Сколько БТЕ тепла на кв.

Вопрос: Сколько БТЕ мне нужно для обогрева 1500 квадратных футов? Сколько квадратных футов нагреют 30 000 БТЕ?

Пример: Чтобы отапливать дом площадью 1500 кв. Футов, вам потребуется от 45 000 до 90 000 британских тепловых единиц.

Вопросы такого рода очень часто возникают при планировании потребностей в отоплении. Очень важно правильно оценить количество БТЕ, необходимое для обогрева дома. Назначение «Калькулятора БТЕ тепла» , приведенного ниже, состоит в том, чтобы как можно точнее определить, сколько БТЕ тепла вам нужно .

БТЕ или «Британская тепловая единица» — это единица тепла. 1 БТЕ достаточно тепла, чтобы поднять температуру фунта воды на 1 ° F. Американским домохозяйствам требуется где-то от 20 000 до 300 000 британских тепловых единиц тепловой мощности зимой .

Чтобы рассчитать, сколько БТЕ тепловой мощности вам нужно, вам нужно знать только 3 фактора:

1. Общая площадь квадратных метров вашего дома, или места, которое нужно обогревать зимой. Это может быть что угодно, от комнаты площадью 150 кв. Футов до дома площадью более 3000 кв. Футов.
2. Ваша климатическая зона . Для отопления дома в Майами, Флорида, очевидно, потребуется меньше тепловых единиц, чем для отопления дома в Чикаго, штат Иллинойс.

Чтобы использовать калькулятор БТЕ для обогрева, вам сначала нужно измерить место, которое вы хотите нагреть . Вам нужно знать, отапливаете ли вы, например, дом площадью 1000 квадратных футов, 1500 квадратных футов, 3000 квадратных футов или комнату площадью 400 квадратных футов.

Во-вторых, нужно выяснить , в какой климатической зоне вы живете .Это определит, сколько БТЕ на квадратный фут вам нужно для отопления (подробнее об этом позже). Соединенные Штаты разделены на 7 основных климатических зон, или регионов. Пример: Майами, Флорида, находится в климатической зоне 2 и требует 35 БТЕ тепла на квадратный фут. Чикаго, штат Иллинойс, находится в климатической зоне 5 и требует 50 БТЕ тепла на квадратный фут

Чтобы помочь вам определить климатическую зону, которую вы должны ввести в калькулятор БТЕ для отопления, вы можете использовать эту карту Управления энергоэффективности и возобновляемых источников энергии:

. Имея эту информацию, вы можете использовать калькулятор БТЕ для отопления, чтобы получить общее представление о том, сколько БТЕ вам нужно для обогрева дома.

Мы также объясним, сколько квадратных футов занимает обогреватель (печь, обогреватель и т. Д.) С определенным выходным теплом в БТЕ. Кроме того, мы рассмотрим несколько примеров нагрева BTU ниже, и если вы не найдете ответа, вы можете использовать раздел комментариев, и мы постараемся вам помочь.

Вот этот удобный и простой в использовании калькулятор для нагрева БТЕ:

Калькулятор БТЕ (введите квадратные футы и климатическую зону)

Вот краткий пример того, как работает этот калькулятор:

Допустим, у вас есть дом площадью 1200 кв. Футов в Нэшвилле, штат Теннесси.Вы пытаетесь выяснить, сколько БТЕ должна производить печь или система центрального отопления, чтобы поддерживать тепло в доме зимой.

Перед тем, как использовать калькулятор БТЕ для отопления, сверьтесь с приведенной выше картой климатической зоны и увидите, что Нэшвилл попадает в климатическую зону 4. При этом вы можете ввести в калькулятор и 1 200 кв. Футов, и «Климатическую зону 4» и получить оценку того, сколько БТЕ вам потребуется для надлежащего обогрева вашего дома, например:

Как видите, по наилучшей оценке, вам потребуется 54 000 БТЕ тепла в течение зимнего сезона.

Есть два типа вопросов, которые задают люди при расчете BTU для отопления. Это:

1. Сколько БТЕ мне нужно, чтобы обогреть X квадратных футов? X обозначает размер дома; обычно от 500 до 5000 БТЕ.
2. Сколько квадратных футов будет нагреваться в X BTU? X здесь обозначает количество британских тепловых единиц (BTU). Это очень актуальный вопрос при принятии решения о размере обогревателей; не печи или системы центрального отопления.Обычно мы говорим здесь от 1000 до 30 000 БТЕ.

Чтобы помочь вам получить некоторые ответы, мы рассчитали две таблицы БТЕ для каждого вопроса:

Сколько БТЕ мне нужно для обогрева дома? (Таблица 1)

Используя калькулятор отопления BTU, мы можем оценить, сколько тепловой мощности вам необходимо для обогрева дома с определенной площадью в квадратных футах.

Чтобы помочь вам, мы собрали требования к БТЕ для отопления домов от 500 кв. Футов до 5 000 кв. Футов.

Эти требования к BTU имеют, в зависимости от того, где в США вы живете, довольно большой интервал. Пример: Сколько БТЕ мне нужно, чтобы обогреть 1500 квадратных футов?

Ответ: 45 000 БТЕ — 90 000 БТЕ . Точное количество зависит от того, где вы живете. Если вы живете в климатической зоне 1 (очень жаркий климат), вам потребуется 45 000 БТЕ. Если вы живете недалеко от границы с Канадой — климатической зоны 7 (очень холодный климат), вам потребуется 90 000 БТЕ. Большинство людей живут где-то посередине, и им требуется около 67 500 БТЕ. Мы обозначим это как «стандартный климат» в приведенной ниже таблице нагрева в БТЕ:

Таблица тепловых единиц (приблизительные оценки)

Сколько квадратных футов нагреется от 1000 до 30 000 БТЕ?

Примерно таким же образом мы можем ответить, сколько квадратных футов обогреет обогреватель с определенной тепловой мощностью (выраженной в BTU).

Мощность обогрева:	квадратных футов (стандартный климат)	квадратных футов (очень холодный климат)	Квадратный метр (очень жаркий климат)
1000 БТЕ	22,2 кв. Ф.	16,6 кв.футов	33,3 кв.м
3000 БТЕ	66,6 кв. Футов	33,3 кв.м	100 кв. Футов
5000 БТЕ	111,1 кв. Футов	83,3 кв.м	166,6 кв. Футов
10 000 БТЕ	222,2 кв. Ф.	166,6 кв. Футов	333,3 кв.м
15000 БТЕ	333,3 кв.м	250 кв. Футов	500 кв. Футов
20 000 БТЕ	444,4 кв. Футов	333,3 кв.м	666,6 кв. Футов
25000 БТЕ	555,5 кв. Футов	416,6 кв. Футов	833,3 кв.м
30,000 БТЕ	666,6 кв. Футов	500 кв. Футов	1000 кв. Футов

Теперь вы можете ответить, сколько квадратных футов нагреет 5000 БТЕ.В среднем он может обогреть комнату площадью около 110 кв. Футов. На холодном севере 5000 БТЕ будет достаточно, чтобы обогреть 80 кв. Футов, а на жарком юге таким обогревателем можно будет обогреть комнату площадью 170 кв. Футов.

