МИНИСТЕРСТВООБРАЗОВАНИЯРОССИЙСКОЙФЕДЕРАЦИИ ГОСУДАРСТВЕННОЕУЧРЕЖДЕНИЕ
КУЗБАССКИЙГОСУДАРСТВЕННЫЙТЕХНИЧЕСКИЙУНИВЕРСИТЕТ КАФЕДРА ФИЗИКИ
ОПРЕДЕЛЕНИЕ УДЕЛЬНОЙ ТЕПЛОЕМКОСТИ ВОЗДУХА ПРИ ПОСТОЯННОМ ДАВЛЕНИИ
Методические указания к лабораторной работе № 303 по курсу общей физики для подготовки студентов по всем направлениям
Составители А. А. Мальшин В. П. Корчуганов
Утверждены на заседании кафедры Протокол №1 от 30.08.01 Рекомендованы к печати методической комиссией направления 550600 Протокол №3 от 2.10.01 Электронная копия находится в
библиотеке главного корпуса ГУ КузГТУ
Кемерово 2002
1
ОПРЕДЕЛЕНИЕ УДЕЛЬНОЙ ТЕПЛОЕМКОСТИ ВОЗДУХА ПРИ ПОСТОЯННОМ ДАВЛЕНИИ
Данная лабораторная работа относится к разделу «Молекулярная физика и термодинамика», тема «Законы термодинамики».
Перед занятием студент обязан самостоятельно подготовиться к лабораторной работе (см. п. 3). На выполнение и защиту данной работы отводится 2 часа аудиторных занятий.
1.ЦЕЛИ РАБОТЫ:
1)освоить принципы определения удельной теплоемкости при постоянном давлении методом протока;
2)определить удельную теплоемкость воздуха при постоянном давлении;
3)изучить методы измерения разности температур и расхода воздуха.
2.ПРИБОРЫ И ПРИНАДЛЕЖНОСТИ:
установка для определения удельной теплоемкости при постоянном давлении.
3.ПОДГОТОВКА К РАБОТЕ:
1)изучить теоретические положения, касающиеся данного явления по литературным источникам [1-3];
2)изучить данные методические указания;
3)ответить на контрольные вопросы на с. 10.
4.ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ВВЕДЕНИЕ
Передача энергии от одного тела к другому может быть осуществлена двумя способами: первый способ — посредством механического взаимодействия, когда совершается работа; второй способ — посредством теплового взаимодействия, когда энергия передается хаотическим движением молекул за счет теплопроводности или теплового излучения. Количество энергии, передаваемое при тепловом взаимодействии тел, называется количеством теплоты.
Первое начало термодинамики говорит о том, что теплота, сооб-
щаемая телу, расходуется на изменение внутренней энергии системы и на совершение телом работы против внешних сил:
2
Одним из основных тепловых свойств тел, широко используемых в термодинамическом методе исследования, является теплоемкость.
Теплоемкостью тела называется физическая величина, численно равная отношению теплоты, сообщаемой телу, к изменению температуры тела Т в рассматриваемом термодинамическом процессе:
|
С = |
∂Q |
. |
(2) |
|
d T |
Теплоемкость тела зависит от его химического состава, массы тела и его термодинамического состояния, а также от вида процесса изменения состояния тела, в котором поступает теплота ∂Q.
Тепловые свойства однородных тел характеризуются понятиями удельной Сm и молярной теплоемкости CM
Удельной теплоемкостью называется физическая величина, равная теплоте, необходимой для нагревания одного килограмма вещества на один кельвин:
Cm = m∂dQT ,
где m — масса тела.
Молярной теплоемкостью называется ная теплоте, необходимой для нагревания один кельвин:
СM = M ∂Q m d T
физическая величина, раводного моля вещества на
,
где М — молярная масса вещества. Связь между теплоемкостями:
|
C = m Cm = |
m |
CM . |
(3) |
|
M |
Тогда можно записать количество теплоты в виде:
∂Q = C d T = m Cm d T = Mm CM d T .
Так как ∂Q по формуле (1) определяется изменением внутренней энергии dU и работой расширения ∂A, то теплоемкость также зависит от изменения объема. Для твердых тел и жидкостей изменение объема при нагревании относительно невелико, поэтому для них зависимостью теплоемкости от изменения объема обычно пренебрегают. Для газов, объем которых сильно меняется с температурой, пренебрегать зависи-
3
мостью ∂Q и теплоемкости от изменения объема нельзя.
Применим уравнение (1) к различным изопроцессам идеальных газов:
а) при изохорном процессе (V = const) газ не совершает работу. По первому началу термодинамики вся теплота, сообщаемая газу в изохорном процессе, идет на изменение его внутренней энергии.
|
∂Q = d U = |
m |
CMv d T , |
∂A = 0, |
(4) |
|
M |
где CMV — молярная теплоемкость газа при постоянном объеме;
б) при изобарном процессе (p = соnst) уравнение первого начала термодинамики можно записать в виде:
|
m |
CMp d T = |
m |
CMv d T + p d V, |
(5) |
|
M |
||||
|
M |
где СMP — молярная теплоемкость газа при постоянном давлении. Выразим элементарную работу из уравнения Менделеева — Кла-
пейрона:
|
∂A = p d V = |
m |
R d T . |
(6) |
|
M |
Для установления связи между молярными теплоемкостями СМP и СMV подставим (6) в (5). Получаем:
СM P −CM V = R .
Это соотношение называется уравнением Майера. Для удельных теплоемкостей Сmp и Cmv оно имеет вид:
Cmp −Cmv = MR .
Физический смысл уравнения Майера заключается в том, что при изобарном нагревании газа к нему должна быть подведена большая теплота, чем для изохорного нагревания в одном и том же диапазоне температур;
в) при изотермическом процессе (T = const) внутренняя энергия идеального газа не изменяется и вся теплота, сообщаемая газу, расходуется на совершение газом работы против внешних сил (V2 > V1 — расширение).
|
∂Q = ∂A , или |
Q |
= A |
= |
m |
RT ln |
V2 |
, d U = 0, |
(7) |
|
12 |
12 |
M |
V1 |
|||||
так как dT = 0, следовательно, теплоемкость равна бесконечности;
4
г) для адиабатного процесса ∂Q = 0 и С = Cm = CM = 0.
Теория теплоемкостей газов, которую называют классической, в отличие от квантовой, была разработана Больцманом и Максвеллом.
Эта теория основывается на законе о равномерном распределении энер-
гии по степеням свободы молекул. Молекула одноатомного газа имеет три степени свободы поступательного движения относительно трех координатных осей. На каждую степень свободы приходится энергия:
Ei = 12 k T.
В общем случае для моля многоатомного идеального газа:
EM = NA Ei = 2i NA k T = 2i R T ,
отсюда мольная теплоемкость для идеального газа:
|
CMV = |
i |
R , |
СMP = CMV + R = ( |
i |
+1) R . |
|
2 |
2 |
Определение теплоемкости тел обычно производится в калориметрах, т.е. в сосудах, обеспечивающих теплоизоляцию исследуемого тела от внешней среды. При этом регистрируется теплота ∆Q, получаемая телом, и изменение температуры тела ∆T. Теплоемкость тела находится как частное от деления ∆Q на ∆Т:
С = ∆∆QT .
Надежность измерения определяется в основном, качеством калориметра. Необходимо, чтобы количество теплоты, затрачиваемое на нагревание исследуемого тела, было существенно больше теплоты, расходуемой на нагревание калориметра и на потери, связанные с утечкой теплоты из установки. При измерении теплоемкости воздуха эти требования выполнить очень трудно, так как масса воздуха, заключенного в калориметре, и, следовательно, количество теплоты, идущей на его нагревание, очень малы.
