Kategorija

Iknedēļas Ziņas

1 Katli
Grīdas apkures radiatori - veidi un dizaina elementi
2 Katli
Tērauda apkures radiatori: bateriju veidi, īpašības un priekšrocības
3 Kamīni
Elektriskie sildītāji
4 Radiatori
Siltuma skaitītāji apkurei: ekonomiski un ienesīgi
Galvenais / Degviela

Par siltumenerģiju vienkāršā valodā!


Cilvēce zina dažus enerģijas veidus - mehānisko enerģiju (kinētiku un potenciālu), iekšējo enerģiju (termisko), lauka enerģiju (gravitācijas, elektromagnētisko un kodolenerģiju), ķīmiskās vielas. Atsevišķi ir nepieciešams izcelt sprādziena enerģiju.

. vakuuma enerģija un joprojām pastāv tikai teorētiski - tumša enerģija. Šajā rakstā, kas ir pirmais kategorijā "Siltumtehnika", es mēģināšu vienkāršā un pieejamā valodā, izmantojot praktisku piemēru, pastāstīt par svarīgāko enerģijas veidu cilvēku dzīvē - par siltumenerģiju un par siltuma jaudu, kas laika gaitā rada to.

Daži vārdi, lai saprastu siltumtehnikas vietu kā zinātnes sadaļu par siltuma enerģijas saņemšanu, nodošanu un lietošanu. Mūsdienu siltumtehnoloģija izcēlās no vispārējās termodinamikas, kas savukārt ir viena no fizikas sekcijām. Termodinamika ir burtiski "silta" un "jauda". Tādējādi termodinamika ir zinātne par sistēmas "temperatūras izmaiņām".

Siltuma apmaiņas rezultāts var būt ietekme uz sistēmu no ārpuses, kurā mainās tās iekšējā enerģija. Siltumenerģiju, ko sistēma iegādājusies vai pazaudējusi šādas mijiedarbības rezultātā ar vidi, sauc par siltuma daudzumu, un to mēra SI sistēmā pēc džouliem.

Ja neesat siltuma inženieris un katru dienu nesaprotat siltumtehnikas jautājumus, tad tie sastapsies, dažreiz bez pieredzes ir ļoti grūti tos ātri izpētīt. Bez pieredzes ir grūti pateikt pat siltuma un siltuma jaudas vērtību vēlamo vērtību dimensiju. Cik daudz jūdu enerģijas ir nepieciešams, lai sildītu 1000 kubikmetrus gaisa no temperatūras -37˚С līdz + 18˚С. Kam vajadzīgs siltuma enerģijas avots, lai tas būtu 1 stundas laikā. Šodien "tālu no visiem inženieriem" var atbildēt uz šiem "ne tik sarežģītiem" jautājumiem. Dažreiz eksperti pat atceras formulas, bet tikai daži no tiem var tos pielietot praksē!

Pēc šī raksta beigām jūs varat viegli atrisināt reālas rūpnieciskās un vietējās problēmas, kas saistītas ar dažādu materiālu apkuri un dzesēšanu. Izpratne par siltuma padeves procesu fizisko būtību un vienkāršu pamatformulu zināšanām - tie ir galvenie siltumtehnikas zināšanu pamatelementi!

Siltuma daudzums dažādos fizikālos procesos.

Lielākā daļa zināmo vielu var būt citā temperatūrā un spiedienā cietā, šķidrā, gāzveida vai plazmas stāvoklī. Pāreja no vienas agregācijas stāvokļa uz otru notiek pie nemainīgas temperatūras (ar nosacījumu, ka spiediens un citi vides parametri nemainās), un tam pievieno siltumenerģijas absorbciju vai izlaišanu. Neskatoties uz to, ka Universitātē 99% vielas ir plazmas stāvoklī, šajā pantā mēs neuzskatīsim šo agregatīvo stāvokli.

Apsveriet attēlu, kas attēlots attēlā. Tajā parādīta vielas T temperatūras atkarība no siltuma daudzuma Q, ko piegādā noteiktai slēgtai sistēmai, kurā ir noteikta konkrētas vielas masa.

1. Cietā ķermeņa temperatūra T1 tiek uzkarsēta līdz temperatūrai Tpl, šim procesam iztērējot siltuma daudzumu, kas vienāds ar Q1.

2. Pēc tam sākas kausēšanas process, kas notiek nemainīgā temperatūrā Tm (kušanas temperatūra). Lai iztīrītu visu masas masu, nepieciešams iztērēt siltumenerģiju Q2-Q1 apjomā.

3. Pēc tam šķidrums, kas rodas cietā kausinājuma dēļ, tiek sasildīts līdz viršanas temperatūrai (gāzei) Tcp, tērējot par šo siltuma daudzumu, kas atbilst Q3-Q2.

4. Tagad Tkp nemainīgā viršanas temperatūrā šķidrums vārās un iztvaiko, pārvēršas par gāzi. Lai pārnestu visu šķidruma masu uz gāzi, ir nepieciešams tērēt siltumenerģiju Q4-Q3 apjomā.

5. Pēdējā posmā gāzi uzkarsē no temperatūras Tcp līdz noteiktai temperatūrai T2. Šajā gadījumā siltuma daudzuma izmaksas būs Q5-Q4. (Ja mēs sakarstim gāzi līdz jonizācijas temperatūrai, gāze pārvērtīsies plazmā).

Tādējādi, sildot sākotnējo cieto vielu no temperatūras T1 līdz temperatūrai T2, mēs iztērējām siltumenerģiju Q5 daudzumā, pārnesot vielu caur trīs agregācijas stāvokli.

Pārejot pretējā virzienā, no materiāla mēs noņemam tādu pašu daudzumu siltuma Q5, kas iet cauri kondensācijas, kristalizācijas un dzesēšanas posmiem no temperatūras T2 līdz temperatūrai T1. Protams, mēs uzskatām, ka ārējai videi ir slēgta sistēma, kurā enerģijas zudumi nav.

Ņemiet vērā, ka pāreja no cietas uz gāzveida stāvokli ir iespējama, apejot šķidrās fāzes. Šādu procesu sauc par sublimāciju, un apgrieztais process ir desublimācija.

Tātad kļuva skaidrs, ka pāreju procesus starp vielas agregāta stāvokli raksturo enerģijas patēriņš nemainīgā temperatūrā. Ja viela, kas atrodas vienā pastāvīgā agregācijas stāvoklī, tiek uzsildīta, temperatūra paaugstinās un tiek patērēta arī siltumenerģija.

Galvenās siltuma pārneses formulas.

Formulas ir ļoti vienkāršas.

Siltuma Q daudzums J tiek aprēķināts pēc formulas:

1. Uz siltuma patēriņa puses, tas ir, kravas pusē:

1.1. Sildot (atdzesē):

Siltuma formula

Šeit ir siltuma daudzums, ir īpašais siltums no vielas, kas veido ķermeni, ir ķermeņa masa, ir temperatūras starpība.

Siltuma daudzuma mērvienība ir J (jūle) vai fekāli (kalorijas).

Faktiski siltuma enerģija ir ķermeņa iekšējā enerģija, kas nozīmē, ka siltuma zudums ir ķermeņa iekšējās enerģijas samazināšanās, un siltums palielinās. Specifiskā siltumietilpība ir vielas pazīmes, kas norāda uz tās spēju uzkrāt iekšējo (termisko) enerģiju. Jo mazāks tas ir, jo vieglāk ir sildīt vai atdzesēt vielu. Tas nav proporcionāls blīvumam, tas ir, blīvāka viela ne vienmēr siltinās daudz vieglāk nekā mazāk blīvs. Viena no vielām ar augstu siltuma jaudu ir ūdens (J / (kg * K)).

