет включать его даже в местах, где постоянно находятся люди. Питание от электрической сети даст вам возможность не беспокоиться о заполнении топливного бака и спокойно оставлять технику работать. Современные системы защиты отключат ее самостоятельно при появлении первых признаков неполадок.

Нагревательный элемент

ТЭН

Рекомендуемая площадь обогрева, м²

200

Тепловая мощность, кВт

22

Количество режимов нагрева

4

52 300р

Можно забрать 29 мая

Электрический воздухонагреватель RedVerg RD-EHS2

Воздухонагреватель электрический RedVerg RD-EHS2 безопасен для людей. Компактные размеры и небольшой вес позволяют без труда транспортировать его и располагать в помещениях любой площади. Термостат даст вам возможность контролировать рабочие параметры оборудования и настраивать его так, чтобы добиться максимальной эффективности при обогреве. Техника RedVerg станет превосходным выбором для вашего дома и предприятия.

Нагревательный элемент

ТЭН

Рекомендуемая площадь обогрева, м²

20

Тепловая мощность, кВт

2

Количество режимов нагрева

2

Нет в наличии

Электрический воздухонагреватель RedVerg RD-EHR9/380TR

Воздухонагреватель электрический RedVerg RD-EHR9/380TR — переносной электрический воздухонагреватель с тепловой мощностью 9 кВт. Отличается компактными габаритами. Поддерживает три режима работы. Не распространяет посторонних запахов при эксплуатации. Термостат фиксирует температуру воздуха на входе и в дальнейшем контролирует температуру в помещении. Термовыключатель с самовозвратом отключает устройство при перегреве в целях обеспечения безопасности. Нагревательный элемент изготовлен из нержавеющей стали. Выключатель выбора режимов нагрева. Удобная рукоятка для транспортировки. Корпус из листовой стали покрыт огнеупорной краской. Предназначен для работы от сети 380 В. Вес товара 12 кг.

Нагревательный элемент

ТЭН

Рекомендуемая площадь обогрева, м²

150

Тепловая мощность, кВт

9

Количество режимов нагрева

3

Нет в наличии

Тепловой двигатель — Энергетическое образование

Энергетическое образование

Меню навигации

ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЭНЕРГИИ

ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ

ИНДЕКС

Поиск

4-тактный двигатель внутреннего сгорания. Рисунок 1. 1: впрыск топлива, 2: зажигание, 3: расширение (работа выполнена), 4: выхлоп ^[1]

Тепловой двигатель — это тип двигателя (как двигатель в автомобиле) который производит макроскопическое движение от тепла. Когда люди потирают руки, трение превращает механическую энергию (движение наших рук) в тепловую энергию (руки нагреваются). Тепловые двигатели делают прямо противоположное; они берут энергию тепла (по сравнению с окружающей средой) и превращают ее в движение. Часто это движение превращается в электричество с помощью генератора.

Почти вся энергия, используемая для транспорта и электричества, поступает от тепловых двигателей. Горячие объекты, даже газы, обладают тепловой энергией, которую можно превратить во что-то полезное. Тепловые двигатели перемещают энергию из горячего места в холодное и переводят часть этой энергии в механическую энергию. Для работы тепловых двигателей требуется разница температур.

Изучение термодинамики изначально было вдохновлено попыткой получить как можно больше энергии от тепловых двигателей. ^[2] По сей день используются различные виды топлива, такие как бензин, уголь и уран. Все эти тепловые двигатели все еще работают в пределах, налагаемых вторым законом термодинамики. Это означает, что для нагревания газа используются различные виды топлива, а для избавления от отработанного тепла необходим большой холодный резервуар. Часто отработанное тепло уходит в атмосферу или в большой водоем (океан, озеро или река).

В зависимости от типа двигателя используются различные процессы, такие как воспламенение топлива при сгорании (бензин и уголь) или использование энергии ядерных процессов для производства тепла (уран), но конечная цель одна и та же: превратить тепло в работу. Наиболее известным примером тепловой машины является двигатель автомобиля, но большинство электростанций, таких как угольные, газовые и атомные, также являются тепловыми двигателями.