Чтобы увеличить количество воздуха при неизменных размерах установки, в данной работе воздух продувается сквозь калориметр, внутри которого установлен нагреватель. Определяются количество теплоты ∂Q, отдаваемое нагревателем, масса m протекающего воздуха и изменение его температуры ∆Т. Удельная теплоемкость воздуха при постоянном давлении находится по определению:
|
5 |
|||
|
Сmp = |
∆Q |
(8) |
|
|
m ∆T |
|||
5.УСТРОЙСТВО, ПРИНЦИП РАБОТЫ УСТАНОВКИ И МЕТОДИКА ИЗМЕРЕНИЙ
Принципиальная схема установки показана на рис.1. Воздух прокачивается компрессором через трубку 1, размещенную в теплоизолирующей оболочке 2.
Измерение расхода воздуха производится по перепаду давлений на капилляре, который вместе с трубой образует единую проточную магистраль. Протекая через трубку, воздух нагревается электрической спиралью 3. Разность температур на входе и выходе трубки измеряется дифференциальной термопарой 4. ЭДС термопары измеряется вольтметром, подключаемым к ней через разъем 5. Электрический нагреватель
|
3 питается постоянным током от |
Рис. 1. Схема установки |
|
блока питания УБП, подключенно- |
го к нагревателю через соответствующие разъемы. Напряжение на нагревателе измеряется вольтметром, подключаемым через разъемы 7. Ток в нагревателе определяется по измеренному вольтметром, подключаемым к разъемам 6, напряжению UR на образцовом сопротивлении
Rобр = 0,1 Ом:
|
Iн = |
UR |
(9) |
||
|
Rобр. |
||||
|
Определяем количество теплоты, отдаваемое нагревателем возду- |
||||
|
ху за время t, по закону Джоуля-Ленца: |
||||
|
∆Q = Iн Uн t |
(10) |
Массовый расход воздуха z через трубку, определяемый как масса воздуха, протекающего через поперечное сечение трубки в единицу времени
|
6 |
||||||||||
|
z = |
m |
(11) |
||||||||
|
находим по формуле Пуазейля: |
t |
|||||||||
|
π r4 |
||||||||||
|
ρ ∆P t |
||||||||||
|
η = |
0 |
, |
||||||||
|
m |
8 l V |
|||||||||
|
где объем V = |
, откуда |
|||||||||
|
ρ |
||||||||||
|
π r4 ρ ∆p |
||||||||||
|
z = |
0 |
(12) |
||||||||
|
8 l η |
||||||||||
где радиус капилляра – r0 = 4,5 10 −4 м, длина капилляра — l = 6 10 −2 м , коэффициент внутреннего трения воздуха при данной температуре –
η = 1,8 10-5 мкгс, перепад давлений на концах капилляра — ∆р = ρжgh, где
плотность воды ρж =103 кг/м3, перепад уровней жидкости в манометре — h , плотность воздуха — ρ = 1,29 кг/м3.
Перепад температур на концах трубки определяем по измеренной термо ЭДС ε из формулы
|
∆T = |
ε |
, |
(13) |
|
|
α |
||||
где коэффициент α = 0,00671 В/град для данной термопары. Подставляя (9), (10), (11), (12), (13) в уравнение (8), получаем ра-
бочую формулу
|
Cmp = B |
Uн U |
|
|
R |
, |
(14) |
|
h ε |
где B – постоянная для данной установки:
|
B = |
8 l α η |
= 0,356 |
Дж м |
. |
|
π g Rобр ρж ρ r04 |
||||
|
кг К В |
7
6.ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ
6.1.Присоединить гибкий шланг к воздушным штуцерам на обоих модулях (см. рис. 2).
6.2.Соединить проводами клеммы источника питания на измерительном модуле и клеммы «Ист. пит.» на модуле стенда.
6.3.Соединить проводами клеммы «Вольтм.» модуля стенда и
клеммы « » и «U» мультиметра измерительного стенда.
6.4.Вывести регулятор напряжения источника питания на измерительном стенде в крайнее положение, вращая ручку против часовой стрелки. На переключателе пределов мультиметра (левый вертикальный ряд кнопок) установить предел напряжения 20В, для этого нажать кнопку «20В». Все остальные кнопки переключателя пределов должны быть отжаты.
6.5.На измерительном стенде включить тумблеры «Сеть», «Источник питания», «Компрессор», а также движок выключателя мультиметра (он находится справа вверху на панели мультиметра).
6.6.Нажмите клапан «Напуск» на модуле стенда и добейтесь, чтобы разность уровней жидкости h в U-образном манометре составила
50-100 мм.
6.7.Нажать кнопку RА на модуле стенда и с индикатора мультиметра произвести отсчёт напряжения UН на нагревателе, при этом величина этого напряжения устанавливается поворотом ручки регулятора напряжения источника питания по часовой стрелке.
6.8.Нажать кнопку RБ на модуле стенда и с индикатора мультиметра произвести отсчёт напряжения UR на образцовом сопротивлении, для этого переключить предел измерения мультиметра на 200 мВ (нажать кнопку «200mV» на переключателе пределов мультиметра).
6.9.Нажать кнопку 
на модуле стенда и снять отсчет напряжения на термопаре по индикатору мультиметра в момент, когда показания мультиметра перестанут изменяться (примерно через 5 минут при постоянной разности уровней h), после чего перейти на предел измерения
«20 V».
6.10.Пункты 6.7 – 6.9 повторить для следующих четырёх значений напряжения UН на нагревателе (6 В, 8 В, 10 В, 12 В). Результаты
измерений занести в таблицу. Рассчитать Cmp по формуле (14).
8
Рис.2. Блок-схема установки.
Слева показан измерительный модуль, справа – модуль стенда
9
6.11. Рассчитать удельную теплоемкость для воздуха по формуле
|
i |
R |
||||
|
Cmp= |
+ 2 |
, взять i = 5, M = 0,029 кг/моль. Сравнить полученное |
|||
|
2 |
M |
||||
значение со средней удельной теплоемкостью при постоянном давлении, определенное по данным лабораторной работы.
Измеряемые параметры и рассчитанная удельная теплоемкость при постоянном давлении
|
№ |
Uн |
h |
ε |
UR |
Cmp |
||
|
опыта |
B |
м |
В |
В |
Дж |
||
|
кг К |
|||||||
|
1 |
2 |
||||||
|
2 |
4 |
||||||
|
3 |
6 |
||||||
|
4 |
8 |
||||||
|
5 |
10 |
7. ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОЕ ЗАДАНИЕ
Оценить величину тепловых потерь, считая, что потери тепла зависят только от распределения температур вдоль стенок, а значит, перепада температур на спаях термопары, и не зависят от мощности нагревателя и потока воздуха. Это позволяет экспериментальным путем найти и исключить потери тепла в калориметре. Тогда:
|
Сmp= |
∆Q |
= |
IH VH − N |
, |
|
|
m ∆T |
m ∆T |
||||
где IHVH — мощность, выделяемая нагревателем; N — мощность тепловых потерь; m — масса воздуха, проходящего через калориметр за единицу времени; ∆Q – теплота; ∆Т — разность температур.
1. По полученным результатам для всех измерений постройте графики, откладывая по оси абсцисс мощность нагревателя IHVH , а по оси ординат — величину m∆T; угол наклона прямой, проведенной через точки графика, определяет искомую теплоемкость воздуха при посто-
Физические свойства воздуха
Воздух — это смесь различных газов (% по объему): азот — 78,03; кислород — 20,95; озон и другие инертные газы: аргон, гелий, неон, криптон, ксенон, радон — 0,94; углекислый газ — 0,03; водяной пар — 0,05. Содержание углекислого газа в атмосферном воздухе принимается равным (% по объему): в сельской местности — 0,03, в городах — 0,04—0,07. Содержание водяных паров в воздухе зависит от его температуры. Озон присутствует в лесном, горном и морском воздухе. Наружный воздух загрязняется отходящими от промышленных предприятий вредными для здоровья человека газами и пылью.