2.2. Siltuma jaudas aprēķins

1. Apkures sistēmas aprēķinātais siltumatdevi, kW, jānosaka pēc formulas:

kur - paredzētie ēkas siltuma zudumi, kW;

- uzstādīto sildītāju papildu siltuma plūsmas aprēķina koeficients aprēķinu vērtības noapaļošanas dēļ, ņemts no tabulas. 1

Standarta piķis, kW

nominālā siltuma plūsmā, kW, minimālais izmērs

- siltuma zudumu siltuma zudumu koeficientu, kas atrodas pie ārējām žogām bez siltuma vairogiem, ņemts no tabulas. 2

Uzstādīšanas faktors

pret ārējo sienu ēkās

pie gaismas atveres stiklojuma

dzīvojamo un publisko

Konvektoris ar korpusu

Konvektors bez apvalka

- siltuma zudumi, kW, pa cauruļvadiem, kas darbojas neapkurināmās telpās;

- siltuma plūsma, kW, kas regulāri rodas no apgaismojuma, iekārtām un cilvēkiem, kas parasti jāņem vērā ēkas apkures sistēmai. Attiecībā uz saspiestām mājām vērtība jāņem vērā ar ātrumu 0,01 kW uz 1 m "no kopējās platības.

Aprēķinot rūpniecisko ēku apkures sistēmu siltuma jaudu, vajadzētu papildus apsvērt siltuma patēriņu apkures materiāliem, iekārtām un transportlīdzekļiem.

2. Aprēķinātais siltuma zudums, kW, jāaprēķina pēc formulas:

kur: - siltuma plūsma, kW, caur aptverošām struktūrām;

- siltuma zudumi, kW, ventilācijas gaisa sildīšanai.

Vērtības un tiek aprēķinātas katrai apsildāmajai telpai.

3. Siltuma plūsmu, kW, aprēķina katram ēkas aploksnes elementam, izmantojot formulu:

kur a ir norobežojošās konstrukcijas aprēķinātais platums, m 2;

R ir slēgšanas struktūras siltumnesēja pretestība. m 2 ° C / W, kas jānosaka saskaņā ar SNiP II-3-79 ** (izņemot grīdas uz zemes), ņemot vērā noteiktos standartus žogu minimālajai termiskajai pretestībai. Zemes grīdām un sienām, kas atrodas zem zemes līmeņa, pretestība pret siltuma pārnesi jānosaka ar 2 m platām paralēlām ārsienām saskaņā ar formulu:

kur ir siltuma pārneses pretestība, m 2 ° C / W, pieņemts, ka I ir zonā I, 4.3 attiecībā uz otro, 8.6 attiecībā uz trešo zonu un 14.2 atlikušās grīdas platības;

- izolācijas slāņa biezums, m, ņemts vērā, ja izolācijas siltumvadītspējas koeficients ir 2 ° C;

- iekšējā gaisa dizaina temperatūra, ° С, ņemta saskaņā ar ēku dizaina standartu prasībām dažādiem nolūkiem, ņemot vērā tās pieaugumu atkarībā no telpas augstuma;

- aprēķinātā ārējā temperatūra, ° C, kas ņemta saskaņā ar 8. pielikumu, vai blakus esošās telpas gaisa temperatūra, ja tā temperatūra ir lielāka par 3 ° C, kas atšķiras no istabas temperatūras, kuras dēļ tiek aprēķināti siltuma zudumi;

- koeficients, kas ņemts atkarībā no sānu konstrukcijas ārējās virsmas stāvokļa attiecībā pret ārējo gaisu un noteikts pēc SNP P-3-79 **

- galveno zaudējumu akciju papildu siltuma zudumi, kas ņemti vērā:

a) ārējiem vertikālajiem un slīpo šķēršļiem, kas orientēti uz virzieniem, no kuriem vējš pāri janvārī ar ātrumu, kas pārsniedz 4,5 m / s, ar biežumu vismaz 15% saskaņā ar SNiP 2.01.01-82 0,05 pēc vēja ātruma līdz 5 m / s un 0,10 ar ātrumu 5 m / s un vairāk; tipiskā dizaina gadījumā jāņem vērā papildu pārpalikums 0,05 apmērā visām telpām;

b) pirmajam un otrajam stāvam ārējo vertikālo un slīpo daudzstāvu ēku 0,20 vērtībā; 0,15 par trešo; 0,10 - ēkas ceturtajā stāvā ar 16 vai vairāk stāviem; 10-15 stāvu ēkām pirmajos un otrajos stāvos jāņem vērā papildu zaudējumi 0,10 un trešajā stāvā - 0,05.

4. Siltuma zudumi, kW, tiek aprēķināti katrai apsildāmajai telpai, kurā ārējās sienās ir viens vai vairāki logi vai balkona durvis, pamatojoties uz vajadzību pēc gaisa gaisa sildītāju ar siltumu vienā gaisa apmaiņas stundā pēc stundas pēc formulas:

kur ir telpas platība, m 2;

- telpas augstums no grīdas līdz griestiem, m, bet ne vairāk kā 3,5.

Telpas, no kurām izplūdes ventilācija ir organizēta ar izplūdes tilpumu, kas pārsniedz vienu gaisa apmaiņu stundā, parasti jāprojektē ar siltā gaisa ventilāciju ar apsildāmu gaisu. Attaisnojot, ir atļauts ārējā gaisa sildīšanu ar sildierīcēm atsevišķās telpās ar ventilācijas gaisa daudzumu, kas nepārsniedz divas apmaiņas stundā.

Telpās, kurās ēku projektēšanas normas noteica izplūdes gāzu daudzumu, kas mazāks par vienu gaisa apmaiņu stundā, vērtība jāaprēķina kā siltuma patēriņš gaisa sildīšanai normālas gaisa apmaiņas tilpumā no temperatūras līdz ° C.

Siltuma zudumi kW, ārējā gaisa sildīšanai, kas iekļūst ieejas hallēs (zāles) un kāpņu telpās caur ārējām durvīm, kas atveras aukstā sezonā, ja nav gaisa siltuma aizkari, aprēķina pēc formulas:

kur ir ēkas augstums, m:

Р - cilvēku skaits ēkā;

B - koeficients, ņemot vērā ieeju skaitu. Ar vienu tamburu (divas durvis) - 1,0; ar diviem vestibiliem (trīs durvis) = 0,6.

Siltuma aprēķināšana āra gaisa sildīšanai, kas iekļuvusi pa apsildāmām dūmakainām kāpnēm, ar grīdas izejām līdz lodžijai, jāveic saskaņā ar formulu (6), ņemot par katru grīdu vērtību, kas atšķiras no aprēķinātās grīdas līdz grīdai līdz kāpņu griestiem.

Aprēķinot ieejas zāļu, kāpņu telpu un darbnīcu siltuma zudumus ar gaisa karstuma aizkariem: telpas, kurās ir svaigā gaisa ventilācija ar gaisa pārspiedienu, nepārtraukti strādājot, kā arī, aprēķinot siltuma zudumus, izmantojot vasaru, un rezerves ārdurvis un vārti, vērtība nav jāņem vērā.

Siltuma zudumi, kW, siltā gaisa ieplūšanai caur ārējiem vārtiem, kas nav aprīkoti ar gaisa siltuma aizkariem, jāaprēķina, ņemot vērā vēja ātrumu, kas pieņemts ar obligāto 8. pielikumu, un vārtu atvēršanas laiku.

Siltuma zuduma aprēķināšana: gaisa sildīšana, kas ieplūst caur aptverošo konstrukciju caurspīdīgumu, nav nepieciešama.