Давайте посмотрим на один пример:

Сколько квадратных футов нагреют 40 000 БТЕ? (Пример)

Допустим, у нас есть обогреватель на 40 000 БТЕ (это может быть обогреватель для дома или обогреватель для террасы на 40 000 БТЕ).

Предположим также, что мы живем в стандартном климате (климатическая зона 3). В этой климатической зоне вам потребуется около 40 БТЕ для обогрева 1 кв. Фута помещения.

Вот сколько квадратных футов может нагреть 40000 БТЕ:

Площадь = 40000 БТЕ / 40 БТЕ на квадратный фут = 1000 квадратных футов

В стандартном климате 40 000 БТЕ достаточно для обогрева площади 1 000 кв. Футов . Очевидно, что если вы живете в более холодном климате, обогреватель на 40 000 БТЕ будет обогревать площадь ниже 1 000 кв. Футов. Если вы живете в более теплом климате, 40 000 БТЕ обогреют площадь более 1 000 кв. Футов.

Ключевой вопрос, как видите, заключается в том, в какой климатической зоне вы живете.Основываясь на климатической зоне, вы знаете, сколько БТЕ тепла вам нужно на квадратный фут.

Давайте посмотрим, сколько БТЕ тепла вам нужно в конкретной климатической зоне:

Сколько БТЕ тепла вам нужно на квадратный фут? (В зависимости от климатической зоны)

Чтобы создать калькулятор БТЕ тепла, вам необходимо знать, сколько БТЕ тепла на квадратный фут вам необходимо в определенной климатической зоне. Очевидно, что на холодном севере вам потребуется больше БТЕ на квадратный фут, чем на теплом юге. Сколько именно БТЕ?

Вот аккуратная таблица с БТЕ на квадратный фут для всех 7 климатических зон (для справки см. Карту нагрева выше с климатическими зонами):

Климатическая зона	БТЕ на кв. Фут
Климатическая зона 1	30 БТЕ на квадратный фут
Климатическая зона 2	35 БТЕ на квадратный фут
Климатическая зона 3	40 БТЕ на квадратный фут
Климатическая зона 4	45 БТЕ на квадратный фут
Климатическая зона 5	50 БТЕ на квадратный фут
Климатическая зона 6	55 БТЕ на квадратный фут
Климатическая зона 7	60 БТЕ на квадратный фут

Как видите, на севере вам потребуется примерно вдвое больше тепловой мощности для обогрева 1 квадратного фута по сравнению с крайним югом.

Пример: Используя 35 000 БТЕ, вы можете обогреть дом площадью 1000 кв. Футов во Флориде. Если вы из Чикаго, обогреватель на 35 000 БТЕ удовлетворительно обогреет дом площадью 600 кв. Футов.

Если вам нужен дополнительный совет, вы можете дать нам представление о том, какого размера дом вам нужно отапливать и где, и мы сделаем все возможное, чтобы помочь вам с расчетом отопления в БТЕ.

Сколько тепла вам нужно

Большинство проблем с электрическим нагревом можно легко решить, определив количество тепла, необходимое для выполнения работы.Требуемое количество тепла необходимо преобразовать в электрическую энергию, после чего можно выбрать наиболее практичный обогреватель для работы. Независимо от того, является ли проблема нагревом твердых тел, жидкостей или газов, метод или подход к определению потребляемой мощности одинаков.

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

Тепловая система, которую вы проектируете, может не учитывать все возможные или непредвиденные требования к обогреву, поэтому помните о коэффициенте безопасности.Коэффициент безопасности увеличивает мощность нагревателя сверх расчетных требований.

Полная требуемая тепловая энергия (кВтч или британских тепловых единиц) представляет собой тепло, необходимое для запуска, или тепло, необходимое для поддержания заданной температуры. Это зависит от того, какой расчетный результат больше.

Требуемая мощность (кВт) — это количество тепловой энергии (кВтч), разделенное на необходимое время запуска или рабочего цикла. Мощность обогревателя в кВт будет больше из этих значений плюс коэффициент безопасности.

Расчет требований к запуску и эксплуатации состоит из нескольких отдельных частей, которые лучше всего обрабатывать отдельно.Однако можно использовать краткий метод для быстрой оценки необходимой тепловой энергии.

Коэффициент безопасности обычно составляет от 10 до 35 процентов в зависимости от области применения.

A = Ватты, необходимые для повышения температуры материала и оборудования до рабочей точки в течение требуемого времени

B = Ватты, необходимые для повышения температуры материала во время рабочего цикла

Вес материала (фунты ) x Удельная теплоемкость материала (° F) x повышение температуры (° F)

––––––––––––––––––––––––––––––– –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––412

D = Ватты, необходимые для плавления или испарения материала во время рабочего цикла

Уравнение для C и D (поглощенные ватты при плавлении или испарении)

Вес материала (фунты) x теплота плавления или испарение (БТЕ / фунт)

––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– –––

Время запуска или цикла (часы) x 3. 412

L = Вт, потерянные на поверхностях из-за использования теплопроводности, кривых тепловых потерь при использовании излучения или кривых тепловых потерь при использовании конвекции

Теплопроводность материала или изоляции (БТЕ x дюйм / фут ² x ° F x ч) x Площадь поверхности (футы ² ) x Темп. дифференциал к температуре окружающей среды (° F)

––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– ––––––

Толщина материала или изоляции (дюйм.) х 3,412

Расчет мощности

Поглощенная энергия, тепло, необходимое для повышения температуры материала

Поскольку все вещества нагреваются по-разному, для изменения температуры требуется разное количество тепла. Удельная теплоемкость вещества — это количество тепла, необходимое для повышения температуры единицы вещества на один градус. Если обозначить количество добавленного тепла Q, которое вызовет изменение температуры ∆T на массу вещества W, при удельной теплоемкости материала Cp, тогда Q = w x Cp x ∆T.

Поскольку все вычисления производятся в ваттах, вводится дополнительное преобразование 3,412 британских тепловых единиц = 1 Вт-час.

Q _A или Q _B = w x Cp x ∆T

––––––––––

3,412

QA = Тепло, необходимое для повышения температуры материалов во время нагрева (Втч)

QB = тепло, необходимое для повышения температуры обрабатываемых материалов в рабочем цикле (Вт · ч)

w = Вес материала (фунты)

Cp = удельная теплоемкость материала (БТЕ / фунт x ° F)

∆T = Повышение температуры материала (T _Final — T _Initial ) (° F)

Тепло, необходимое для плавления или испарения материала

Тепло, необходимое для плавления материала, называется скрытой теплотой плавления и обозначается H _f .Другое изменение состояния связано с испарением и конденсацией. Скрытая теплота парообразования H _v вещества — это энергия, необходимая для превращения вещества из жидкости в пар. Это же количество энергии выделяется, когда пар конденсируется обратно в жидкость.