Плотность воздуха при нормальном атмосферном давлении 101,325 кПа (1 атм) и различной температуре
| Температура воздуха | Плотность воздуха, ρ |
| оС | кг/м3 |
| -20 | 1,395 |
| 0 | 1,293 |
| 5 | 1,269 |
| 10 | 1,247 |
| 15 | 1,225 |
| 20 | 1,204 |
| 25 | 1,184 |
| 30 | 1,165 |
| 40 | 1,127 |
| 50 | 1,109 |
| 60 | 1,060 |
| 70 | 1,029 |
| 80 | 0,9996 |
| 90 | 0,9721 |
| 100 | 0,9461 |
Динамическая и кинематическая вязкость воздуха при нормальном атмосферном давлении и различной температуре
| Температура воздуха | Динамическая вязкость воздуха, μ | Кинематическая вязкость воздуха, ν |
| оС | (Н • c / м2) x 10-5 | (м2 / с) x 10-5 |
| -20 | 1,63 | 1,17 |
| 0 | 1,71 | 1,32 |
| 5 | 1,73 | 1,36 |
| 10 | 1,76 | 1,41 |
| 15 | 1,80 | 1,47 |
| 20 | 1,82 | 1,51 |
| 25 | 1,85 | 1,56 |
| 30 | 1,86 | 1,60 |
| 40 | 1,87 | 1,66 |
| 50 | 1,95 | 1,76 |
| 60 | 1,97 | 1,86 |
| 70 | 2,03 | 1,97 |
| 80 | 2,07 | 2,07 |
| 90 | 2,14 | 2,20 |
| 100 | 2,17 | 2,29 |
Основные физические свойства воздуха при различной температуре
| Температура | Плотность, ρ | Удельная теплоёмкость, Cp | Теплопроводность, λ | Кинематическая вязкость, ν | Коэффициент температурного линейного расширения, α | Число Прандтля, Pr |
| оС | кг/м3 | кДж / (кг • К) | Вт / (м • К) | (м2 / с) x 10-6 | (1 / K) x 10-3 | — |
| 0 | 1,293 | 1,005 | 0,0243 | 13,30 | 3,67 | 0,715 |
| 20 | 1,205 | 1,005 | 0,0257 | 15,11 | 3,43 | 0,713 |
| 40 | 1,127 | 1,005 | 0,0271 | 16,97 | 3,20 | 0,711 |
| 60 | 1,067 | 1,009 | 0,0285 | 18,90 | 3,00 | 0,709 |
| 80 | 1,000 | 1,009 | 0,0299 | 20,94 | 2,83 | 0,708 |
| 100 | 0,946 | 1,009 | 0,0314 | 23,06 | 2,68 | 0,703 |
Формулы физических свойств воздуха
При проведении инженерных расчетов удобнее использовать приближённые формулы для определения физических свойств воздуха⋆:
Плотность воздуха
[ кг/м3 ]
Теплоёмкость воздуха
⋆ [ Дж/(кг • К) ]
Теплопроводность воздуха
⋆ [ Вт/(м • K) ]
Динамическая вязкость воздуха
⋆ [ Па • c ]
Кинематическая вязкость воздуха
[ м2/с ]
Температуропроводность воздуха
⋆ [ м2/с ]
Число Прандтля воздуха
[ — ]
⋆ Приближённые формулы физических свойств воздуха получены авторами настоящего сайта.
Размерность величин: температура — К (Кельвин).
Приближённые формулы действительны в диапазоне температур воздуха от 273 К до 473 К.
Рассмотрены основные физические свойства воздуха: плотность воздуха, его динамическая и кинематическая вязкость, удельная теплоемкость, теплопроводность, температуропроводность, число Прандтля и энтропия. Свойства воздуха даны в таблицах в зависимости от температуры при нормальном атмосферном давлении.
Плотность воздуха в зависимости от температуры
Представлена подробная таблица значений плотности воздуха в сухом состоянии при различных температурах и нормальном атмосферном давлении. Чему равна плотность воздуха? Аналитически определить плотность воздуха можно, если разделить его массу на объем, который он занимает при заданных условиях (давление, температура и влажность). Также можно вычислить его плотность по формуле уравнения состояния идеального газа. Для этого необходимо знать абсолютное давление и температуру воздуха, а также его газовую постоянную и молярный объем. Это уравнение позволяет вычислить плотность воздуха в сухом состоянии.
На практике, чтобы узнать какова плотность воздуха при различных температурах, удобно воспользоваться готовыми таблицами. Например, приведенной таблицей значений плотности атмосферного воздуха в зависимости от его температуры. Плотность воздуха в таблице выражена в килограммах на кубический метр и дана в интервале температуры от минус 50 до 1200 градусов Цельсия при нормальном атмосферном давлении (101325 Па).
| t, °С | ρ, кг/м3 | t, °С | ρ, кг/м3 | t, °С | ρ, кг/м3 | t, °С | ρ, кг/м3 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| -50 | 1,584 | 20 | 1,205 | 150 | 0,835 | 600 | 0,404 |
| -45 | 1,549 | 30 | 1,165 | 160 | 0,815 | 650 | 0,383 |
| -40 | 1,515 | 40 | 1,128 | 170 | 0,797 | 700 | 0,362 |
| -35 | 1,484 | 50 | 1,093 | 180 | 0,779 | 750 | 0,346 |
| -30 | 1,453 | 60 | 1,06 | 190 | 0,763 | 800 | 0,329 |
| -25 | 1,424 | 70 | 1,029 | 200 | 0,746 | 850 | 0,315 |
| -20 | 1,395 | 80 | 1 | 250 | 0,674 | 900 | 0,301 |
| -15 | 1,369 | 90 | 0,972 | 300 | 0,615 | 950 | 0,289 |
| -10 | 1,342 | 100 | 0,946 | 350 | 0,566 | 1000 | 0,277 |
| -5 | 1,318 | 110 | 0,922 | 400 | 0,524 | 1050 | 0,267 |
| 0 | 1,293 | 120 | 0,898 | 450 | 0,49 | 1100 | 0,257 |
| 10 | 1,247 | 130 | 0,876 | 500 | 0,456 | 1150 | 0,248 |
| 15 | 1,226 | 140 | 0,854 | 550 | 0,43 | 1200 | 0,239 |
При 25°С воздух имеет плотность 1,185 кг/м3. При нагревании плотность воздуха снижается — воздух расширяется (его удельный объем увеличивается). С ростом температуры, например до 1200°С, достигается очень низкая плотность воздуха, равная 0,239 кг/м3, что в 5 раз меньше ее значения при комнатной температуре. В общем случае, снижение плотности газов при нагреве позволяет проходить такому процессу, как естественная конвекция и применяется, например, в воздухоплавании.
Если сравнить плотность воздуха относительно плотности воды, то воздух легче на три порядка — при температуре 4°С плотность воды равна 1000 кг/м3, а плотность воздуха составляет 1,27 кг/м3. Необходимо также отметить значение плотности воздуха при нормальных условиях. Нормальными условиями для газов являются такие, при которых их температура равна 0°С, а давление равно нормальному атмосферному. Таким образом, согласно таблице, плотность воздуха при нормальных условиях (при НУ) равна 1,293 кг/м3.
Динамическая и кинематическая вязкость воздуха при различных температурах
При выполнении тепловых расчетов необходимо знать значение вязкости воздуха (коэффициента вязкости) при различной температуре. Эта величина требуется для вычисления числа Рейнольдса, Грасгофа, Релея, значения которых определяют режим течения этого газа. В таблице даны значения коэффициентов динамической μ и кинематической ν вязкости воздуха в диапазоне температуры от -50 до 1200°С при атмосферном давлении.
Коэффициент вязкости воздуха с ростом его температуры значительно увеличивается. Например, кинематическая вязкость воздуха равна 15,06·10-6 м2/с при температуре 20°С, а с ростом температуры до 1200°С вязкость воздуха становиться равной 233,7·10-6 м2/с, то есть увеличивается в 15,5 раз! Динамическая вязкость воздуха при температуре 20°С равна 18,1·10-6 Па·с.