5. Siltuma zudumi, kW, pa cauruļvadiem, kas darbojas neapsildītās telpās, jānosaka pēc formulas:

kur: - dažādu diametru siltumizolēto cauruļvadu posmu garums, kas atrodas neapsildāmās telpās;

- siltumizolētā cauruļvada siltuma plūsmas lineārais blīvums, kas ņemts saskaņā ar 3.23. punktu. Izolācijas slāņa biezumam, m cauruļvadiem vajadzētu. aprēķina pēc formulas:

kur - cauruļvada ārējais izmērs, m;

- siltumizolācijas slāņa siltuma vadītspēja, W / (m • ° С);

- apkures sezonas vidējās temperatūras starpība starp dzesēšanas šķidrumu un apkārtējo gaisu.

6. Aprēķinātā gada siltuma patēriņa vērtība ēkas apkures sistēmā, GJ. jāaprēķina pēc formulas:

kur - apkures perioda grādu dienas skaits, kas ņemts 8. pielikumā;

a - koeficients 0,8. kas jāņem vērā, ja apkures sistēma ir aprīkota ar ierīcēm, kas automātiski samazina siltuma jaudu ārpus darba laika;

- koeficients, atšķirīgs 0,9, kas jāņem vērā, ja vairāk nekā 75% sildierīču ir aprīkoti ar automātiskiem termostatus;

c - koeficients, kas atšķiras no 0,95, kas jāņem vērā, ja apkures sistēmas lietotājs ievada automātiskās frontālās vadības ierīces

7. Siltuma jaudas un maksimālā ikgadējā siltumenerģijas patēriņa vērtības, ko nosaka, aprēķinot kopējo platību 1 m 2 (dzīvojamām ēkām) vai noderīgu (sabiedrisko ēku) telpai, nedrīkst pārsniegt obligātās 25. pielikumā noteiktās standarta kontroles vērtības.

8. Dzesēšanas šķidruma patēriņš, kg / h. un apkures sistēma jānosaka pēc formulas:

kur c ir ūdens īpatnējā siltuma jauda, ​​pieņemot, ka tā ir 4,2 kJ / (kg 0 C);

- temperatūras starpība. ° С, dzesēšanas šķidrums pie sistēmas ieejas un pie izejas no tās;

- sistēmas siltuma jauda, ​​kW. kas noteikta pēc formulas (1), ņemot vērā sadzīves siltuma ražošanu.

9. Katra sildītāja aprēķinātā siltuma jauda kW jānosaka pēc formulas:

kur jāaprēķina saskaņā ar punktiem. Šā pielikuma 2.-4.

- siltuma zudumi, kW, caur iekšējām sienām, kurās tiek aprēķināta apkures ierīces sildīšanas jauda, ​​no blakus esošās telpas, kurā darbības temperatūra regulēšanas laikā var tikt samazināta. Vērtība jāņem vērā tikai, aprēķinot sildītāju siltumietilpību, uz savienojumiem, kuriem paredzēti automātiski termostāti. Tajā pašā laikā katrai telpai siltuma zudumi jāaprēķina tikai caur vienu iekšējo sienu ar temperatūras starpību starp iekšējām telpām 8 0 С;

- siltuma plūsma kW, no istabas izolētajiem siltumizolācijas cauruļvadiem;

- siltuma plūsma, kW, kas regulāri iekļūst telpās no elektroierīcēm, apgaismojuma, procesu iekārtas, sakari, materiāli un citi avoti. Aprēķinot dzīvojamo, sabiedrisko un administratīvo ēku sildīšanas ierīču siltumapgādi, vērtība nav jāņem vērā.

Sadzīves siltuma ražošanas apjoms tiek ņemts vērā visai ēkai kopumā, aprēķinot apkures sistēmas sildīšanas jaudu un kopējo dzesēšanas šķidruma plūsmu.

2.3. ĪPAŠAS SILTUMA SPECIFIKĀCIJAS

Kopējais ēkas siltuma zudums Qšeitparasti tas attiecas uz 1 m 3 no tā ārējā tilpuma un 1 ° C no aprēķinātās temperatūras starpības. Rādītājs0, W / (m 3 K), ko sauc par ēkas īpašajām siltuma īpašībām:

kur vn- apsildāmās ēkas daļas apjoms ar ārējo mērījumu, m 3;

(tin-tn.5) - aprēķinātā temperatūras starpība ēkas galvenajām telpām.

Konstruktīvās plānošanas lēmumi ēkas inženierzinātnēs tiek novērtēti pēc siltuma zudumu aprēķināšanas aprēķinātās īpašās siltuma īpašības, salīdzinot to ar līdzīgu ēku vidējo vērtību. Dzīvojamo un sabiedrisko ēku novērtējums tiek veikts, pamatojoties uz siltuma patēriņu, kas minēts kopējā platībā I m 2.

Specifisko siltuma īpašību vērtību galvenokārt nosaka gaismas atveru lielums attiecībā pret ārējo žogu kopējo platību, jo gaismas atveru aizpildīšanas siltuma caurlaidības koeficients ir daudz lielāks par citu žogu siltuma caurlaidības koeficientu. Turklāt tas ir atkarīgs no ēku lieluma un formas. Mazām ēkām ir paaugstinātas īpašības, kā arī ēkas ar šauru, sarežģītu konfigurāciju ar palielinātu perimetru.

Samazināti siltuma zudumi un līdz ar to ēku siltuma īpašības ir tādas formas, kas ir tuvu kubam. Pat mazāk siltuma zudumu no tāda paša tilpuma sfēriskām struktūrām, jo ​​samazinās virsmas platība.

Īpašā termiskā īpašība ir atkarīga arī no ēkas celtniecības platības, kas saistīta ar žogu siltumizolācijas īpašību izmaiņām. Ziemeļu reģionos ar relatīvi samazināto žogu siltuma caurlaidības koeficientu šis skaitlis ir mazāks nekā dienvidos.

Īpašu termisko raksturlielumu vērtības ir sniegtas uzziņu grāmatās.

Pielietojot to, nosaka ēkas siltuma zudumus pēc integrētajiem rādītājiem:

kur βt- korekcijas koeficients, kas ņem vērā īpašo siltuma īpašību izmaiņas, ja faktiskā aprēķinātā temperatūras starpība atšķiras no 48 °:

Šādi siltuma zudumu aprēķini ļauj mums noteikt aptuvenu siltumenerģijas nepieciešamību siltumtīklu un staciju ilgtermiņa plānošanā.

3.1. SILTINĀŠANAS SISTĒMU KLASIFIKĀCIJA

Ēkas celtniecībā projektētas un montētas apkures iekārtas, savienojot to elementus ar būvkonstrukcijām un telpu plānošanu. Tādēļ apkure tiek uzskatīta par būvniecības iekārtu filiāli. Tad apkures iekārtas darbojas visā konstrukcijas ekspluatācijas laikā, kas ir viens no ēku inženiertehnisko iekārtu veidiem. Apkures iekārtām tiek piemērotas šādas prasības:

1 - sanitārā un higiēniskā: telpu vienādas temperatūras uzturēšana; ierobežojot sildīšanas ierīču virsmas temperatūru, to tīrīšanas iespēju.

2 - ekonomiskais: zemi kapitālieguldījumi un ekspluatācijas izmaksas, kā arī zems metāla patēriņš.

3-arhitektūras un būvniecība: atbilstība telpu izkārtojumam, kompaktums, saikne ar būvkonstrukcijām, saskaņošana ar ēku celtniecības laiku.

4 - ražošana un montāža: ražošanas detaļu un mezglu mehanizācija, minimālais elementu skaits, darbaspēka izmaksu samazināšana un iekārtu darbības uzlabošana.