Q _C или Q _D = ш x в _{для v}

–––––

3,412

Q _C = Тепло, необходимое для плавления / испарения материалов во время нагрева (Вт · ч)

Q _D = Тепло, необходимое для плавления / испарения материалов, обрабатываемых в рабочем цикле (Вт · ч)

w = Вес материала (фунты)

H _f = Скрытая теплота плавления (БТЕ / фунт)

H _v = скрытая теплота испарения (БТЕ / фунт)

Потери тепла за счет теплопроводности

Передача тепла за счет теплопроводности — это контактный обмен теплом от одного тела с более высокой температурой к другому телу с более низкой температурой или между частями одного и того же тела при разных температурах.

Q _L1 = k x A x ∆T x te [1]

–––––––––––

3,412 x Д

Q _L1 = теплопроводность потерь (Вт · ч)

k = теплопроводность (британские тепловые единицы x дюйм / фут ² x ° F x час)

A = Площадь поверхности теплопередачи (футы ² )

L = толщина материала (дюйм. )

∆T = разница температур в материале (T ₂ -T ₁ ) ° F

te = Время выдержки (час)

Потери тепла конвекцией

Конвекция — это особый случай проводимости. Конвекция определяется как передача тепла из высокотемпературной области в газе или жидкости в результате движения масс жидкости.

Q _L2 = A • F _SL • C _F

Q _L2 = Конвекционные тепловые потери (Вт-ч)

A = Площадь поверхности (дюйм2)

F _SL = Коэффициент потерь при вертикальной поверхностной конвекции (Вт / дюйм2), рассчитанный при температуре поверхности

C _F = Фактор ориентации поверхности: нагретая поверхность обращена горизонтально вверх (1.29), вертикально (1,00), нагреваемая поверхность обращена горизонтально вниз (0,63)

Радиационные тепловые потери

Радиационные потери не зависят от ориентации поверхности. Коэффициент излучения используется для корректировки способности материала излучать тепловую энергию.

Q _L3 = A x F _SL x e

Q _L3 = Потери тепла на излучение (Вт · ч)

A = Площадь поверхности (дюйм2)

F _SL = Коэффициент потерь на излучение черного тела при температуре поверхности (Вт / дюйм2)

e = коэффициент поправки на излучательную способность поверхности материала

Комбинированные потери тепла конвекцией и излучением

Если требуется только конвекционная составляющая, то радиационная составляющая должна определяться отдельно и вычитаться из комбинированной кривой.

Q _L4 = A x F _SL

Q _L4 = Потери тепла на поверхности в сочетании с конвекцией и излучением (Вт-ч)

A = Площадь поверхности (в ² )

F _SL = комбинированный коэффициент поверхностных потерь при температуре поверхности (Вт / дюйм ² )

Общие тепловые потери

Суммарные потери тепла на теплопроводность, конвекцию и излучение суммируются, чтобы учесть все потери в уравнениях мощности.

Q _L = Q _L1 + Q _L2 + Q _L3 Если конвекционные и радиационные потери рассчитываются отдельно. (Поверхности изолированы неравномерно, и потери следует рассчитывать отдельно.)

ИЛИ

Q _L = Q _L1 + Q _L4 Если используются комбинированные кривые излучения и конвекции. (Трубы, воздуховоды, равномерно изолированные тела.)

Оценка мощности

После расчета требований к пусковой и рабочей мощности необходимо провести сравнение и оценить различные варианты.

В ссылке 1 показаны пусковые и рабочие ватты в графическом формате, чтобы помочь вам увидеть, как складываются требования к мощности. С учетом этого графического средства возможны следующие оценки:

Сравните начальную мощность с рабочей мощностью.

Оцените влияние увеличения времени запуска таким образом, чтобы мощность запуска равнялась рабочим Вт (используйте таймер для запуска системы перед сменой).

Признайте, что существует больше тепловой мощности, чем используется. (Требование короткого времени запуска требует большей мощности, чем процесс в ваттах.)

Определите, куда уходит большая часть энергии, и измените конструкцию или добавьте изоляцию, чтобы снизить требования к мощности.

После рассмотрения всей системы необходимо проанализировать время запуска, производственные мощности и методы изоляции. Как только у вас будет необходимое количество тепла, вы должны рассмотреть факторы применения вашего обогревателя.

Уравнения охлаждения и нагрева

Явное тепло

Явное тепло в процессе нагрева или охлаждения воздуха (мощность нагрева или охлаждения) можно рассчитать в единицах СИ как

ч _с = c _p ρ q dt (1)

где

h _s = явное тепло (кВт)

c _p = удельная теплоемкость воздуха (1.006 кДж / кг ^o C)

ρ = плотность воздуха (1,202 кг / м ³ )

q = объемный расход воздуха (м ³ / с)

dt = разница температур ( ^o C)

Или в британских единицах как

h _s = 1. 08 q dt (1b)

где

q = объемный расход воздуха (куб. Фут в минуту, куб. Футы в минуту)

dt = разница температур ( ^o F)

Пример — Нагревательный воздух, явное тепло

Метрические единицы

Воздушный поток 1 м ³ / с нагревается от 0 до 20 ^o C .Используя (1) , добавляемое к воздуху явное тепло можно рассчитать как

ч _с = (1,006 кДж / кг ^o C) (1,202 кг / м ³ ) ( 1 м ³ / с ) ((20 ^o C) — (0 ^o C))

= 24,2 (кВт)

Имперские единицы

Воздушный расход 1 куб. фут / мин нагревается от 32 до 52 ^o F .Используя (1b) , добавляемое к воздуху явное тепло можно рассчитать как

ч _с = 1,08 (1 куб. Фут / мин) ((52 ^o F) — (32 ^o F))

= 21,6 (БТЕ / ч)

Таблица явной тепловой нагрузки и необходимого объема воздуха

Явная тепловая нагрузка и необходимый объем воздуха для поддержания постоянной температуры при различных перепадах температуры между добавляемым воздухом и воздухом в помещении:

Скрытая теплота

Скрытая теплота, обусловленная влажностью воздуха, может быть рассчитана в единицах СИ как:

h _l = ρ h _we q dw _кг (2)

где

ч _л = скрытая теплота (кВт)

ρ = плотность воздуха (1.202 кг / м ³ )

q = объемный расход воздуха (м ³ / с)

ч _we = вода испарения со скрытой теплотой ( 2454 кДж / кг — в воздухе при атмосферном давлении). давление и 20 ^o C)

dw _кг = разница в соотношении влажности (кг воды / кг сухого воздуха)

Скрытая теплота испарения воды может быть рассчитана как

h _we = 2494 — 2,2 т (2a)

, где

t = температура испарения ( ^o C)

Или для британских единиц:

h _l = 0. 68 q dw _gr (2b)

или

h _l = 4840 q dw _lb (2c)

^{7 = скрытая теплота (БТЕ / час)}

q = объемный расход воздуха (куб. Фут в минуту)

dw _гр = разница в соотношении влажности (зерна воды / фунт сухого воздуха)

dw _фунтов = разница в соотношении влажности (фунт воды / фунт сухого воздуха)

Пример — охлаждающий воздух, скрытое тепло

Метрические единицы

Расход воздуха 1 м ³ / с охлаждается с 30 до 10 ^o ° C .Относительная влажность воздуха составляет 70%, в начале и 100%, в конце процесса охлаждения.