При нагревании воздуха увеличиваются значения как кинематической, так и динамической вязкости. Эти две величины связаны между собой через величину плотности воздуха, значение которой уменьшается при нагревании этого газа. Увеличение кинематической и динамической вязкости воздуха (как и других газов) при нагреве связано с более интенсивным колебанием молекул воздуха вокруг их равновесного состояния (согласно МКТ).
| t, °С | μ·106, Па·с | ν·106, м2/с | t, °С | μ·106, Па·с | ν·106, м2/с | t, °С | μ·106, Па·с | ν·106, м2/с |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| -50 | 14,6 | 9,23 | 70 | 20,6 | 20,02 | 350 | 31,4 | 55,46 |
| -45 | 14,9 | 9,64 | 80 | 21,1 | 21,09 | 400 | 33 | 63,09 |
| -40 | 15,2 | 10,04 | 90 | 21,5 | 22,1 | 450 | 34,6 | 69,28 |
| -35 | 15,5 | 10,42 | 100 | 21,9 | 23,13 | 500 | 36,2 | 79,38 |
| -30 | 15,7 | 10,8 | 110 | 22,4 | 24,3 | 550 | 37,7 | 88,14 |
| -25 | 16 | 11,21 | 120 | 22,8 | 25,45 | 600 | 39,1 | 96,89 |
| -20 | 16,2 | 11,61 | 130 | 23,3 | 26,63 | 650 | 40,5 | 106,15 |
| -15 | 16,5 | 12,02 | 140 | 23,7 | 27,8 | 700 | 41,8 | 115,4 |
| -10 | 16,7 | 12,43 | 150 | 24,1 | 28,95 | 750 | 43,1 | 125,1 |
| -5 | 17 | 12,86 | 160 | 24,5 | 30,09 | 800 | 44,3 | 134,8 |
| 0 | 17,2 | 13,28 | 170 | 24,9 | 31,29 | 850 | 45,5 | 145 |
| 10 | 17,6 | 14,16 | 180 | 25,3 | 32,49 | 900 | 46,7 | 155,1 |
| 15 | 17,9 | 14,61 | 190 | 25,7 | 33,67 | 950 | 47,9 | 166,1 |
| 20 | 18,1 | 15,06 | 200 | 26 | 34,85 | 1000 | 49 | 177,1 |
| 30 | 18,6 | 16 | 225 | 26,7 | 37,73 | 1050 | 50,1 | 188,2 |
| 40 | 19,1 | 16,96 | 250 | 27,4 | 40,61 | 1100 | 51,2 | 199,3 |
| 50 | 19,6 | 17,95 | 300 | 29,7 | 48,33 | 1150 | 52,4 | 216,5 |
| 60 | 20,1 | 18,97 | 325 | 30,6 | 51,9 | 1200 | 53,5 | 233,7 |
Удельная теплоемкость воздуха при температуре от -50 до 1200°С
Представлена таблица удельной теплоемкости воздуха при различных температурах. Теплоемкость в таблице дана при постоянном давлении (изобарная теплоемкость воздуха) в интервале температуры от минус 50 до 1200°С для воздуха в сухом состоянии. Чему равна удельная теплоемкость воздуха? Величина удельной теплоемкости определяет количество тепла, которое необходимо подвести к одному килограмму воздуха при постоянном давлении для увеличения его температуры на 1 градус. Например, при 20°С для нагревания 1 кг этого газа на 1°С в изобарном процессе, требуется подвести 1005 Дж тепла.
Удельная теплоемкость воздуха увеличивается с ростом его температуры. Однако, зависимость массовой теплоемкости воздуха от температуры не линейная. В интервале от -50 до 120°С ее величина практически не меняется — в этих условиях средняя теплоемкость воздуха равна 1010 Дж/(кг·град). По данным таблицы видно, что значительное влияние температура начинает оказывать со значения 130°С. Однако, температура воздуха влияет на его удельную теплоемкость намного слабее, чем на вязкость. Так, при нагреве с 0 до 1200°С теплоемкость воздуха увеличивается лишь в 1,2 раза – с 1005 до 1210 Дж/(кг·град).
Следует отметить, что теплоемкость влажного воздуха выше, чем сухого. Если сравнить теплоемкость воды и воздуха, то очевидно, что вода обладает более высоким ее значением и содержание воды в воздухе приводит к увеличению удельной теплоемкости.
| t, °С | Cp, Дж/(кг·град) | t, °С | Cp, Дж/(кг·град) | t, °С | Cp, Дж/(кг·град) | t, °С | Cp, Дж/(кг·град) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| -50 | 1013 | 20 | 1005 | 150 | 1015 | 600 | 1114 |
| -45 | 1013 | 30 | 1005 | 160 | 1017 | 650 | 1125 |
| -40 | 1013 | 40 | 1005 | 170 | 1020 | 700 | 1135 |
| -35 | 1013 | 50 | 1005 | 180 | 1022 | 750 | 1146 |
| -30 | 1013 | 60 | 1005 | 190 | 1024 | 800 | 1156 |
| -25 | 1011 | 70 | 1009 | 200 | 1026 | 850 | 1164 |
| -20 | 1009 | 80 | 1009 | 250 | 1037 | 900 | 1172 |
| -15 | 1009 | 90 | 1009 | 300 | 1047 | 950 | 1179 |
| -10 | 1009 | 100 | 1009 | 350 | 1058 | 1000 | 1185 |
| -5 | 1007 | 110 | 1009 | 400 | 1068 | 1050 | 1191 |
| 0 | 1005 | 120 | 1009 | 450 | 1081 | 1100 | 1197 |
| 10 | 1005 | 130 | 1011 | 500 | 1093 | 1150 | 1204 |
| 15 | 1005 | 140 | 1013 | 550 | 1104 | 1200 | 1210 |
Теплопроводность, температуропроводность, число Прандтля воздуха
В таблице представлены такие физические свойства атмосферного воздуха, как теплопроводность, температуропроводность и его число Прандтля в зависимости от температуры. Теплофизические свойства воздуха даны в интервале от -50 до 1200°С для сухого воздуха. По данным таблицы видно, что указанные свойства воздуха существенно зависят от температуры и температурная зависимость рассмотренных свойств этого газа различна.
Теплопроводность воздуха λ при повышении температуры увеличивается во всем диапазоне, достигая при 1200°С величины 0,0915 Вт/(м·град). Другие теплофизические свойства воздуха такие, как его температуропроводность a и число Прандтля Pr, по-разному реагируют на изменение температуры. Температуропроводность, как и вязкость воздуха сильно зависит от температуры и при нагревании, например с 0 до 1200°С, ее значение увеличивается почти в 17 раз.