5 - ekspluatācijas: uzticamība un izturīgums, vienkāršība un vadības un remonta vienkāršība, darbības bezsaiste un drošība.

Izvēloties apkures iekārtu, jāņem vērā katra no šīm prasībām. Tomēr tiek apsvērtas galvenās sanitārās un higiēnas prasības un darbības prasības. Iekārtai jābūt iespējai pārnest siltuma maiņas daudzumu atbilstoši siltuma zudumiem.

Apkures sistēma - konstrukcijas elementu komplekts, kas paredzēts, lai saņemtu, nodotu un nodotu nepieciešamo siltumenerģijas daudzumu visām apsildāmām telpām.

Apkures sistēma sastāv no šādiem galvenajiem konstrukcijas elementiem (3.1. Attēls).

Zīm. 3.1. Sildīšanas sistēmas shematiska shēma

1 - siltummainis; 2 un 4 - siltumtīklu piegāde un atgriešana; 3 - sildīšanas ierīce.

siltummainis 1 siltuma enerģijas uztveršanai kurināmā degšanas laikā vai no cita avota; sildītāji 3 siltuma padevei telpā; 2. un 4. siltuma līnijas - cauruļu vai kanālu tīkli siltummaiņai no siltummaiņa līdz apkures ierīcēm. Siltuma pārnesi veic dzesēšanas šķidrums - šķidrums (ūdens) vai gāzveida (tvaiks, gaiss, gāze).

1. Atkarībā no sistēmas veida ir sadalīti:

- gaiss vai gāze;

2. Atkarībā no siltuma avota un apsildāmās telpas atrašanās vietas:

3. Apgrozībā:

- ar dabisko cirkulāciju;

- ar mehānisku cirkulāciju.

4. Ūdens dzesēšanas šķidruma parametros:

- zemas temperatūras TI ≤ 105 ° C;

-augsta temperatūra Tl> l05 0 C.

5. Ūdens un tvaiks dzesēšanas šķidruma virzienā līnijās:

- ar satiksmes plūsmu.

6. Ūdens un tvaiks saskaņā ar shēmu, kas savieno sildierīces ar caurulēm:

7. Ūdens piegādes un atgriešanas līniju ierīkošanas vietā:

- ar vadu;

- ar zemāku elektroinstalāciju;

- ar apgāztu apgrozību.

8. Steam tvaika spiediens:

- vakuuma tvaiks Pa 0.47 MPa.

Siltumnesējs apkures sistēmai var būt jebkurš nesējs, kas spēj uzkrāt siltumenerģiju un mainīt siltumtehniskās īpašības, ir kustīgs un lēts, nekaitējot sanitārajiem apstākļiem telpā, kā arī ļauj regulēt siltuma izdalīšanos, arī automātiski. Turklāt dzesēšanas šķidrumam ir jāpalīdz apmierināt apkures sistēmu prasības.

Visplašāk izmantotās apkures sistēmas ir ūdens, ūdens tvaiks un gaiss, jo šie siltumnesēju šķidrumi vislabāk atbilst uzskaitītajām prasībām. Apsveriet katra dzesēšanas šķidruma galvenās fizikālās īpašības, kas ietekmē apkures sistēmas konstrukciju un darbību.

Īpašības ūdeņi: augsta siltumietilpība, augsts blīvums, nesabiezinātība, paplašināšanās, ja to silda ar samazinošu blīvumu, viršanas temperatūras palielināšanās ar paaugstinātu spiedienu, absorbēto gāzu izdalīšanās ar paaugstinātu temperatūru un spiediena samazināšanos.

Īpašības pāri: zems blīvums, augsta mobilitāte, augsta entalpija latentā fāzes transformācijas siltuma dēļ (3.1. tabula), temperatūras paaugstināšanās un blīvums ar paaugstinātu spiedienu.

Īpašības no gaisa: zems siltuma jauda un blīvums, augsta mobilitāte, blīvuma samazināšanās sildot.

Īss dzesēšanas šķidruma parametru apraksts apkures sistēmai ir sniegts tabulā. 3.1.

3.1. Tabula. Galveno dzesēšanas šķidruma parametri.

Temperatūra, temperatūras starpība, ° С

Blīvums, kg / m 3

Specifiskā siltuma jauda, ​​kJ / kg * K

Vidējais ātrums, m / s

Cauruļu relatīvais iedalījums

* Latentais fāzes transformācijas siltums.

4.1. GALVENĀS SILTUMA SISTĒMU VEIDI, RAKSTUROJUMS UN DARBĪBAS JOMA

Ūdens apkure, pateicoties vairākām priekšrocībām salīdzinājumā ar citām sistēmām, pašlaik ir visplašāk izplatītā. Lai noskaidrotu ūdens sildīšanas sistēmas ierīci un darbības principu, apsveriet sistēmas diagrammu, kas parādīta attēlā. 4.1.

4.1. Att. Divu cauruļu ūdens sildīšanas sistēmas shēma ar augstu sadalījumu un dabisko cirkulāciju.

Siltuma ģeneratorā K apsildāmā ūdens temperatūra T1 ieplūst siltuma līnijā - galvenajā stāvvadam I - piegādes siltuma cauruļvados. 2. Caur pieplūdes siltuma cauruļvadiem karstā ūdens nonāk pie piegādes pacēlājiem 9. Pēc tam caur barošanas līnijām 13 karstā ūdens ieplūst sildīšanas ierīcēs 10 caur sienām kuru siltumu pārnes uz telpas gaisu. No sildierīcēm atdzesētais ūdens ar temperatūru T2 pie atplūdes caurulēm 14, atpakaļgaitas stāvvada II un atgriešanās galvenā siltuma caurule 15 atgriežas siltuma ģeneratorā K, kur tas tiek atkārtoti sasildīts līdz temperatūrai T1, un pēc tam cirkulācija notiek slēgtā gredzenā.

Ūdens sildīšanas sistēma ir hidrauliski aizvērta un tai ir noteiktas sildīšanas ierīču, siltuma caurules, veidgabali, t.i. pastāvīgs ūdens daudzums, kas to piepilda. Kad ūdens temperatūra paaugstinās, tā paplašinās un slēgtā, ar ūdeni piepildītā apkures sistēmā iekšējais hidrauliskais spiediens var pārsniegt tā elementu mehānisko izturību. Lai to novērstu, ūdens sildīšanas sistēmā ir izplešanās tvertne 4, kas paredzēta ūdens daudzuma palielināšanai, kad tā tiek uzkarsēta, kā arī no gaisa nokļūst atmosfērā gan tad, ja sistēma ir piepildīta ar ūdeni un tā darbības laikā. Lai regulētu siltuma pārneses sildītājus uz starplikas, viņiem iestatiet regulēšanas vārstus 12.

Pirms nodošanas ekspluatācijā katra sistēma tiek piepildīta ar ūdeni no ūdens apgādes sistēmas 17 caur atgaitas līniju līdz signāla caurulei 3 uz izplešanās tvertni 4. Kad ūdens līmenis sistēmā paaugstinās līdz pārpildes caurules līmenim un ūdens iekļūst izlietnē katlu telpā, signāla caurules krāns ir aizvērts un sistēma ir piepildīta ar ūdeni.

Nepietiekama ierīču sildīšana cauruļvadu vai vārstu aizsērēšanas dēļ, kā arī noplūdes gadījumā atsevišķu stāvvadītāju ūdeni var atbrīvot, neiztukšojot un neapstādinot citas sistēmas daļas. Lai to izdarītu, aizveriet vārstu vai krānu 7 uz stāvvadiem. No ceļa 8, kas ir uzstādīts stāvvadītāja apakšējā daļā, spraudnis tiek noņemts un elastīga šļūtene ir pievienota stāvvada ierīcei, caur kuru ūdens no siltuma caurulēm un ierīcēm plūst leme kanalizācijā. Lai ūdens strauji piepildītos un stikls tiktu pilnībā noņemts, korķa noņemšana no augšējās tējas 8. Parādīts attēlā. 4.1-4.3. Apkures sistēmas sauc par dabiskās cirkulācijas sistēmām. Tajās ūdens kustība tiek veikta, ievērojot starpību starp dzesinātā ūdens blīvumu pēc apkures ierīcēm un karstā ūdens, kas nonāk siltuma sistēmā.