Двигатель внутреннего сгорания

полный артикул

Двигатели внутреннего сгорания являются наиболее распространенной формой тепловых двигателей, поскольку они используются в транспортных средствах, лодках, кораблях, самолетах и ​​поездах. Они названы так потому, что топливо воспламеняется, чтобы совершать работу внутри двигателя. Та же топливно-воздушная смесь выбрасывается в виде выхлопных газов. Хотя это чаще всего делается с помощью поршня, это также можно сделать с помощью турбины.

На рис. 1 показан пример двигателя внутреннего сгорания. Этот конкретный тип называется четырехтактным двигателем, который довольно распространен в автомобилях.

Внешняя тепловая машина

полная статья

Внешние тепловые машины обычно представляют собой паровые машины, и они отличаются от внутренних тем, что источник тепла отделен от работающего газа. Эти тепловые двигатели обычно называют двигателями внешнего сгорания, потому что сгорание происходит вне двигателя. Например, внешнее горение будет использовать пламя для нагрева воды в пар, а затем использовать пар для вращения турбины. Это отличается от внутреннего сгорания, как в двигателе автомобиля, где бензин воспламеняется внутри поршня, работает, а затем выбрасывается.

В ядерных реакторах нет сгорания, поэтому используется более широкий термин «внешний тепловой двигатель». Реактор с кипящей водой на рис. 2 представляет собой внешнюю тепловую машину, как и другие атомные электростанции.

Рис. 2. Ядерный реактор с кипящей водой, представляющий собой внешнюю тепловую машину. ^[3]

Примеры тепловых двигателей

Внутреннее сгорание

• Поршневой двигатель
• Газовая турбина
• Реактивный двигатель

Внешнее сгорание

• ядерные реакторы, такие как реактор CANDU, реактор с водой под давлением
• угольная электростанция
• электростанция, работающая на природном газе

КПД

основной артикул

КПД двигателя – это процент подводимой энергии, которую двигатель может преобразовать в полезную работу. Уравнение для этого: η = выходная мощность / входная энергия. Наиболее эффективные поршневые двигатели работают с КПД около 50%, а средняя угольная электростанция работает с КПД около 33%. Недавно построенные электростанции получают КПД более 40%.

Меньшие тепловые двигатели, например, в автомобилях, имеют выходную механическую мощность, измеряемую в лошадиных силах. Более крупные тепловые двигатели, такие как электростанции, измеряют мощность в МВт. Конечно, выходная мощность может быть измерена в любых единицах мощности, например, в ваттах.

Потребление тепловой машины также является мощностью, часто измеряемой в МВт. С силовой установкой есть и электрическая выходная мощность. Чтобы различать эти две мощности, тепловая мощность (входная мощность) измеряется в тепловых мегаваттах (МВт), а для производства электроэнергии выходная мощность измеряется в электрических мегаваттах (МВт). Для тепловых двигателей, которые обеспечивают движение вместо электричества, выходная мощность будет механической.

Когенерация

основная статья

Тепловая машина имеет два побочных продукта: работу и тепло. Назначение большинства двигателей — производить работу, а тепло обрабатывается просто как отходы. Когенерация использует отработанное тепло для полезных вещей. Отопитель в автомобиле работает по принципу когенерации, отбирая отработанное тепло двигателя для нагрева воздуха, который прогревает салон. Вот почему работа отопителя автомобиля зимой мало влияет на расход бензина, а работа кондиционера летом может стоить примерно 10-20% расхода бензина автомобиля.