Число Прандтля воздуха слабо зависит от температуры и при нагревании этого газа его величина сначала снижается до величины 0,674, а затем начинает расти, и при температуре 1200°С достигает значения 0,724.
| t, °С | λ·102, Вт/(м·град) | а·106, м2/с | Pr | t, °С | λ·102, Вт/(м·град) | а·106, м2/с | Pr |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| -50 | 2,04 | 12,7 | 0,728 | 170 | 3,71 | 45,7 | 0,682 |
| -40 | 2,12 | 13,8 | 0,728 | 180 | 3,78 | 47,5 | 0,681 |
| -30 | 2,2 | 14,9 | 0,723 | 190 | 3,86 | 49,5 | 0,681 |
| -20 | 2,28 | 16,2 | 0,716 | 200 | 3,93 | 51,4 | 0,68 |
| -10 | 2,36 | 17,4 | 0,712 | 250 | 4,27 | 61 | 0,677 |
| 0 | 2,44 | 18,8 | 0,707 | 300 | 4,6 | 71,6 | 0,674 |
| 10 | 2,51 | 20 | 0,705 | 350 | 4,91 | 81,9 | 0,676 |
| 20 | 2,59 | 21,4 | 0,703 | 400 | 5,21 | 93,1 | 0,678 |
| 30 | 2,67 | 22,9 | 0,701 | 450 | 5,48 | 104,2 | 0,683 |
| 40 | 2,76 | 24,3 | 0,699 | 500 | 5,74 | 115,3 | 0,687 |
| 50 | 2,83 | 25,7 | 0,698 | 550 | 5,98 | 126,8 | 0,693 |
| 60 | 2,9 | 27,2 | 0,696 | 600 | 6,22 | 138,3 | 0,699 |
| 70 | 2,96 | 28,6 | 0,694 | 650 | 6,47 | 150,9 | 0,703 |
| 80 | 3,05 | 30,2 | 0,692 | 700 | 6,71 | 163,4 | 0,706 |
| 90 | 3,13 | 31,9 | 0,69 | 750 | 6,95 | 176,1 | 0,71 |
| 100 | 3,21 | 33,6 | 0,688 | 800 | 7,18 | 188,8 | 0,713 |
| 110 | 3,28 | 35,2 | 0,687 | 850 | 7,41 | 202,5 | 0,715 |
| 120 | 3,34 | 36,8 | 0,686 | 900 | 7,63 | 216,2 | 0,717 |
| 130 | 3,42 | 38,6 | 0,685 | 950 | 7,85 | 231,1 | 0,718 |
| 140 | 3,49 | 40,3 | 0,684 | 1000 | 8,07 | 245,9 | 0,719 |
| 150 | 3,57 | 42,1 | 0,683 | 1100 | 8,5 | 276,2 | 0,722 |
| 160 | 3,64 | 43,9 | 0,682 | 1200 | 9,15 | 316,5 | 0,724 |
Будьте внимательны! Теплопроводность воздуха в таблице указана в степени 102. Не забудьте разделить на 100! Температуропроводность воздуха указана в степени 106. Допускается интерполяция значений физических свойств воздуха в приведенных таблицах.
Энтропия сухого воздуха
В таблице представлены значения такого теплофизического свойства воздуха, как удельная энтропия. Значения энтропии даны для сухого воздуха в размерности кДж/(кг·град) в зависимости от температуры и давления. Удельная энтропия указана в таблице в интервале температуры от -50 до 50°С при давлении воздуха от 90 до 110 кПа. Следует отметить, что при нормальном атмосферном давлении (101,325 кПа) и температуре, например 30°С, удельная энтропия воздуха равна 0,1044 кДж/(кг·град).
Источники:
- Михеев М.А., Михеева И.М. Основы теплопередачи.
- Богданов С.Н., Бурцев С.И., Иванов О.П., Куприянова А.В. Холодильная теника. Кондиционирование воздуха. Свойства веществ: Справ./ Под ред. С.Н. Богданова. 4-е изд., перераб. и доп. — СПб.: СПбГАХПТ, 1999.- 320 с.
Как мы теряем тепло обычным воздухом?
Смысл данной статьи понять, как мы теряем тепло в доме или в квартире — обычным проходящим воздухом, которым дышим. Также сколько тепла уходит на постоянную вентиляцию в доме или в квартире, для проветривания помещения.
Мало того я даже расскажу как это тепло посчитать и потом найти потраченные деньги. Решим реальную задачу на потерю тепла через вентиляцию. Также вы поймете, сколько нужно закладывать тепла на вентиляцию в отличие от отопления.
Расчет вентиляции воздухом
Согласно СНиП для жилых помещений дома, квартиры, необходимо: 3 м3/ч на м2 жилых помещений. Грубо говоря, если от пола до потолка 3 метра, то получается, что весь воздух в течение часа должен быть заменен новым воздухом. Также на каждого человека необходимо не менее 30 м3/ч. То есть, если в квартире проживает 10 человек, то для квартиры необходима вентиляция 300 м3/час.
Но это все для хорошего климата в комнатах. В реальности, в квартирах такой вентиляции не бывает. Особенно зимой в холодных квартирах форточки постоянно закрыты.
Подробные сведения по расчетам вентиляции, можно узнать в санитарных нормах и правилах.
Немного о теории… Не пугайтесь раньше времени!!! Нам для расчета нужны будут теплоемкость и плотность воздуха — величину, которых мы возьмем из таблицы.
Чтобы рассчитать потребляемое тепло проходящим воздухом через дома и квартиры, необходимо прибегнуть к науке теплотехнике.
Теплоемкость сухого воздуха: 1,005 кДж/(кг•K).
Воздух 100% влажности: 1,0301 кДж/(кг•K).
Формула расчёта удельной теплоёмкости:
Где c — удельная теплоёмкость, Q — количество теплоты, полученное веществом при нагреве (или выделившееся при охлаждении), m — масса нагреваемого (охлаждающегося) вещества, ΔT — разность конечной и начальной температур вещества.
На значение удельной теплоёмкости влияет температура вещества и другие термодинамические параметры. К примеру, измерение удельной теплоёмкости воды даст разные результаты при 20 °C и 60 °C. Кроме того, удельная теплоёмкость зависит от того, каким образом позволено изменяться термодинамическим параметрам вещества (давлению, объёму и т. д.); например, удельная теплоёмкость при постоянном давлении (CP) и при постоянном объёме (CV), вообще говоря, различны.
Плотность воздуха — масса газа атмосферы Земли на единицу объема или удельная масса воздуха при естественных условиях. Величина плотности воздуха является функцией от высоты производимых измерений, от его температуры и влажности. Обычно стандартной величиной считается значение 1,225 кг⁄м3, которая соответствует плотности сухого воздуха при 15°С на уровне моря.
Плотность сухого воздуха может быть вычислена с использованием уравнения Менделеева-Клапейрона для идеального газа при заданных температуре и давлении:
Здесь ρ — плотность воздуха, M — молярная масса (29 г/моль для сухого воздуха),p — абсолютное давление, R — универсальная газовая постоянная, T — абсолютная температура в Кельвинах. Таким образом подстановкой получаем:
При стандартной атмосфере Международного союза теоретической и прикладной химии (температуре 0 °С, давлении 100 кПа, нулевой влажности) плотность воздуха 1,2754 кг⁄м3;
При 20 °C, 101,325 кПа и сухом воздухе плотность атмосферы составляет 1,2041 кг⁄м3.
В приведенной таблице даны различные параметры воздуха, вычисленные на основании соответствующих элементарных формул, в зависимости от температуры (давление взято за 101,325 кПа )
Влияние влажности воздуха
Под влажностью понимается наличие в воздухе газообразного водяного пара, парциальное давление которого не превосходит давления насыщенного пара для данных атмосферных условий. Добавление водяного пара в воздух приводит к уменьшению его плотности, что объясняется более низкой молярной массой воды (18 гр⁄мол) по сравнению с молярной массой сухого воздуха (29 гр⁄мол). Влажный воздух может рассматриваться как смесь идеальных газов, комбинация плотностей каждого из которых позволяет получить требуемое значение для их смеси.[2] Подобная интерпретация позволяет определение значения плотности с уровнем ошибки менее 0,2% в диапазоне температур от −10 °C до 50 °C.
Заключение
Для того, чтобы вычислить сколько ушло тепла через воздух, нужны всего лишь четыре составляющих фактора влияющие на значение теплопотерь:
Плотность воздуха.
Теплоемкость воздуха
Температура приходящего и уходящего воздуха через отапливаемое помещение.
Количество проходящего воздуха.
Количество потраченного тепла через воздух находится по этой формуле:
Q - количество теплоты, Дж или Вт
С - теплоемкость, Дж/(кг•°C) или Вт/(кг•°C)
m - масса воздуха, кг.
V- однократный объем воздуха, м3. Либо вставьте количество воздуха в 1 час.
ρ - плотность воздуха, кг⁄м3.