Vertikālās divpadeves sistēmas ar augšējo elektroinstalāciju galvenokārt tiek izmantotas dabiskās ūdens apritē ēku apkures sistēmās līdz pat 3 stāviem. Salīdzinājumā ar sistēmām ar apakšējā elektroinstalācijas līnijai (4.2. Attēls) šīm sistēmām ir lielāks dabiskais cirkulācijas spiediens, tos vieglāk noņemt no sistēmas (caur izplešanās tvertni).

Zīm. 7.14. Divu cauruļvadu ūdens sildīšanas sistēmas shēma ar grunts sadali un dabisko cirkulāciju

K - katls; 1 - galvenais stāvvads; 2, 3, 5 - savienojuma, pārplūdes, izplešanās tvertnes signāla caurules; 4 - izplešanās tvertne; 6 - gaisa līnija; 7 - gaisa kolektors; 8 - padeves līnijas; 9 - regulēšanas vārsti sildīšanas ierīcēs; 10 - sildierīces; 11 - reverss slānis; 12 - atpakaļgaitas stāvvadi (dzesinātais ūdens); 13 - padeves stāvvadi (karstā ūdens); 14 - tēja ar aizbāzni ūdens novadīšanai; 15 - krāni vai vārsti uz stāvvadiem; 16, 17 - galvenie siltuma cauruļvadi piegādei un atgriešanai; 18 - slēgšanas vārsti vai vārsti uz galvenajiem siltuma cauruļvadiem atsevišķu filiāļu regulēšanai un izslēgšanai; 19 - gaisa krāni.

4. att. Viena izmēra ūdens sildīšanas sistēmas diagramma ar augstu sadalījumu un dabisko cirkulāciju

Priekšrocība priekšrocība ir sistēmai ar augšējo elektroinstalāciju ar divu cauruļu sistēmu ar zemāku izvietojumu gan maģistrālēm, gan dabiskajai cirkulācijai (4.3.attēls): sistēmu uzstādīšana un palaišana var tikt veikta individuāli, veidojot ēku: ir ērtāk izmantot sistēmu, jo Vārsti un krāni uz piegādes un atgriešanās stāvvadiem atrodas apakšā un tajā pašā vietā. Divkāršās vertikālās sistēmas ar zemāku elektroinstalāciju tiek izmantotas mazstāvu ēkās ar dubultkorekcijas krāniem sildīšanas ierīcēs, kas izskaidrojams ar augstu hidraulisko un termisko stabilitāti salīdzinājumā ar sistēmām ar augšējo elektroinstalāciju.

Gaisa izvadi no šīm sistēmām veic ar gaisa krāniem 19 (4.3. Attēls).

Divu cauruļu sistēmu galvenā priekšrocība neatkarīgi no dzesēšanas šķidruma aprites metodes - ūdens plūsma ar visaugstāko temperatūru TI katrai sildīšanas ierīcei, kas nodrošina maksimālo temperatūras starpību TI-T2 un līdz ar to arī ierīču minimālo virsmas laukumu. Tomēr divu cauruļu sistēmā, it īpaši ar pieskaitāmām izmaksām, ir ievērojams cauruļu patēriņš un montāža ir sarežģīta.

Salīdzinājumā ar divu cauruļu apkures sistēmām vertikālas viencaurules sistēmas ar noslēgšanas sekcijām (4.3.att., Kreisā daļa) ir vairākas priekšrocības: zemākas sākotnējās izmaksas, vienkāršāka uzstādīšana un īsāks siltuma kanālu garums, skaistāks izskats. Ja ierīces, kas atrodas vienā un tajā pašā telpā, ir savienotas ar stāvvadītāju abās pusēs plūsmas caurulē, tad, lai uzstādītu regulēšanas vārstu, tiek izmantots viens no tiem (labais stāvvads, kas parādīts 4.3. Attēlā). Šādas sistēmas tiek izmantotas mazstāvu rūpniecības ēkās.

Attēlā 4.5. Ir parādīta diagramma par vienas caurules horizontālās apkures sistēmām. Karstā ūdens šādās sistēmās iekļauj siltuma iekārtas, kas atrodas vienā un tajā pašā grīdā, no karstās caurules, kas ir novietota horizontāli. Atsevišķu ierīču pielāgošana un ieslēgšana horizontālajās sistēmās ar noslēgšanas sekcijām (4.5.b att.) Tiek sasniegta tikpat viegli kā vertikālās sistēmas. Horizontālajās plūsmas sistēmās (4.5. A, c) att., Regulēšanu var veikt tikai grīdas līmenī, kas ir būtisks trūkums.

Zīm. 4.5. Monotube horizontālo ūdens sildīšanas sistēmu shēma

a, b-plūsma; b- ar aizvēršanas sekcijām.

Zīm. 4.6 Ūdens apkures sistēmas ar mākslīgo apriti

1 - izplešanās tvertne; 2 - gaisa tīkls; 3 - cirkulācijas sūknis; 4 - siltummainis

Viena cauruļu horizontālo sistēmu galvenās priekšrocības ir mazākas nekā vertikālajās sistēmās, cauruļu patēriņā, sistēmas ieslēgšanās grīdā un mezglu standartizācijas. Turklāt horizontālajām sistēmām griestu caurumi nav nepieciešami, un to uzstādīšana salīdzinājumā ar vertikālajām sistēmām ir daudz vienkāršāka. Tie ir plaši izmantoti rūpniecības un sabiedriskās ēkās.

Sistēmas, kurām ir dabiska ūdens cirkulācija, kopīgās priekšrocības, kas atsevišķos gadījumos nosaka to izvēli, ir relatīvā ierīces un darbības vienkāršība; sūkņa trūkums un nepieciešamība pēc elektriskā piedziņa, darbības bezspēcība; salīdzinoša izturība ar pareizu darbību (līdz 30-40 gadiem) un apkures periodā nodrošinot vienmērīgu gaisa temperatūru telpā. Tomēr ūdens sildīšanas sistēmās ar dabisko cirkulāciju dabas spiediens ir ļoti augsts. Tādēļ ar lielu cirkulācijas gredzenu garumu (> 30 m) un tādējādi ievērojamu pretestību pret ūdens kustību tajās cauruļvadu caurmēra aprēķins ir ļoti liels, un apkures sistēmu sauc par ekonomiski neizdevīgu gan sākotnējo izmaksu, gan ekspluatācijas ziņā.

Saistībā ar iepriekšminēto sistēmu ar dabisko cirkulāciju var piemērot tikai atsevišķām civilām ēkām, kurās troksnis un vibrācija nav pieņemami, dzīvokļu apkure, augstu (tehnisku) stāvu augsto ēku.

Apkures sistēmas ar mākslīgo cirkulāciju (4.6-4.8. Attēls) būtiski atšķiras no ūdens sildīšanas sistēmām ar dabisku cirkulāciju, jo papildus dabiskajam spiedienam, ko rada ūdens dzesēšana ierīcēs un cauruļvados, cirkulācijas sūknis rada daudz lielāku spiedienu, kas tas tiek uzstādīts atgāzu cauruļvadā pie katla, un izplešanās tvertne ir pievienota nevis pievadam, bet gan pret siltuma caurlaidību pie sūkņa piesūknēšanas vietas. Ar šo izplešanās tvertnes savienojumu no tā caur sistēmu nevar noņemt gaisu, tāpēc gaisu no siltumapgādes cauruļu un sildītāju tīkla izvadīšanai izmanto gaisu, gaisa kolektorus un gaisa vārstus.