По диаграмме Мольера мы оцениваем содержание воды в горячем воздухе как 0,0187 кг воды / кг сухого воздуха, и содержание воды в холодном воздухе как 0,0075 кг воды / кг сухого воздуха .

Используя (2) , можно рассчитать скрытую теплоту, отводимую от воздуха, как

h _l = (1.202 кг / м ³ ) ( 2454 кДж / кг ) ( 1 м ³ / с ) (( 0,0187 кг воды / кг сухого воздуха ) — ( 0,0075 кг воды / кг сухой воздух ))

= 34,3 (кВт)

Имперские единицы

Воздушный поток 1 куб. фут / мин охлаждается с 52 до 32 ^o F . Относительная влажность воздуха составляет 70%, в начале и 100%, в конце процесса охлаждения.

По психрометрической диаграмме мы оцениваем содержание воды в горячем воздухе как 45 гран воды на фунт сухого воздуха , и содержание воды в холодном воздухе как 27 гранов воды на фунт сухого воздуха .

Используя (2b) , можно рассчитать скрытую теплоту, отводимую от воздуха, как

ч _л = 0,68 (1 куб. Фут / мин) (( 45 зерен воды / фунт сухого воздуха ) — ( 27 зерен воды / фунт сухого воздуха ))

= 12.2 (БТЕ / час)

Таблица скрытой тепловой нагрузки и необходимого объема воздуха

Скрытая тепловая нагрузка — увлажнение и осушение — и необходимый объем воздуха для поддержания постоянной температуры при различных перепадах температуры между входящим воздухом и воздухом в помещении указаны в таблице диаграмма ниже:

Общее тепло — скрытое и явное тепло

Общее тепло, обусловленное как температурой, так и влажностью, может быть выражено в единицах СИ как:

h _t = ρ q dh (3)

, где

ч _т = общее количество тепла (кВт)

q = объемный расход воздуха (м ³ / с)

ρ = плотность воздуха (1.202 кг / м ³ )

dh = разница энтальпий (кДж / кг)

Или — в британских единицах:

h _t = 4,5 q dh (3b)

где

ч _т = общее тепло (БТЕ / час)

q = объемный расход воздуха (куб. фут в минуту)

дч = энтальпийная разница / фунт сухого воздуха)

Общее тепло также можно выразить как:

ч _т = ч _с + ч _л

= 1 = 1.08 q dt + 0,68 q dw _gr (4)

Пример — охлаждающий или нагревающий воздух, общее количество тепла

Метрические единицы

Воздушный поток 1 м ³ / с охлаждается от 30 до 10 ^o C . Относительная влажность воздуха составляет 70%, в начале и 100%, в конце процесса охлаждения.

По диаграмме Молье мы оцениваем энтальпию воды в горячем воздухе как 77 кДж / кг сухого воздуха, и энтальпию в холодном воздухе как 28 кДж / кг сухого воздуха .

Используя (3) , общее явное и скрытое тепло, удаляемое из воздуха, можно рассчитать как

ч _т = (1,202 кг / м ³ ) ( 1 м ³ / с ) (( 77 кДж / кг сухого воздуха ) — (28 кДж / кг сухого воздуха ))

= 58,9 (кВт)

Имперские единицы

Расход воздуха 1 куб. фут / мин охлаждается с 52 до 32 ^o F .Относительная влажность воздуха составляет 70%, в начале и 100%, в конце процесса охлаждения.

По психрометрической диаграмме мы оцениваем энтальпию воды в горячем воздухе как 19 БТЕ / фунт сухого воздуха , и энтальпию в холодном воздухе равную 13,5 БТЕ / фунт сухого воздуха .

Используя (3b) , общее явное и скрытое тепло, удаляемое из воздуха, можно рассчитать как

h _t = 4.5 (1 куб. Фут / мин) (( 19 БТЕ / фунт сухого воздуха ) — ( 13,5 БТЕ / фунт сухого воздуха ))

= 24,8 (БТЕ / ч)

SHR — Коэффициент явного тепла

Коэффициент явного тепла можно выразить как

SHR = h _s / h _t (6)

где

Коэффициент явного тепла

ч _с = явное тепло

ч _т = общее тепло (явное и скрытое)

Расчет БТЕ на квадратный фут

Британская тепловая единица , или БТЕ, является базовой единицей тепла в британской системе мер.Одна БТЕ — это количество тепла, необходимое для повышения температуры одного фунта воды на один градус Фаренгейта. Когда вы сможете определить, сколько БТЕ на квадратный фут площади требуется в комнате, вы сможете выбрать отопительное устройство с подходящей теплопроизводительностью для своего дома.

Фотография Яна Калаба

Определение количества нагрева

Первый шаг в вычислении необходимых вам БТЕ — это подсчитать, сколько места у вас есть в комнате. Некоторые формы общих комнат в доме: прямоугольных , треугольных , круглых и множественных форм .

• Прямоугольные комнаты — Измерьте длину и ширину комнаты в футах и ​​умножьте оба числа, чтобы получить квадратные метры.
• Треугольные комнаты — Измерьте длину и ширину комнаты в футах, умножьте оба числа и разделите произведение на 2, чтобы получить квадратные метры.
• Круглые комнаты — Измерьте радиус комнаты (расстояние от центра до края). Умножьте радиус на себя, а затем на? чтобы получить ваши квадратные метры.Если в комнате есть полукруг, найдите квадратные метры, как если бы это был правильный круг, а затем разделите его на два.
• Помещения с несколькими формами — Разделите комнату на несколько форм, найдите квадратные метры каждой отдельной формы, а затем просуммируйте квадратные метры.

БТЕ нагревательных или охлаждающих устройств, таких как электрические камины или кондиционеры, передаются как «БТЕ», но это сокращение для БТЕ в час. Чтобы определить количество БТЕ на квадратный фут, необходимое для обогрева комнаты, просто умножьте квадратные метры на 20 БТЕ на квадратный фут. Например, если в комнате 1000 квадратных футов, вам потребуется 20 000 БТЕ , чтобы обогреть ее.

Хотя этот метод прост, он не учитывает изоляцию, возраст или климат вашего дома.