Перевод:
1 Вт = 3600 Дж. Или 1 Дж = 0,000277724 Вт.
1 калория = 4,1868 Дж.
1 Калория = 0,001163 Ватт • час
Для определения количества объема воздуха, необходимо узнать, сколько кубометров будет проходить в 1 час. Посчитать по формуле и полученное тепло помножить на необходимые часы в месяце. Помножив на 24 часа в сутки, и потом помножив на количество дней в месяце.
После того как Вы получите количество Ватт, можно уже узнать сколько будете тратить денег. Это уже зависит от источника энергоресурсов, газа, электричества или любого другого топлива.
При решении задач не забываем переводить в нужные единицы измерения. Сейчас на задаче покажу!
Задача:
Имеется дом с площадью 70 квадратных метров, проживает два человека. Высота потолков стандартная не более 3 метров. Средняя температура внутри +18 °C. Температура на улице зимой предположим -10 °C.
Согласно расчетам Санитарных норм и правил для жилого помещения. Насчитано:
1. На количество в 70 м2 получилось 210 м3/ч.
2. На два человека не менее 60 м3/ч.
3 Согласно реальным показателям: 40 м3/ч. При закрытых окнах и закрытых форточках.
Дано:
V1 = 210 м3/ч.
V2 = 60 м3/ч.
V3 = 40 м3/ч.
t1 = 18 °C.
t2 = -10 °C.
Значение теплоемкости возьмем среднее между сухим и влажным воздухом (Чаще сухой).
C = 1,015 кДж/(кг•°C) = 1015 Дж/(кг•°C)
Среднее значение между температурами: t=(t1+t2)/2 = +4°С.
Находим плотность воздуха для температуры +4°С.
ρ = 1,275 кг/м3.
Решение:
При объеме в V1 = 210 м3/ч.
Q= C• ρ• V1 • (t1-t2) = 1015 • 1,275 • 210 • ( 18 — (-10) ) = 7 609 455 Дж.
7 609 455 Дж. / 3600 = 2114 Вт
При объеме в V2 = 60 м3/ч.
Q= C• ρ• V2 • (t1-t2) = 1015 • 1,275 • 60 • ( 18 — (-10) ) = 2 174 130 Дж.
2 174 130 Дж. / 3600 = 604 Вт
При объеме в V3 = 40 м3/ч.
Q= C• ρ• V3 • (t1-t2) = 1015 • 1,275 • 40 • ( 18 — (-10) ) = 1 449 420 Дж.
1 449 420 Дж. / 3600 = 403 Вт
Это мы получили количество тепла, потребляемое за один раз замены указанного объема воздуха. Давайте рассмотрим вариант объемом 40 м3/час.
Давайте посчитаем, сколько получиться за один месяц:
403 Вт • 24 часа • 30 дней = 403 • 24 • 30 = 290 160 Вт • ч.
Давайте теперь попробуем найти сумму в рублях:
Если принять за отопительный прибор электрический котел или обычный электрический обогреватель, а за 1кВат•час принять 1,8 рублей (Тариф 2013года. Россия). То получим:
290 160 Вт • ч. = 290 кВт
290 • 1,8 рублей = 522 рубля.
Итого: На вентиляцию в 40 м3/ч. мы тратим в месяц 522 рубля за электроэнергию равной 1,8 руб/кВт.
А теперь посчитаем при объеме в V1 = 210 м3/ч.
2114 Вт • 24 часа • 30 дней = 2114 • 24 • 30 = 1 522 080 Вт • ч.
1 522 080 Вт • ч. = 1 522 кВт
1 522 • 1,8 рублей = 2740 рублей.
Итого: На вентиляцию в 210 м3/ч. мы тратим в месяц 2740 рублей за электроэнергию равной 1,8 руб/кВт.
Для расчетов на потребление других энергоресурсов необходимо сделать расчеты по переводу Ватт или калорий на объемы энергоресурсов, о которых возможно будет объясняться в других статьях.
На этом статья закончена, если не понятно пишите комментарии, я отвечу на Ваши вопросы.
Все о дачном доме
Водоснабжение
Обучающий курс. Автоматическое водоснабжение своими руками. Для чайников.
Неисправности скважинной автоматической системы водоснабжения.
Водозаборные скважины
Ремонт скважины? Узнайте нужен ли он!
Где бурить скважину — снаружи или внутри?
В каких случаях очистка скважины не имеет смысла
Почему в скважинах застревают насосы и как это предотвратить
Прокладка трубопровода от скважины до дома
100% Защита насоса от сухого хода
Отопление
Обучающий курс. Водяной теплый пол своими руками. Для чайников.
Теплый водяной пол под ламинат
Обучающий Видеокурс: По ГИДРАВЛИЧЕСКИМ И ТЕПЛОВЫМ РАСЧЕТАМ
Водяное отопление
Виды отопления
Отопительные системы
Отопительное оборудование, отопительные батареи
Система теплых полов
Личная статья теплых полов
Принцип работы и схема работы теплого водяного пола
Проектирование и монтаж теплого пола
Водяной теплый пол своими руками
Основные материалы для теплого водяного пола
Технология монтажа водяного теплого пола
Система теплых полов
Шаг укладки и способы укладки теплого пола
Типы водных теплых полов
Все о теплоносителях
Антифриз или вода?
Виды теплоносителей (антифризов для отопления)
Антифриз для отопления
Как правильно разбавлять антифриз для системы отопления?
Обнаружение и последствия протечек теплоносителей
Как правильно выбрать отопительный котел
Тепловой насос
Особенности теплового насоса
Тепловой насос принцип работы
Запас мощности котла. Нужен ли он?
Про радиаторы отопления
Способы подключения радиаторов. Свойства и параметры.
Как рассчитать колличество секций радиатора?
Рассчет тепловой мощности и количество радиаторов
Виды радиаторов и их особенности
Автономное водоснабжение
Схема автономного водоснабжения
Устройство скважины Очистка скважины своими руками
Опыт сантехника
Подключение стиральной машины
Полезные материалы
Редуктор давления воды
Гидроаккумулятор. Принцип работы, назначение и настройка.
Автоматический клапан для выпуска воздуха
Балансировочный клапан
Перепускной клапан
Трехходовой клапан
Трехходовой клапан с сервоприводом ESBE
Терморегулятор на радиатор
Сервопривод коллекторный. Выбор и правила подключения.
Виды водяных фильтров. Как подобрать водяной фильтр для воды.
Обратный осмос
Фильтр грязевик
Обратный клапан
Предохранительный клапан
Смесительный узел. Принцип работы. Назначение и расчеты.
Расчет смесительного узла CombiMix
Гидрострелка. Принцип работы, назначение и расчеты.
Бойлер косвенного нагрева накопительный. Принцип работы.
Расчет пластинчатого теплообменника
Рекомендации по подбору ПТО при проектировании объектов теплоснабжения
О загрязнение теплообменников
Водонагреватель косвенного нагрева воды
Магнитный фильтр — защита от накипи
Инфракрасные обогреватели
Радиаторы. Свойства и виды отопительных приборов.
Виды труб и их свойства
Незаменимые инструменты сантехника
Интересные рассказы
Страшная сказка о черном монтажнике
Технологии очистки воды
Как выбрать фильтр для очистки воды
Поразмышляем о канализации
Очистные сооружения сельского дома
Советы сантехнику
Как оценить качество Вашей отопительной и водопроводной системы?
Профрекомендации
Как подобрать насос для скважины
Как правильно оборудовать скважину
Водопровод на огород
Как выбрать водонагреватель
Пример установки оборудования для скважины
Рекомендации по комплектации и монтажу погружных насосов
Какой тип гидроаккумулятора водоснабжения выбрать?
Круговорот воды в квартире
фановая труба
Удаление воздуха из системы отопления
Гидравлика и теплотехника
Введение
Что такое гидравлический расчет?