Apsveriet vertikālo divu cauruļu apkures sistēmu shēmas ar mākslīgo cirkulāciju (4.6.attēls). Kreisajā pusē ir sistēma ar piegādes līnijas augšējo atrašanās vietu, bet pa labi - sistēma ar abām līnijām zemāku atrašanās vietu. Abas siltumapgādes sistēmas tiek dēvētas par tā sauktajām neplānotajām sistēmām, kurās atsevišķās apgrozības gredzenos bieži ir liela spiediena zuduma atšķirība, jo to garums ir atšķirīgs: jo tālāk ierīce atrodas no katla, jo ilgāk ir šīs ierīces gredzens. Tāpēc sistēmās ar mākslīgo apriti, jo īpaši ar lielu garumu siltuma caurulēm, ir ieteicams izmantot saistīto ūdens kustību pievadītā un atdzesētā maģistrālei saskaņā ar prof. V.M. Čaplins. Saskaņā ar šo shēmu (4.7. Attēls) visu apgrozības gredzenu garums ir gandrīz vienāds, kā rezultātā ir viegli iegūt vienādus spiediena zudumus un vienmērīgu visu instrumentu sildīšanu. SNiP [3] iesaka šādas sistēmas sakārtot, ja filiālē esošo stāvvadītāju skaits ir lielāks par 6. Šīs sistēmas trūkums salīdzinājumā ar triecienu ir nedaudz lielāks siltumvadītspēju kopējais garums un līdz ar to sistēmas sākotnējās izmaksas ir par 3-5% lielākas.

4.7. Att. Ūdens sildīšanas sistēmas ar divu caurulēm diagramma ar augšējo sadali un ar to saistīto ūdens kustību pievadīšanas un atgriešanas līnijās un mākslīgā aprite

1 - siltummainis; 2, 3, 4, 5 - izplešanās tvertnes apgrozība, savienošana, signāls, pārplūdes caurules; 6 - izplešanās tvertne; 7 - piegādes galvenā siltuma caurule; 8 - gaisa kolektors; 9 - sildīšanas ierīce; 10 - dubults regulēšanas pieskaršanās; 11 - atplūdes siltuma caurules; 12 - sūknis.

Pēdējos gados plaši izmantotas viencaurules apkures sistēmas ar karsto un dzesināto ūdensvadu līniju zemāku novietojumu (4.8. Attēls) ar mākslīgo ūdens cirkulāciju.

Sistēmu stāvvadi saskaņā ar shēmām b tiek sadalīti pacelšanas un nolaišanas režīmā. Sistēmu stāvvadi saskaņā ar shēmām, kas sastāv no sekciju pacelšanas un nolaišanas, augšējā daļā, parasti zem augšējā grīdas grīdas, ir savienoti ar horizontālu sekciju. Risers novietots 150 mm attālumā no logu atvēršanas malas. Telpu garums apkures ierīcēm ir standarta - 350 mm; sildierīces tiek pārvietotas no logu asi uz stāvvadi.

4.8. Attēls Viencaurules ūdens sildīšanas sistēmu ar zemāku elektroinstalāciju sugas (c, b, c, e)

Lai regulētu sildīšanas ierīču siltuma pārnesi, ir uzstādīti KTPT tipa trīsceļu celtņi, kā arī pārnēsājamām slēgšanas sekcijām - vārstiem ar zemu hidraulisko pretestību KPPS.

Vienas caurules sistēma ar apakšējo elektroinstalāciju ir ērta ēkām ar bescherdachny pārklājumu, tai ir augsta hidrauliskā un termiskā stabilitāte. Viena cauruļvadu apkures sistēmu priekšrocības ir sūkņa radītā lielākā spiediena ietekme uz cauruļu mazāku diametru. garāks diapazons; vienkāršāka uzstādīšana un lielāka iespēja siltumtīklu, instrumentu mezglu daļu apvienošanai.

Sistēmu trūkumi ietver sildīšanas ierīču pārslodzi salīdzinājumā ar divu cauruļu apkures sistēmām.

Viencaurules apkures sistēmu darbības joma ir daudzveidīga: dzīvojamās un sabiedriskās ēkas ar vairāk nekā trim stāviem, ražošanas rūpnīcas utt.

4.2. SILTINĀŠANAS SISTĒMAS IZVĒLE

Apkures sistēmu izvēlas atkarībā no ēkas lietošanas mērķa un darbības veida. Ņemt vērā sistēmas prasības. Jāņem vērā ugunsgrēka un telpu eksplozijas kategorija.

Galvenais apkures sistēmas izvēles faktors ir galveno ēkas telpu termiskais režīms.

Ņemot vērā ekonomikas, iepirkumu un montāžu, kā arī dažas darbības priekšrocības, SNiP 2.04.05-86, 13.13. Punkts iesaka parasti viencaurules ūdens sildīšanas sistēmām veidot no vienotiem komplektiem un detaļām; kad attaisnojums ļāva izmantot divu cauruļu sistēmas.

Dažas ēkas termiskais režīms visu apkures sezonu jāsaglabā nemainīgā veidā, citas ēkas var mainīt, lai samazinātu darbaspēka izmaksas ikdienas un nedēļas intervālos, brīvdienās, ekspluatācijā, remontā un citos darbos.

Civilās, rūpnieciskās un lauksaimniecības ēkas ar pastāvīgu termisko režīmu var iedalīt 4 grupās:

1) visu diennakti izmantojamo slimnīcu, grūtniecības un dzemdību slimnīcu un līdzīgu medicīniskās profilakses iestāžu ēkas (izņemot psihiatriskās slimnīcas), kuru telpās ir paaugstinātas sanitārās un higiēnas prasības;

2) bērnu iestāžu, dzīvojamo, kopmītņu, viesnīcu, atpūtas māju, sanatorijas, pansionātu, klīniku, ambulanču, aptieku, psihiatrisko slimnīcu, muzeju, izstāžu, bibliotēku, pirts, grāmatu depozitārija ēkas;

3) peldbaseinu, dzelzceļa staciju, lidostu ēkas;

4) rūpniecības un lauksaimniecības ēkas ar nepārtrauktu tehnoloģisko procesu.

Piemēram, otrās grupas ēkās ir ūdens sildīšana ar radiatoriem un konvektoriem (izņemot slimnīcas un vannas). Ūdens dzesēšanas šķidruma ierobežojošā temperatūra tiek ņemta divu cauruļu sistēmās, kas vienādas ar 95 ° C, viencaurules ēku sistēmās (izņemot vannas, slimnīcas un bērnu iestādes) -105 ° C (ar konvektoriem ar korpusu līdz 130 ° C). Kāpņu telpu apkurei ir iespējams palielināt projektēto temperatūru līdz 150 ° C. Ēkās, kurās ir diennakts ieplūdes ventilācija, galvenokārt muzeju, mākslas galeriju, grāmatu glabātuvju, arhīvu (izņemot slimnīcu un bērnu aprūpes iestāžu) ēkās ir centralizēta gaisa apkure.

Galvenie ieteikumi par siltumnesēja siltuma sistēmas izvēli tās parametriem ir doti SNiP 2.04.05-86.

Apkures sistēmas ir jāprojektē ar sūkņa cirkulāciju, apakšējo elektroinstalāciju, tukšgaitas galu ar atveramu stāvvadiem.