Для дальнейшего чтения

• Роторный двигатель
• Поршневой двигатель
• Работа
• Первый закон термодинамики
• Или просмотрите случайную страницу

Ссылки

1. ↑ «File:4StrokeEngine Ortho 3D Small.gif — Wikimedia Commons», Commons.wikimedia.org, 2018. [Онлайн]. Доступно: https://commons.wikimedia.org/wiki/File%3A4StrokeEngine_Ortho_3D_Small.gif. [Доступ: 17 мая 2018 г.].
2. ↑ «Энергия тонкой концепции» Дж. Куперсмит, глава 12, стр. 208, Oxford University Press, 2010.
3. ↑ (2015, 4 января). Реактор с кипящей водой [Онлайн]. Доступно: http://www.nrc.gov/reading-rm/basic-ref/students/animated-bwr.html

Новый тепловой двигатель без движущихся частей эффективнее паровой турбины | MIT News

Инженеры Массачусетского технологического института и Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии (NREL) разработали тепловой двигатель без движущихся частей. Их новые демонстрации показывают, что он преобразует тепло в электричество с эффективностью более 40 процентов, что лучше, чем у традиционных паровых турбин.

Тепловая машина представляет собой термофотоэлектрический элемент (TPV), аналогичный фотоэлектрическим элементам солнечной панели, который пассивно улавливает фотоны высокой энергии от раскаленного добела источника тепла и преобразует их в электричество. Дизайн команды может генерировать электричество из источника тепла с температурой от 1900 до 2400 градусов по Цельсию или примерно до 4300 градусов по Фаренгейту.

Исследователи планируют включить элемент TPV в тепловую батарею сетевого масштаба. Система будет поглощать избыточную энергию из возобновляемых источников, таких как солнце, и хранить эту энергию в сильно изолированных банках горячего графита. Когда необходима энергия, например, в пасмурные дни, элементы TPV будут преобразовывать тепло в электричество и передавать энергию в электросеть.

С новой ячейкой TPV команда успешно продемонстрировала основные части системы в отдельных небольших экспериментах. Они работают над интеграцией частей, чтобы продемонстрировать полностью работающую систему. Оттуда они надеются масштабировать систему, чтобы заменить электростанции, работающие на ископаемом топливе, и создать полностью обезуглероженную энергосистему, полностью снабжаемую возобновляемой энергией.

«Термофотоэлектрические элементы стали последним ключевым шагом на пути к демонстрации того, что тепловые батареи являются жизнеспособной концепцией, — говорит Асегун Генри, профессор Роберта Н. Нойса по развитию карьеры на факультете машиностроения Массачусетского технологического института. «Это абсолютно важный шаг на пути к распространению возобновляемой энергии и переходу к полностью обезуглероженной сети».

Генри и его сотрудники опубликовали сегодня свои результаты в журнале Nature. Соавторами в Массачусетском технологическом институте являются Алина Лапотин, Кайл Бузницкий, Колин Келсолл, Эндрю Роскопф и Эвелин Ванг, профессор инженерии Форда и глава факультета машиностроения, а также Кевин Шульте и сотрудники NREL в Голдене, штат Колорадо.

Преодолеть разрыв

Более 90% электроэнергии в мире производится из таких источников тепла, как уголь, природный газ, атомная энергия и концентрированная солнечная энергия. В течение столетия паровые турбины были промышленным стандартом для преобразования таких источников тепла в электричество.

В среднем паровые турбины надежно преобразуют около 35 процентов тепла в электричество, при этом около 60 процентов представляют собой самый высокий КПД любого теплового двигателя на сегодняшний день. Но механизм зависит от движущихся частей, температура которых ограничена. Источники тепла с температурой выше 2000 градусов по Цельсию, такие как система тепловых батарей, предложенная Генри, были бы слишком горячими для турбин.

В последние годы ученые изучают твердотельные альтернативы — тепловые двигатели без движущихся частей, которые потенциально могут эффективно работать при более высоких температурах.

«Одним из преимуществ твердотельных преобразователей энергии является то, что они могут работать при более высоких температурах с меньшими затратами на техническое обслуживание, поскольку у них нет движущихся частей», — говорит Генри. «Они просто сидят там и надежно производят электроэнергию».