Невязка гидравлического расчета
Физические свойства жидкостей
Гидростатическое давление
Поговорим о сопротивлениях прохождении жидкости в трубах
Режимы движения жидкости (ламинарный и турбулентный)
Гидравлический расчет на потерю напора или как рассчитать потери давления в трубе
Местные гидравлические сопротивления
Профессиональный расчет диаметра трубы по формулам для водоснабжения
Как подобрать насос по техническим параметрам
Профессиональный расчет систем водяного отопления. Расчет теплопотерь водяного контура.
Гидравлические потери в гофрированной трубе
Теплотехника. Речь автора. Вступление
Процессы теплообмена
Тплопроводность материалов и потеря тепла через стену
Как мы теряем тепло обычным воздухом?
Законы теплового излучения. Лучистое тепло.
Законы теплового излучения. Страница 2.
Потеря тепла через окно
Факторы теплопотерь дома
Начни свое дело в сфере систем водоснабжения и отопления
Вопрос по расчету гидравлики
Конструктор водяного отопления
Диаметр трубопроводов, скорость течения и расход теплоносителя.
Вычисляем диаметр трубы для отопления
Расчет потерь тепла через радиатор
Мощность радиатора отопления
Расчет мощности радиаторов. Стандарты EN 442 и DIN 4704
Расчет теплопотерь через ограждающие конструкции
Найти теплопотери через чердак и узнать температуру на чердаке
Подбираем циркуляционный насос для отопления
Перенос тепловой энергии по трубам
Расчет гидравлического сопротивления в системе отопления
Распределение расхода и тепла по трубам. Абсолютные схемы.
Расчет сложной попутной системы отопления
Расчет отопления. Популярный миф
Расчет отопления одной ветки по длине и КМС
Расчет отопления. Подбор насоса и диаметров
Расчет отопления. Двухтрубная тупиковая
Расчет отопления. Однотрубная последовательная
Расчет отопления. Двухтрубная попутная
Расчет естественной циркуляции. Гравитационный напор
Расчет гидравлического удара
Сколько выделяется тепла трубами?
Собираем котельную от А до Я…
Система отопления расчет
Онлайн калькулятор Программа расчет Теплопотерь помещения
Гидравлический расчет трубопроводов
История и возможности программы — введение
Как в программе сделать расчет одной ветки
Расчет угла КМС отвода
Расчет КМС систем отопления и водоснабжения
Разветвление трубопровода – расчет
Как в программе рассчитать однотрубную систему отопления
Как в программе рассчитать двухтрубную систему отопления
Как в программе рассчитать расход радиатора в системе отопления
Перерасчет мощности радиаторов
Как в программе рассчитать двухтрубную попутную систему отопления. Петля Тихельмана
Расчет гидравлического разделителя (гидрострелка) в программе
Расчет комбинированной цепи систем отопления и водоснабжения
Расчет теплопотерь через ограждающие конструкции
Гидравлические потери в гофрированной трубе
Гидравлический расчет в трехмерном пространстве
Интерфейс и управление в программе
Три закона/фактора по подбору диаметров и насосов
Расчет водоснабжения с самовсасывающим насосом
Расчет диаметров от центрального водоснабжения
Расчет водоснабжения частного дома
Расчет гидрострелки и коллектора
Расчет Гидрострелки со множеством соединений
Расчет двух котлов в системе отопления
Расчет однотрубной системы отопления
Расчет двухтрубной системы отопления
Расчет петли Тихельмана
Расчет двухтрубной лучевой разводки
Расчет двухтрубной вертикальной системы отопления
Расчет однотрубной вертикальной системы отопления
Расчет теплого водяного пола и смесительных узлов
Рециркуляция горячего водоснабжения
Балансировочная настройка радиаторов
Расчет отопления с естественной циркуляцией
Лучевая разводка системы отопления
Петля Тихельмана – двухтрубная попутная
Гидравлический расчет двух котлов с гидрострелкой
Система отопления (не Стандарт) — Другая схема обвязки
Гидравлический расчет многопатрубковых гидрострелок
Радиаторная смешенная система отопления — попутная с тупиков
Терморегуляция систем отопления
Разветвление трубопровода – расчет
Гидравлический расчет по разветвлению трубопровода
Расчет насоса для водоснабжения
Расчет контуров теплого водяного пола
Гидравлический расчет отопления. Однотрубная система
Гидравлический расчет отопления. Двухтрубная тупиковая
Бюджетный вариант однотрубной системы отопления частного дома
Расчет дроссельной шайбы
Что такое КМС?
Расчет гравитационной системы отопления
Конструктор технических проблем
Удлинение трубы
Требования СНиП ГОСТы
Требования к котельному помещению
Вопрос слесарю-сантехнику
Полезные ссылки сантехнику
—
Сантехник — ОТВЕЧАЕТ!!!
Жилищно коммунальные проблемы
Монтажные работы: Проекты, схемы, чертежи, фото, описание.
Если надоело читать, можно посмотреть полезный видео сборник по системам водоснабжения и отопления
Основные параметры воздуха, классы фильтров, расчет мощности калорифера, стандарты и нормативные документы, таблица физических величин — УКЦ
ПАРАМЕТРЫ ВОЗДУХА
ТЕМПЕРАТУРА
. Измеряется как в Кельвинах (К), так и в градусах Цельсия (°С). Размер градуса Цельсия и размер кельвина один и тот же для разности температур. Соотношение между температурами:
t = T — 273,15 K,
где t — температура, °С, T — температура, K.
ДАВЛЕНИЕ
. Давление влажного воздуха p и его составляющих измеряется в Па (Паскаль) и кратных единицах (кПа, ГПа, МПа).
Барометрическое давление влажного воздуха pб равно сумме парциальных давлений сухого воздуха pв и водяного пара pп :
pб = pв + pп
ПЛОТНОСТЬ
. Плотность влажного воздуха ρ, кг/м3, представляет собой отношение массы воздушно-паровой смеси к объему этой смеси:
ρ = M/V = Mв /V + Mп /V
Плотность влажного воздуха может определяться по формуле
ρ = 3,488 pб /T — 1,32 pп /T
УДЕЛЬНЫЙ ВЕС
. Удельный вес влажного воздуха γ — это отношение веса влажного воздуха к занимаемому им объему, Н/м3. Плотность и удельный вес связаны между собой зависимостью
ρ = γ /g,
где g — ускорение свободного падения, равное 9.81 м/с2.
ВЛАЖНОСТЬ ВОЗДУХА
. Содержание в воздухе водяного пара. характеризуется двумя величинами: абсолютной и относительной влажностью.
Абсолютная
влажность воздуха . количество водяного пара, кг или г, содержащегося в 1 м3 воздуха.
Относительная
влажность воздуха φ, выраженная в % . отношение парциального давления водяного пара pп, содержащегося в воздухе, к парциальному давлению водяного пара в воздухе при полном его насыщении водяными парами pп.н.:
φ = (pп /pп.н. ) 100%
Парциальное давление водяного пара в насыщенном влажном воздухе может быть определено из выражения
lg pп.н. = 2,125 + (156 + 8,12tв.н. )/(236 + tв.н. ),
где tв.н. — температура насыщенного влажного воздуха, °С.
ТОЧКА РОСЫ
. Температура, при которой парциальное давление водяного пара pп , содержащегося во влажном воздухе, равно парциальному давлению насыщеного водяного пара pп.н. при той же температуре. При температуре росы начинается конденсация влаги из воздуха.