Pārējās sistēmas tiek pieņemtas atkarībā no vietējiem apstākļiem: arhitektūras plānošanas risinājums, nepieciešamie siltuma apstākļi, dzesēšanas šķidruma veids un parametri āra siltuma tīklā utt.

Kā atrast enerģiju caur siltumu

Līdz ar mehānisko enerģiju jebkurai ķermenim (vai sistēmai) ir iekšējā enerģija. Iekšējā enerģija ir atpūtas enerģija. Tas sastāv no molekulu, kas veido ķermeni, termisko haotisko kustību, to savstarpējās vienošanās potenciālo enerģiju, elektronu kinētisko un potenciālo enerģiju atomos, nukleonus kodolos un tā tālāk.

Termodinamikā ir svarīgi zināt ne iekšējās enerģijas absolūto vērtību, bet tās izmaiņas.

Termodinamiskajos procesos mainās tikai kustīgo molekulu kinētiskā enerģija (siltuma enerģija nav pietiekama, lai mainītu atomu struktūru un pat mazāk kodolu). Līdz ar to, patiesībā, saskaņā ar iekšējo enerģiju termodinamikas nozīmē termoakās molekulu kustības enerģiju.

Viena mola ideālas gāzes iekšējā enerģija U ir vienāda ar:

Tādējādi iekšējā enerģija ir atkarīga tikai no temperatūras. Iekšējā enerģija U ir sistēmas stāvokļa funkcija neatkarīgi no vēstures.

Ir skaidrs, ka vispārīgā gadījumā termodinamiskā sistēma var būt gan iekšējā, gan mehāniskā enerģija, un dažādas sistēmas var mainīt šo enerģijas veidu.

Mehāniskās enerģijas apmaiņu raksturo ideāls darbs A un iekšējās enerģijas apmaiņa ar pārsūtīto siltuma daudzumu Q.

Piemēram, ziemā jūs iemeta karstu akmeni sniega dēļ. Sakarā ar potenciālās enerģijas rezervi tika veikts mehāniskais darbs, lai saberztu sniegu, un iekšējās enerģijas rezerves dēļ sniega izkusis. Ja akmens bija auksts, t.i. akmens temperatūra ir vienāda ar vides temperatūru, tad tikai darbs tiks veikts, bet iekšējā enerģija nemainīsies.

Tātad darbs un siltums nav īpašas enerģijas formas. Jūs nevarat runāt par siltuma vai darba krājumiem. Tas ir pārsūtāmās mehāniskās enerģijas vai iekšējās enerģijas mērījums. Šeit jūs varat runāt par šo enerģiju krājumu. Turklāt mehāniskā enerģija var pāriet uz siltuma enerģiju un otrādi. Piemēram, ja jūs uz leju pieliekat ar āmuru, tad pēc brīža āmurs un laktors uzkarsēs (tas ir enerģijas izkliedes piemērs).

Var minēt daudz piemēru par vienas enerģijas pārveidošanu citā.

Pieredze rāda, ka visos gadījumos mehāniskās enerģijas pārvēršana siltumā un otrādi vienmēr notiek precīzi līdzvērtīgā daudzumā. Šī ir pirmā termodinamikas likuma būtība, kas izriet no enerģijas saglabāšanas likuma.

Ķermenim piešķirtais siltuma daudzums palielina iekšējo enerģiju un ķermeņa darbību:

Apzīmējumu likums: ja siltums tiek pārnests no vides uz šo sistēmu, un ja sistēma veic darbu pie apkārtējām struktūrām, to darot. Ņemot vērā zīmes likumu, pirmo termodinamikas likumu var rakstīt šādi:

Izteiksme (4.1.1.) Nelielām izmaiņām sistēmas stāvoklī izskatās šādi:

No formulas (4.1.2.) Izriet, ka siltuma daudzums ir izteikts tādās pašās vienībās kā darbs un enerģija, t.i. džoulos (J).

Termodinamika īpaši svarīga ir apļveida vai cikliskie procesi, kuros sistēma, izlaižot virkni stāvokļu, atgriežas sākotnējā stāvoklī. 4.1. Attēlā parādīts cikliskais process 1-a-2-b-1, bet darbs A.

Tā kā U ir valsts funkcija,

Ja saskaņā ar pirmo termodinamikas likumu, t.i. nav iespējams veidot periodiski darbināmu dzinēju, kas darbotos vairāk nekā enerģijas apjoms, kas tiek pārsūtīts no ārpuses. Citiem vārdiem sakot, pirmās pakāpes kustīgā mašīna nav iespējama. Tas ir viens no termodinamikas pirmā likuma formulējumiem.

Jāatzīmē, ka pirmais termodinamikas likums nenorāda, kādā virzienā iet valsts pārmaiņu procesi, kas ir viens no tā trūkumiem.

Siltuma formula

Siltuma daudzuma definīcija un formula

Termodinamiskās sistēmas iekšējo enerģiju var mainīt divējādi:

  1. strādājot pie sistēmas
  2. ar termisko mijiedarbību.

Siltuma pārnešana uz ķermeni nav saistīta ar makroskopiskā darba veikšanu uz ķermeņa. Šajā gadījumā iekšējās enerģijas izmaiņas izraisa fakts, ka atsevišķas ķermeņa molekulas ar augstāku temperatūru veic darbu pie dažām ķermeņa molekulām, kurām ir zemāka temperatūra. Šajā gadījumā siltumvadītspēja tiek realizēta siltuma mijiedarbībā. Enerģijas padeve ir iespējama arī ar radiāciju. Mikroskopisko procesu sistēma (saistīta nevis ar visu ķermeni, bet ar atsevišķām molekulām) tiek saukta par siltuma pārnesi. Enerģijas daudzums, ko siltuma pārneses rezultātā pārnes no vienas ķermeņa uz citu, nosaka siltuma daudzums, ko pārnes no viena ķermeņa uz otru.

Siltums ir enerģija, ko organisms iegūst (vai sniedz) siltuma apmaiņas procesā ar apkārtējām ķermeņiem (vidēja). Norāda siltumu, parasti burtu Q.

Tas ir viens no pamata daudzumiem termodinamika. Siltums ir iekļauts termodinamikas pirmā un otrā principa matemātiskajās izteiksmēs. Tiek teikts, ka siltums ir enerģija molekulārā kustībā.

Siltumu var nosūtīt sistēmai (ķermenim), un no tās var uzkāpt. Tiek uzskatīts, ka, ja siltums tiek paziņots sistēmai, tas ir pozitīvs.

Formula siltuma aprēķināšanai ar temperatūru

Elementārs siltuma daudzums tiek apzīmēts kā. Mēs atzīmējam, ka siltuma elements, ko sistēma saņem (izsniedz) ar nelielām izmaiņām tā stāvoklī, nav pilnīgs diferenciālis. Iemesls tam ir tas, ka siltums ir funkcija no sistēmas stāvokļa maiņas procesa.

Pamatne siltuma daudzums, par kuru ziņo sistēmai, un temperatūras izmaiņas no T līdz T + dT, ir:

kur C ir ķermeņa siltuma jauda. Ja izskatāmais ķermenis ir viendabīgs, tad formulu (1) par siltuma daudzumu var attēlot kā:

kur ir ķermeņa īpatnējā siltuma jauda, ​​m ir ķermeņa masa, ir molārā siltuma jauda, ​​ir vielas molārā masa, ir vielas molu skaits.

Ja ķermenis ir vienveidīgs un siltuma jauda tiek uzskatīta par neatkarīgu no temperatūras, tad siltuma daudzums (), ko ķermenis saņem, palielinot temperatūru par summu, var aprēķināt šādi:

kur t2, t1 ķermeņa temperatūra pirms apkures un pēc. Lūdzu, ņemiet vērā, ka temperatūra, atrasot starpību () aprēķinos, var aizstāt gan Celsija grādos, gan kelvīnos.