Другие факторы, влияющие на теплопроизводительность

Теплопроизводительность комнаты — это количество БТЕ, необходимое для надлежащего обогрева помещения. При расчете теплоемкости помещения учитывается влияние возраста дома, теплоизоляции и климата, в котором он находится.

• Возраст и изоляция — из-за пересмотренных строительных норм и правил, новые здания обычно лучше изолированы, чем старые. В результате они требуют меньше БТЕ в час на квадратный фут.
• Климат — в более теплом климате требуется меньше БТЕ для надлежащего обогрева дома (30-35 БТЕ), в то время как в более холодном климате требуется больше БТЕ для обеспечения надлежащего тепла (50-60 БТЕ).

© STL Stores Inc.

Пример 1)

На рисунке ниже размер комнаты в правом нижнем углу составляет 12 ′ 4 ″ x 18 ′ 4 ″, или 12.3 ′ x 18,3 ′. Если посчитать площадь комнаты в квадратных футах, получится около 225 квадратных футов.

План этажа предоставлен Dhlinva . Нажмите, чтобы увеличить.

Допустим, комната, которую вы пытаетесь отапливать, находится в новом доме в Сан-Диего: коэффициент нагрева комнаты будет около 30 БТЕ на квадратный фут, поскольку это должна быть изолированная комната в более теплом климате. Если умножить коэффициент нагрева на квадратные метры, вы получите около 6750 БТЕ в час.

КПД нагревательных приборов

Тепловые устройства оцениваются по количеству получаемых вами БТЕ, а не по количеству генерируемых БТЕ.Сколько из генерируемого входящего тепла , которое достигает вас как выходного тепла , также известно как КПД нагревательного устройства. Этот КПД показан в процентах, обычно как отношение количества тепла на выходе к количеству тепла на входе.

Эффективность такого устройства, как современный электрический камин, составляет 80 или 90 процентов. Чтобы применить это к вашей теплоемкости, разделите теплоемкость комнаты на эффективность устройства. В приведенном выше примере 6750 БТЕ в час разделить на 0.9 составляет 7 500 БТЕ в час. Обладая этой информацией, мы теперь можем видеть, что для правильного обогрева комнаты вам понадобится камин мощностью 7500 БТЕ в час.

Электрический камин Carrington Faux Slate, 44,5 ″ — бесплатная доставка и без налога с продаж *

Покупка нагревательных приборов

Камин — это больше, чем эстетическое дополнение вашего дома; это функциональный предмет мебели, который согреет вас и вашу семью. PortableFireplace.com предлагает широкий выбор электрических каминов и уличных обогревателей, которые согреют вас в предстоящие ночи.Свяжитесь с одним из наших экспертов по отоплению сегодня, чтобы получить помощь в размещении заказа, позвонив по телефону 1-888-682-2591 или отправив нам сообщение.

Дополнительные советы по расчету отопления дома

1. Определение количества БТЕ, необходимого вашему дому
2. Понимание показаний BTU — упрощенная версия
3. Электрокамины для обогрева помещений площадью 1000 кв. Футов
4. Общие сведения об электрических показаниях: ватты, амперы, вольт и омы
5. Испытание на эффективность отопления: дровяные, электрические и газовые камины

Энергия для отопления дома

Теплоотдача от вашего дома может происходить за счет теплопроводности, конвекции и излучения.Обычно это моделируется с точки зрения теплопроводности, хотя проникновение через стены и вокруг окон может привести к значительным дополнительным потерям, если они плохо герметизированы. Потери излучения можно минимизировать, используя изоляцию с фольгой в качестве радиационного барьера.

Промышленность США по отоплению и кондиционированию воздуха почти полностью использует для своих расчетов старые британские и американские единицы. Для совместимости с обычно встречающимися величинами этот пример будет выражен в этих единицах.

I. Рассчитайте скорость потери стенки в БТЕ в час.

Для комнаты размером 10 на 10 футов с потолком 8 футов, со всеми поверхностями, изолированными до R19 в соответствии с рекомендациями Министерства энергетики США, с внутренней температурой 68 ° F и наружной температурой 28 ° F:

II. Рассчитайте потери за день при этих температурах.

Тепловые потери в день = (674 БТЕ / час) (24 часа) = 16168 БТЕ

Обратите внимание, что это просто потеря через стены.Потери через пол и потолок рассчитываются отдельно и обычно включают разные значения R.

III. Рассчитайте потерю за «градусный день».

Это потеря за день с разницей в один градус между внутренней и внешней температурой.

Если бы условия случая II преобладали в течение всего дня, вам потребовалось бы 40 градусо-дней отопления, и, следовательно, потребовалось бы 40 градусо-дней x 404 БТЕ / градус день = 16168 БТЕ для поддержания постоянной внутренней температуры.

IV. Рассчитайте теплопотери за весь отопительный сезон.

Типичная потребность в отоплении для отопительного сезона в Атланте, с сентября по май, составляет 2980 градусо-дней (долгосрочное среднее значение).

Типичное количество градусо-дней нагрева или охлаждения для данного географического местоположения обычно можно получить в службе погоды.

V. Рассчитайте потери тепла за отопительный сезон для типичного неизолированного южного дома в Атланте.

Диапазон показателей потерь, указанный Министерством энергетики для неизолированных типовых жилищ, составляет от 15 000 до 30 000 БТЕ / градус в день. Выбор 25000 БТЕ / градус в день:

VI. Рассчитайте годовую стоимость отопления.

Предположим, что стоимость природного газа составляет 12 долларов за миллион БТЕ в печи, работающей с КПД 70%.

Предположим, что электрический резистивный нагрев с КПД 100% *, 9 / кВтч.

Предположим, электрический тепловой насос с КПД = 3

* 100% -ная эффективность использования электричества в вашем доме для производства тепла — распространенный маркетинговый ход электроэнергетических компаний.Это заблуждение, потому что вам нужно сжечь около 3 единиц первичного топлива, чтобы доставить 1 единицу электроэнергии в дом из-за теплового узкого места в производстве электроэнергии. Таким образом, 100% эффективное использование в вашем доме составляет около 33% эффективности использования основного топлива.

Когда вы отапливаете природным газом, вы используете основное топливо в своем доме, и это явно предпочтительнее, чем использование электрического резистивного отопления, которое является расточительным по сравнению с высококачественной поставляемой электрической энергией.Используя электрический тепловой насос, по крайней мере, на юге США, вы можете получить коэффициент полезного действия около 3. То есть вы закачиваете в дом три единицы тепла, затрачивая всего одну единицу высококачественной электрической энергии. энергия. Это почти уравновешивает потери 3: 1 в процессе выработки электроэнергии, о которых говорилось выше. В приведенном выше примере расчетная стоимость электрического теплового насоса значительно дешевле, чем стоимость нагрева природного газа, но это может быть связано с тем, что текущая стоимость природного газа в то время была необычно высокой.За последние 25 лет или около того отопление с использованием природного газа и электрического теплового насоса оставалось сопоставимым по стоимости.