Термофотоэлектрические элементы предложили один из путей исследования твердотельных тепловых двигателей. Подобно солнечным элементам, элементы TPV могут быть изготовлены из полупроводниковых материалов с определенной шириной запрещенной зоны — зазором между валентной зоной материала и его зоной проводимости. Если фотон с достаточно высокой энергией поглощается материалом, он может вытолкнуть электрон через запрещенную зону, где электрон затем может провести, и, таким образом, генерировать электричество — делая это без движения роторов или лопастей.

На сегодняшний день большинство ячеек TPV достигли КПД только около 20 процентов, а рекордный показатель — 32 процента, поскольку они были сделаны из материалов с относительно узкой запрещенной зоной, которые преобразуют низкотемпературные фотоны с низкой энергией и, следовательно, преобразуют энергию менее эффективно.

Ловля света

В своей новой конструкции TPV Генри и его коллеги стремились захватывать фотоны с более высокой энергией из более высокотемпературного источника тепла, тем самым более эффективно преобразовывая энергию. Новая ячейка команды делает это с материалами с большей шириной запрещенной зоны и несколькими соединениями или слоями материала по сравнению с существующими конструкциями TPV.

Ячейка изготовлена ​​из трех основных областей: сплава с высокой шириной запрещенной зоны, который находится поверх сплава с чуть меньшей шириной запрещенной зоны, под которым находится зеркальный слой золота. Первый слой улавливает фотоны с самой высокой энергией источника тепла и преобразует их в электричество, в то время как фотоны с более низкой энергией, проходящие через первый слой, захватываются вторым и преобразуются для добавления к генерируемому напряжению. Любые фотоны, которые проходят через этот второй слой, затем отражаются зеркалом обратно к источнику тепла, а не поглощаются в виде потерянного тепла.

Команда проверила эффективность ячейки, поместив ее над датчиком теплового потока — устройством, которое напрямую измеряет тепло, поглощаемое ячейкой. Они подвергали клетку воздействию высокотемпературной лампы и концентрировали свет на ячейке. Затем они меняли интенсивность лампы или температуру и наблюдали, как энергоэффективность элемента — количество производимой им энергии по сравнению с поглощаемым им теплом — менялась в зависимости от температуры. В диапазоне температур от 1900 до 2400 градусов по Цельсию новая ячейка TPV сохраняла эффективность около 40 процентов.

«Мы можем добиться высокой эффективности в широком диапазоне температур, характерных для тепловых батарей», — говорит Генри.

Клетка в экспериментах размером около квадратного сантиметра. Генри предполагает, что для системы тепловых батарей масштаба сети ячейки TPV должны будут масштабироваться примерно до 10 000 квадратных футов (около четверти футбольного поля) и будут работать на складах с климат-контролем, чтобы получать энергию от огромных банков хранимых данных. солнечная энергия. Он указывает, что существует инфраструктура для производства крупномасштабных фотоэлектрических элементов, которые также могут быть адаптированы для производства TPV.

Это исследование было частично поддержано Министерством энергетики США.

Поделиться этой новостной статьей:

Бумага

Статья: «Теплофотоэлектрическая эффективность 40%»

Упоминания в прессе

Physics World

Physics World включил два научных достижения ученых Массачусетского технологического института в свой список 10 лучших прорывов года. Профессор Ган Чен и его коллеги были выбраны за свою работу, «показывающую, что кубический арсенид бора является одним из лучших полупроводников, известных науке». Профессор Асегун Генри, аспирант Алина ЛаПотин и их коллеги были номинированы за «создание термофотоэлектрического элемента (TPV) с эффективностью более 40%».

Полная история на Physics World →

Gizmodo

Исследователи из Массачусетского технологического института создали высокоэффективный термофотоэлектрический элемент, который преобразует поступающие фотоны в электричество, сообщает Кевин Херлер для Gizmodo. «Мы разработали эту технологию — тепловые батареи — потому что хранение энергии в виде тепла, а не ее электрохимическое хранение, обходится в 10–100 раз дешевле», — объясняет профессор Асегун Генри. из Массачусетского технологического института и Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии успешно достигли 30-процентного скачка эффективности термофотоэлектрической (TPV), сообщает Роберт Ф.