Siltuma daudzuma formula fāzes pārejās

Pārejai no vienas vielas fāzes uz citu ir pievienota noteikta daudzuma siltuma absorbcija vai atbrīvošanās, ko sauc par fāzes pārejas siltumu.

Tātad, lai vielas elementu pārvērstu no cietā stāvokļa šķidrumā, tam jāpaziņo siltuma daudzums (), kas vienāds ar:

kur ir īpašais siltums kodolsintēzes, dm ir ķermeņa masas elements. Jāatzīmē, ka ķermeņa temperatūrai jābūt vienādai ar attiecīgās vielas kušanas temperatūru. Kristalizācijas laikā siltums tiek radīts vienāds ar (4).

Siltuma (iztvaikošanas siltuma) daudzumu, kas nepieciešams, lai pārvērstu šķidrumu tvaikā, var atrast šādi:

kur r ir īpatnējais iztvaikošanas siltums. Kad izdalās tvaika siltuma kondensāts. Iztvaikošanas siltums ir vienāds ar tās pašas vielas masas kondensācijas siltumu.

Siltuma mērvienības

Siltuma daudzuma mērīšanas pamatvienība SI sistēmā ir: [Q] = J

Ārpus siltuma bloks, kas bieži atrodams tehniskajos aprēķinos. [Q] = cal (kaloriju daudzums). 1 cal = 4,1886 j.

Problēmu risināšanas piemēri

Uzdevums Kādus ūdens tilpumus vajadzētu sajaukt, lai iegūtu 200 litrus ūdens pie t = 40 ° C, ja viena ūdens masas temperatūra ir t1= 10 ° C, otrā ūdens masa t2= 60 ° C

Lēmums. Mēs rakstām siltuma bilances formulu šādā formā:

kur Q = cmt ir siltuma daudzums, kas vārīts pēc ūdens sajaukšanas; Q.1= cm1t1 - siltuma daudzums ūdens temperatūrā t1 un m1; Q.2= cm2t2- siltuma daudzums ūdens temperatūrā t2 un m2.

No vienādojuma (1.1) izriet:

Apvienojot aukstumu (V1) un karsti (V2a) ūdens daļas vienā tilpumā (V) var pieņemt, ka:

Tātad, mēs iegūstam vienādojumu sistēmu:

Izlēmuši to:

Mēs veiksim aprēķinus (to var izdarīt, nedodot SI sistēmu):

Atbilde ir. V1= 80 l, V2= 120 l.

Uzdevums Ķermeņa siltuma jauda lineāri mainās (1. attēls), atkarībā no absolūtās temperatūras attiecīgajā intervālā. Cik siltumu ķermenis saņem, ja T1= 300 K, T2= 400 K.

Lēmums. Izpētot siltuma jaudas funkcijas grafiku (C (T)) (1. att.), Mēs uzrakstam tā analītisko izteiksmi, izrādīsies:

Problēmas risināšanas pamatā būs formula siltuma daudzumam:

Nosakiet siltuma jaudas izteiksmi (2.1.) Formulā (2.2.) Un ieviešam integrāciju noteiktā temperatūras diapazonā:

Siltuma daudzums. Materiāla īpatnējais siltums.

Siltuma daudzums ir kvantitatīvs ķermeņa iekšējās enerģijas izmaiņu rādītājs siltuma pārneses laikā (vai siltuma pārneses procesā).

Siltuma daudzums ir enerģija, ko ķermenis dod siltuma apmaiņā (bez darba). Siltuma daudzums, piemēram, enerģija, tiek mērīts džoulos (J).

Materiāla īpatnējais siltums.

Siltuma jauda ir siltuma daudzums, ko ķermenis absorbē, kad to sasilda 1 grāds.

Ķermeņa siltuma jauda ir apzīmēta ar lielo latīņu burtu C.

Kas nosaka ķermeņa siltuma jaudu? Pirmkārt, no tās masas. Ir skaidrs, ka, piemēram, apkurei 1 kilograms ūdens prasa vairāk siltuma nekā 200 gramu apsildīšanai.

Un no vielas veida? Darīsim pieredzi. Paņemim divus identiskus traukus un, izlejot vienā no tiem, 400 grūdens ūdens, bet otrā - augu eļļu, kas sver 400 g, mēs sāksim tos sildīt ar identisku degļu palīdzību. Novērojot termometra rādījumus, mēs redzēsim, ka eļļa ātri uzsilst. Lai sildītu ūdeni un eļļu līdz tādai pašai temperatūrai, ūdeni vajadzētu ilgi sildīt. Bet jo ilgāk mēs apkures ūdeni, jo vairāk siltuma tas saņem no degļa.

Tādējādi, lai sildītu tādu pašu dažādu vielu masu līdz vienai temperatūrai, nepieciešams atšķirīgs siltuma daudzums. Siltuma daudzums, kas vajadzīgs ķermeņa sildīšanai, un tāpēc tā siltuma jauda ir atkarīga no vielas veida, no kura ķermenis sastāv.

Tātad, piemēram, 1 ° C temperatūrā palielināt ūdens temperatūru, kas sver 1 kg, nepieciešama siltuma daudzums, kas vienāds ar 4200 J, un, lai sildītu ar 1 ° C tādu pašu saulespuķu eļļas masu, nepieciešams siltums, kas vienāds ar 1700 J.

Fiziskais daudzums, kas norāda, cik daudz siltuma vajadzīgs, lai sildītu 1 kg vielas 1 ºC temperatūrā, sauc par šīs vielas īpašo siltumu.

Katrai vielai ir sava specifiskā siltumietilpība, ko apzīmē ar latīņu burtu c un mēra džoulos uz kilogramu grādu (J / (kg · ° C)).

Dažādās agregācijas (cietās, šķidrās un gāzveida) īpašās vielas siltums ir atšķirīgs. Piemēram, ūdens īpašā siltuma jauda ir 4200 J / (kg · ºС), un ledus īpatnējā siltuma jauda ir 2100 J / (kg · ° C); Alumīnijam cietā stāvoklī ir noteikta siltumietilpība 920 J / (kg - ° C), un šķidrā stāvoklī - 1080 J / (kg - ° C).

Ievērojiet, ka ūdens ir ļoti liels siltums. Tādēļ vasarā apsildāmā jūrā un okeānā esošais ūdens absorbē lielu siltuma daudzumu no gaisa. Tāpēc vietās, kas atrodas netālu no lielām ūdenstilpnēm, vasara nav tik karsta kā vietās, kas atrodas tālu no ūdens.

Siltuma daudzuma aprēķins, kas nepieciešams ķermeņa siltumam vai tā emitēšanai dzesēšanas laikā.

No iepriekš minētā ir skaidrs, ka siltuma daudzums, kas nepieciešams ķermeņa sildīšanai, ir atkarīgs no vielas veida, kuru organisms satur (tas ir, tās īpatnējā siltuma jauda) un ķermeņa svara. Ir arī skaidrs, ka siltuma daudzums ir atkarīgs no tā, cik pakāpēs mēs palielināsim ķermeņa temperatūru.

Tātad, lai noteiktu siltuma daudzumu, kas nepieciešams ķermeņa sildīšanai vai tā radītai dzesēšanas laikā, ķermeņa īpatnējā siltumietilpība jāreizina ar tā masu un starpību starp galīgo un sākotnējo temperatūru:

kur Q ir siltuma daudzums, c ir īpatnējā siltuma jauda, ​​m ir ķermeņa masa, t1 - sākotnējā temperatūra, t2 - galīgā temperatūra.

Top