Преобразование нагрузок нагрева и охлаждения в потоки воздуха — Физика

Когда вы приступаете к проекту по изучению строительной науки, первое, с чем вы сталкиваетесь, — это концепция нагрузок на нагрев и охлаждение. Они есть в каждом здании. (Да, даже в проектах пассивных домов.) Вот почему мы выполняем расчет тепловой и охлаждающей нагрузки. Мы вводим все детали здания, устанавливаем проектные условия и получаем нагрузку на отопление и охлаждение для каждой комнаты в здании.Здесь, в США, мы все еще используем те устаревшие единицы, которые дают британские тепловые единицы в час (БТЕ / час) для нагрузок. В большинстве стран мира результат измеряется в ваттах или киловаттах.

Но что тогда? Мы не просто включаем кран BTU. Обычно мы перемещаем эти БТЕ в комнаты дома с жидкостью, такой как воздух или вода, и из них. Итак, как мы узнаем, сколько кубических футов в минуту (кубических футов в минуту) воздуха даст нам правильное количество БТЕ в час? Сегодня мы поговорим об этой связи между BTU / hr и CFM.(Я собираюсь оставить обсуждение использования воды для распределения тепла своим друзьям в области гидроники, но это аналогично тому, что я объясняю ниже.)

Прежде чем мы начнем, позвольте мне отметить, что впереди еще немного математики. Это действительно не так уж и плохо, и если вы сможете следовать по тексту, вы лучше поймете физику, лежащую в основе перемещения тепла с воздухом. Если после слова «математика» вы уже задыхаетесь, можете перейти к разделу «Выводы».

Сколько тепла может удерживать воздух?

Материя довольно интересная штука.Он обладает множеством интересных свойств, которые веками скрывали ученых в лабораториях. (Я слышал, что Галилей все еще трудится в подвале Пизанской башни.) Когда мы говорим о способности воздуха удерживать тепло, соответствующее свойство называется — вы не поверите — теплоемкостью. Ага. Это термин, который я время от времени упоминал в этом пространстве, но так и не дал точного определения, так что давайте займемся этим сегодня.

Теплоемкость — это своего рода КПД.Это соотношение цены и качества. При эффективности уравнение выводится поверх ввода. Теплоемкость — это отношение добавленного или отведенного тепла к изменению температуры. Вот уравнение:

Если мы добавим определенное количество тепла (измеряемое в БТЕ) к определенному количеству вещества (в нашем случае воздух), мы получим определенное изменение температуры. Это уравнение говорит нам о том, что отношение этих двух величин является мерой того, сколько тепла может удерживать вещество. Если мы получим вдвое меньшее изменение температуры при заданном количестве добавленного тепла, этот материал будет иметь вдвое большую теплоемкость.Таким образом, это количество, теплоемкость, является важным свойством материалов для всех, кто интересуется энергоэффективностью или обогревом и охлаждением.

Обычно легче говорить об удельной теплоемкости, потому что Q в приведенном выше уравнении будет меняться с разным количеством воздуха, представляющего интерес вещества. Разделив правую часть приведенного выше уравнения на массу воздуха, мы получим удельную теплоемкость. Если мы немного изменим порядок, используя магию алгебры, мы получим уравнение, которое вы можете вспомнить из средней школы или колледжа.(Он появляется на вводных курсах как физики, так и химии.) Вот он:

Знакомо? Если нет, подождите еще немного, и я покажу вам уравнение, которое вы, возможно, видели раньше.

Следующим шагом будет небольшое преобразование массового члена. Когда мы имеем дело с жидкостями, обычно легче работать с плотностью, которая равна массе, разделенной на объем. Поэтому мы заменяем термин м выше на плотность (греческая буква ро, ρ ), умноженная на объем ( V ).Вот как теперь выглядит наше уравнение:

Неважно, вызывает ли у вас гипервентиляция математика или нет, давайте сделаем шаг назад и вспомним, куда мы сейчас идем. Первоначальный вопрос заключался в том, как мы измеряем тепловые и охлаждающие нагрузки в БТЕ / час и определяем, какой расход воздуха нам нужен в кубических футах в минуту. Теперь у нас есть член в уравнении для объема, а куб. Фут в минуту — это просто объем во времени. Одна из замечательных особенностей алгебры заключается в том, что мы можем делить (или умножать) обе части уравнения на одно и то же.Фактически, это приветствуется!

Итак, давайте разделим обе части приведенного выше уравнения на время. Слева мы получаем Q / t , что подводит нас к BTU / час, которые мы обсуждали. Справа объем V , разделенный на время, дает нам кубические футы в минуту. Конечно, чтобы получить БТЕ в час с одной стороны и кубических футов в минуту с другой, нам нужно добавить коэффициент 60. Он идет с правой стороны.

Также на правой стороне у нас есть ρc , плотность воздуха, умноженная на удельную теплоемкость воздуха (при постоянном давлении, но это уже другое обсуждение).Плотность и удельная теплоемкость — это всего лишь два числа, которые мы можем умножить, и для ясности мы говорим о воздухе на уровне моря и температуре, близкой к комнатной. Вы не можете использовать это уравнение внизу, высоко в горах или при температурах далеко от воздуха, которым вы дышите прямо сейчас. Когда мы умножаем плотность (0,075) на удельную теплоемкость (0,24), а также на 60, мы получаем 1,08. Окончательное уравнение выглядит так:

Это уравнение, которое, как я сказал, вы, возможно, видели раньше. Его преподают в программах HVAC и классах BPI, а также в других местах.Если мы изменим это уравнение, чтобы получить поток воздуха слева, мы получим:

И вот оно. Как только мы узнаем, сколько тепла нужно подавать или отводить в комнату, мы можем сделать простой расчет, чтобы узнать, сколько кубических футов в минуту воздушного потока нам нужно. Конечно, необходимая нам CFM будет зависеть от местоположения. Как я сказал выше, нельзя просто везде использовать 1.08. И нам также необходимо знать, насколько изменяется температура воздуха, когда он проходит через печь или воздухообрабатывающий агрегат, ΔT в приведенных выше уравнениях.

Это все?

Я знаю, о чем сейчас думают некоторые из вас. Вы смотрите на все, что я сделал выше, и говорите себе, что это разумно. И вы абсолютно правы. Приведенные выше уравнения относятся только к явному теплу, добавляемому к воздуху или отводимому от него. Он не включает скрытую теплоту кондиционирования воздуха, которая занимается отводом влаги.

Мы могли бы вернуться к началу и провести аналогичный процесс для отвода скрытой теплоты. Черт возьми, мы могли бы пойти еще дальше и поговорить о частной производной энтальпии по температуре.Но как насчет того, чтобы избавить вас от этих подробностей и дать ответ сразу. Вот аналогичное уравнение для общего тепла (явное плюс скрытое):

Снова сделав небольшую магию алгебры, мы получим уравнение охлаждения cfm:

Единственное, что здесь нового — это переменная Δw . Это означает изменение соотношения влажности, а индекс г относится к зернам. Коэффициент влажности (часто ошибочно называемый абсолютной влажностью) является одной из основных переменных на психрометрической диаграмме и измеряется в зернах водяного пара на фунт сухого воздуха.Зерно — это странный способ описания массы водяного пара, когда один фунт (масса) воздуха эквивалентен 7000 гран.

В основном, Δw измеряет изменение количества водяного пара в воздухе, проходящем через кондиционер, когда часть его конденсируется на холодном змеевике испарителя. Когда воздух проходит над холодным змеевиком испарителя, происходят две вещи. Температура воздуха падает ( ΔT ), и концентрация водяного пара в воздухе также падает ( Δw ) по мере того, как водяной пар конденсируется на змеевике.Оба эти изменения являются частью охлаждающей способности единицы оборудования.

Выводы

Если вы запутались в математике наверху и прыгнули здесь, позвольте мне посмотреть, могу ли я немного подытожить для вас вещи. Я начал с изучения физики воздушного потока и тепла. Все это было основано на определении теплоемкости, которая является мерой того, насколько сильно изменяется температура материала при заданном количестве добавленного или удаленного тепла. В результате получилась пара уравнений, которые связывают три переменные: БТЕ / час, куб.фут / мин и ΔT.В уравнении тоже есть число (1,08), и хотя оно выглядит как константа, это не так. Не забудьте отрегулировать его, если плотность воздуха отличается от плотности воздуха на уровне моря при комнатной температуре. (Теплоемкость тоже может быть разной, но для того, что мы здесь делаем, в основном необходимо регулировать плотность.)

Затем я показал, что эти два уравнения предназначены только для явного тепла; то есть тепло, вызывающее изменения температуры. Если у вас влажный воздух (а кто этого не хочет!) И вы его охлаждаете, вы также должны учитывать тепло, необходимое для удаления водяного пара из воздушного потока путем его конденсации на змеевике холодного кондиционера.Это привело нас ко второй паре уравнений, которая включает эту теплоту, скрытую теплоту.

Если бы нам пришлось начинать с первых принципов и применять всю физику каждый раз, когда мы проектируем систему отопления и кондиционирования воздуха, мы бы, вероятно, просто сидели у костра зимой или обмахивались листьями пальмы летом. Вместо этого у нас есть процедуры для получения результатов расчета нагрузки и получения нужного оборудования, которое перемещает нужное количество воздуха с нужным количеством БТЕ.Это инженерная сторона.

Итак, у вас есть ответ на исходный вопрос. Мы знаем, как перейти от тепловой или охлаждающей нагрузки в БТЕ / ч до кубических футов в минуту воздушного потока, необходимого для удовлетворения нагрузки. В основе его — чистая физика. Процесс проектирования — это инженерия, и это тема одной из будущих статей.

Статьи по теме

Тепло — вещь лишняя BTU!

3 причины, по которым ваш 3-тонный кондиционер на самом деле не 3 тонны

Психрометрия — непостижимая таблица или путь к пониманию?

Волшебство холода, часть 2 — Принципы промежуточного кондиционирования воздуха

ПРИМЕЧАНИЕ: Комментарии модерируются.Ваш комментарий не появится ниже, пока не будет одобрен.

11.2 Тепло, удельная теплоемкость и теплопередача

Проводимость, конвекция и излучение

Теплообмен происходит всякий раз, когда возникает разница температур. Передача тепла может происходить быстро, например, через сковороду, или медленно, например, через стенки изолированного холодильника.

Существует три различных метода теплопередачи: теплопроводность, конвекция и излучение. Иногда все три могут происходить одновременно.См. Рисунок 11.3.

Рис. 11.3 В камине передача тепла происходит всеми тремя способами: теплопроводностью, конвекцией и излучением. Излучение отвечает за большую часть тепла, передаваемого в комнату. Передача тепла также происходит через теплопроводность в комнату, но гораздо медленнее. Теплообмен за счет конвекции также происходит через холодный воздух, поступающий в комнату вокруг окон, и горячий воздух, покидающий комнату, поднимаясь вверх по дымоходу.

Проводимость — это передача тепла при прямом физическом контакте.Тепло, передаваемое между электрической горелкой плиты и дном сковороды, передается за счет теплопроводности. Иногда мы пытаемся контролировать отвод тепла, чтобы чувствовать себя более комфортно. Поскольку скорость теплопередачи у разных материалов разная, мы выбираем ткани, такие как толстый шерстяной свитер, которые замедляют отвод тепла от нашего тела зимой.

Когда вы идете босиком по ковру в гостиной, ваши ноги чувствуют себя относительно комфортно… пока вы не ступите на кафельный пол кухни.Поскольку ковер и кафельный пол имеют одинаковую температуру, почему один из них холоднее другого? Это объясняется разной скоростью теплопередачи: материал плитки отводит тепло от вашей кожи с большей скоростью, чем ковровое покрытие, что делает его более холодным.

Некоторые материалы просто проводят тепловую энергию быстрее, чем другие. В целом металлы (например, медь, алюминий, золото и серебро) являются хорошими проводниками тепла, тогда как такие материалы, как дерево, пластик и резина, плохо проводят тепло.

На рисунке 11.4 показаны частицы (атомы или молекулы) в двух телах при разных температурах. (Средняя) кинетическая энергия частицы в горячем теле выше, чем в более холодном теле. Если две частицы сталкиваются, энергия передается от частицы с большей кинетической энергией к частице с меньшей кинетической энергией. Когда два тела находятся в контакте, происходит множество столкновений частиц, что приводит к чистому потоку тепла от тела с более высокой температурой к телу с более низкой температурой. Тепловой поток зависит от разности температур ΔT = Thot-TcoldΔT = Thot-Tcold.Таким образом, вы получите более сильный ожог от кипятка, чем от горячей воды из-под крана.

Рис. 11.4. Частицы в двух телах при разных температурах имеют разные средние кинетические энергии. Столкновения, происходящие на контактной поверхности, имеют тенденцию передавать энергию из высокотемпературных областей в низкотемпературные области. На этом рисунке частица в области более низких температур (правая сторона) имеет низкую кинетическую энергию перед столкновением, но ее кинетическая энергия увеличивается после столкновения с контактной поверхностью.Напротив, частица в области более высоких температур (слева) имеет большую кинетическую энергию до столкновения, но ее энергия уменьшается после столкновения с контактной поверхностью.

Конвекция — это передача тепла движением жидкости. Такой тип теплопередачи происходит, например, в котле, кипящем на плите, или во время грозы, когда горячий воздух поднимается к основанию облаков.

Советы для успеха

На обиходе термин жидкость обычно означает жидкость.Например, когда вы заболели и врач говорит вам «выпить жидкости», это означает только пить больше напитков, а не вдыхать больше воздуха. Однако в физике жидкость означает жидкость или газ . Жидкости движутся иначе, чем твердые тела, и даже имеют свой собственный раздел физики, известный как гидродинамика , который изучает их движение.

При повышении температуры жидкости они расширяются и становятся менее плотными. Например, на рис. 11.4 может быть изображена стенка воздушного шара с газами внутри шара разной температуры, чем снаружи в окружающей среде.Более горячие и, следовательно, быстро движущиеся частицы газа внутри воздушного шара ударяются о поверхность с большей силой, чем более холодный воздух снаружи, заставляя воздушный шар расширяться. Это уменьшение плотности по отношению к окружающей среде создает плавучесть (тенденцию к повышению). Конвекция обусловлена ​​плавучестью — горячий воздух поднимается вверх, потому что он менее плотен, чем окружающий воздух.

Иногда мы контролируем температуру в доме или в себе, контролируя движение воздуха. Герметизация дверей герметичной изоляцией защищает от холодного ветра зимой.Дом на рис. 11.5 и горшок с водой на плите на рис. 11.6 являются примерами конвекции и плавучести, созданными человеком. Океанские течения и крупномасштабная атмосферная циркуляция переносят энергию из одной части земного шара в другую и являются примерами естественной конвекции.

Рис. 11.5 Воздух, нагретый так называемой гравитационной печью, расширяется и поднимается, образуя конвективную петлю, которая передает энергию другим частям комнаты. По мере того, как воздух охлаждается у потолка и внешних стен, он сжимается, в конечном итоге становясь более плотным, чем воздух в помещении, и опускается на пол.Правильно спроектированная система отопления, подобная этой, в которой используется естественная конвекция, может быть достаточно эффективной для равномерного обогрева дома.

Рис. 11.6 Конвекция играет важную роль в теплопередаче внутри этого котла с водой. Попав внутрь жидкости, теплопередача к другим частям кастрюли происходит в основном за счет конвекции. Более горячая вода расширяется, уменьшается по плотности и поднимается, передавая тепло другим частям воды, в то время как более холодная вода опускается на дно. Этот процесс повторяется, пока в кастрюле есть вода.

Излучение — это форма передачи тепла, которая происходит при испускании или поглощении электромагнитного излучения. Электромагнитное излучение включает радиоволны, микроволны, инфракрасное излучение, видимый свет, ультрафиолетовое излучение, рентгеновские лучи и гамма-лучи, все из которых имеют разные длины волн и количество энергии (более короткие длины волн имеют более высокую частоту и больше энергии).

Вы можете почувствовать теплоотдачу от огня и солнца. Точно так же вы иногда можете сказать, что духовка горячая, не касаясь ее дверцы и не заглядывая внутрь — она ​​может просто согреть вас, когда вы пройдете мимо.Другой пример — тепловое излучение человеческого тела; люди постоянно излучают инфракрасное излучение, которое не видно человеческому глазу, но ощущается как тепло.

Излучение — единственный метод передачи тепла, при котором среда не требуется, а это означает, что тепло не должно вступать в прямой контакт с какими-либо предметами или переноситься ими. Пространство между Землей и Солнцем в значительной степени пусто, без какой-либо возможности теплопередачи за счет конвекции или теплопроводности. Вместо этого тепло передается за счет излучения, и Земля нагревается, поскольку она поглощает электромагнитное излучение, испускаемое Солнцем.

Рис. 11.7 Большая часть теплопередачи от этого пожара к наблюдателям происходит через инфракрасное излучение. Видимый свет передает относительно небольшую тепловую энергию. Поскольку кожа очень чувствительна к инфракрасному излучению, вы можете почувствовать присутствие огня, даже не глядя на него. (Дэниел X. О’Нил)

Все объекты поглощают и излучают электромагнитное излучение (см. Рисунок 11.7). Скорость передачи тепла излучением в основном зависит от цвета объекта. Черный — наиболее эффективный поглотитель и радиатор, а белый — наименее эффективный.Например, люди, живущие в жарком климате, обычно избегают ношения черной одежды. Точно так же черный асфальт на стоянке будет горячее, чем прилегающие участки травы в летний день, потому что черный цвет поглощает лучше, чем зеленый. Верно и обратное — черный цвет излучает лучше, чем зеленый. Ясной летней ночью черный асфальт будет холоднее, чем зеленый участок травы, потому что черный излучает энергию быстрее, чем зеленый. Напротив, белый цвет — плохой поглотитель и плохой радиатор. Белый объект, как зеркало, отражает почти все излучение.

Виртуальная физика

Формы и изменения энергии

В этой анимации вы исследуете теплопередачу с различными материалами. Поэкспериментируйте с нагревом и охлаждением железа, кирпича и воды. Для этого нужно перетащить объект на пьедестал и затем удерживать рычаг в положении «Нагреть» или «Охлаждать». Перетащите термометр рядом с каждым объектом, чтобы измерить его температуру — вы можете в режиме реального времени наблюдать, как быстро он нагревается или охлаждается.

Теперь попробуем передать тепло между объектами.Нагрейте кирпич и поместите его в прохладную воду. Теперь снова нагрейте кирпич, но затем поместите его поверх утюга. Что ты заметил?

Выбор опции быстрой перемотки вперед позволяет ускорить передачу тепла и сэкономить время.

Проверка захвата

Сравните, насколько быстро различные материалы нагреваются или охлаждаются. Основываясь на этих результатах, какой материал, по вашему мнению, имеет наибольшую удельную теплоемкость? Почему? Какая из них имеет наименьшую удельную теплоемкость? Можете ли вы представить себе реальную ситуацию, в которой вы хотели бы использовать объект с большой удельной теплоемкостью?

1. Вода занимает больше всего времени, а железу нужно меньше времени, чтобы нагреться и остыть.Для теплоизоляции желательны объекты с большей удельной теплоемкостью. Например, шерстяная одежда с большой удельной теплоемкостью предотвратит потерю тепла телом.
2. Вода занимает меньше всего времени, а железу нужно больше времени, чтобы нагреться и остыть. Для теплоизоляции желательны объекты с большей удельной теплоемкостью. Например, шерстяная одежда с большой удельной теплоемкостью предотвратит потерю тепла телом.
3. Кирпич занимает меньше всего времени, а железу нужно больше времени, чтобы нагреться и остыть.Для теплоизоляции желательны объекты с большей удельной теплоемкостью. Например, шерстяная одежда с большой удельной теплоемкостью предотвратит потерю тепла телом.
4. Вода занимает меньше всего времени, а кирпичу нужно больше времени, чтобы нагреться и остыть. Для теплоизоляции желательны объекты с большей удельной теплоемкостью. Например, шерстяная одежда с большой удельной теплоемкостью предотвратит потерю тепла телом.