ВЛАГОСОДЕРЖАНИЕ
. Влагосодержание влажного воздуха d представляет собой отношение массы водяного пара Mп во влажном воздухе к массе сухой части влажного воздуха Mв :
d = Mп / Mв
Влагосодержание влажного воздуха, г/кг, может быть выражено через давление влажного воздуха и его составляющих и относительную влажность:
d = 622pп / (pб — pп ) = 6,22φpп.н.(pб — φpп.н. /100)
УДЕЛЬНАЯ ТЕПЛОЕМКОСТЬ
. Удельная теплоемкость влажного воздуха c, кДж/(кг * °С) — это количество теплоты, требуемой для нагрева 1 кг смеси сухого воздуха и водяных паров на 10 и отнесенное к 1 кг сухой части воздуха:
с = св + сп d /1000,
где cв — средняя удельная теплоемкость сухого воздуха, принимаемая в интервале температур 0-1000С равной 1,005 кДж/(кг * °С); сп — средняя удельная теплоемкость водяного пара, равная 1,8 кДж/(кг * °C). Для практических расчетов при проектировании систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха допускается применять удельную теплоемкость влажного воздуха с = 1,0056 кДж/(кг * °C) (при температуре 0°С и барометрическом давлении 1013,3 ГПа)
УДЕЛЬНАЯ ЭНТАЛЬПИЯ
. Удельная энтальпия влажного воздуха — это энтальпия I, кДж, отнесенная к 1 кг массы сухого воздуха:
I = 1,005t + (2500 + 1,8068t) d / 1000,
или I = ct + 2.5d
КОЭФФИЦИЕНТ ОБЪЕМНОГО РАСШИРЕНИЯ
. Температурный коэффициент объемного расширения
α = 0,00367 °C-1
или α = 1/273 °C-1.
ПАРАМЕТРЫ СМЕСИ
.
Температура смеси воздуха
tсм = (M1 t1 + M2 t2 ) / (M1 + M2 )
Влагосодержание смеси воздуха
dсм = (M1 d1 + M2 d2 ) / (M1 + M2 )
Удельная энтальпия смеси воздуха
Iсм = (M1 I1 + M2 I2 ) / (M1 + M2 )
где M1, M2 — массы смешиваемого воздуха
КЛАССЫ ФИЛЬТРОВ
| Применение | Класс очистки | Степень очистки | ||||
| Стандарты |
DIN 24185
DIN 24184 |
EN 779 | EUROVENT 4/5 | EN 1882 | ||
| Фильтр для грубой очистки с невысокими требованиями к чистоте воздуха | Грубая очистка | EU1 | G1 | EU1 | — | A% |
| Фильтр, применяемый при высокой концентрации пыли с грубой очисткой от нее, Кондиционирование воздуха и вытяжная эентиляция с невысокими требованиями к чистоте воздуха в помещении. | 65 | |||||
| EU2 | G2 | EU2 | — | 80 | ||
| EU3 | G3 | EU3 | — | 90 | ||
| EU4 | G4 | EU4 | — | |||
| Сепарирование тонкой пыли в вентиляционном оборудовании, применяемом в помещениях с высокими требованиями к шстоте воздуха. Фильтр для очень тонкой фильтрации. Вторая сепень очистки (доочистка) в помещениях со средними требованиями к чистоте воздуха. | Тонкая очистка | EU5 | EU5 | EU5 | — | E% |
| 60 | ||||||
| EU6 | EU6 | EU6 | — | 80 | ||
| EU7 | EU7 | EU7 | — | 90 | ||
| EU8 | EU8 | EU8 | — | 95 | ||
| EU9 | EU9 | EU9 | — | |||
| Очистка от сверхтонкой пыли. Применяется в помещениях с повышенными требованиями к чистоте воздуха («чистая комната»). Финишная очистка воздуха в помещенияхс прецизионной техникой, хирургических блоках, реанимационных палатах, в фармацевтической промышленности. | Особо тонкая очистка | — | — | — | EU5 | С% |
| 97 | ||||||
| — | — | — | EU6 | 99 | ||
| — | — | — | EU7 | 99,99 | ||
| — | — | — | EU8 | 99,999 |
РАСЧЕТ МОЩНОСТИ КАЛОРИФЕРА
| Подогрев, °С | ||||||||||
| м3/ч | 5 | 10 | 15 | 20 | 25 | 30 | 35 | 40 | 45 | 50 |
| 100 | 0.2 | 0.3 | 0.5 | 0.7 | 0.8 | 1.0 | 1.2 | 1.4 | 1.5 | 1.7 |
| 200 | 0.3 | 0.7 | 1.0 | 1.4 | 1.7 | 2.0 | 2.4 | 2.7 | 3.0 | 3.4 |
| 300 | 0.5 | 1.0 | 1.5 | 2.0 | 2.5 | 3.0 | 3.6 | 4.1 | 4.6 | 5.1 |
| 400 | 0.7 | 1.4 | 2.0 | 2.7 | 3.4 | 4.1 | 4.7 | 5.4 | 6.1 | 6.8 |
| 500 | 0.8 | 1.7 | 2.5 | 3.4 | 4.2 | 5.1 | 5.9 | 6.8 | 7.6 | 8.5 |
| 600 | 1.0 | 2.0 | 3.0 | 4.1 | 5.1 | 6.1 | 7.1 | 8.1 | 9.1 | 10.1 |
| 700 | 1.2 | 2.4 | 3.6 | 4.7 | 5.9 | 7.1 | 8.3 | 9.5 | 10.7 | 11.8 |
| 800 | 1.4 | 2.7 | 4.1 | 5.4 | 6.8 | 8.1 | 9.5 | 10.8 | 12.2 | 13.5 |
| 900 | 1.5 | 3.0 | 4.6 | 6.1 | 7.6 | 9.1 | 10.7 | 12.2 | 13.7 | 15.2 |
| 1000 | 1.7 | 3.4 | 5.1 | 6.8 | 8.5 | 10.1 | 11.8 | 13.5 | 15.2 | 16.9 |
| 1100 | 1.9 | 3.7 | 5.6 | 7.4 | 9.3 | 11.2 | 13.0 | 14.9 | 16.7 | 18.6 |
| 1200 | 2.0 | 4.1 | 6.1 | 8.1 | 10.1 | 12.2 | 14.2 | 16.2 | 18.3 | 20.3 |
| 1300 | 2.2 | 4.4 | 6.6 | 8.8 | 11.0 | 13.2 | 15.4 | 17.6 | 19.8 | 22.0 |
| 1400 | 2.4 | 4.7 | 7.1 | 9.5 | 11.8 | 14.2 | 16.6 | 18.9 | 21.3 | 23.7 |
| 1500 | 2.5 | 5.1 | 7.6 | 10.1 | 12.7 | 15.2 | 17.8 | 20.3 | 22.8 | 25.4 |
| 1600 | 2.7 | 5.4 | 8.1 | 10.8 | 13.5 | 16.2 | 18.9 | 21.6 | 24.3 | 27.1 |
| 1700 | 2.9 | 5.7 | 8.6 | 11.5 | 14.4 | 17.2 | 20.1 | 23.0 | 25.9 | 28.7 |
| 1800 | 3.0 | 6.1 | 9.1 | 12.2 | 15.2 | 18.3 | 21.3 | 24.3 | 27.4 | 30.4 |
| 1900 | 3.2 | 6.4 | 9.6 | 12.8 | 16.1 | 19.3 | 22.5 | 25.7 | 28.9 | 32.1 |
| 2000 | 3.4 | 6.8 | 10.1 | 13.5 | 16.9 | 20.3 | 23.7 | 27.1 | 30.4 | 33.8 |
СТАНДАРТЫ И НОРМАТИВНЫЕ ДОКУМЕНТЫ
СНиП 2.01.01-82 — Строительная климатология и геофизика
Информация о климатических условиях конкретных территорий.
СНиП 2.04.05-91* — Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха
Настоящие строительные нормы следует соблюдать при проектировании отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха в помещениях зданий и сооружений (далее — зданий). При проектировании следует также соблюдать требования по отоплению, вентиляции и кондиционированию воздуха СНиП соответствующих зданий и помещений, а также ведомственных нормативов и других нормативных документов, утвержденных и согласованных с Госстроем России.
СНиП 2.01.02-85* — Противопожарные нормы
Настоящие нормы должны соблюдаться при разработке проектов зданий и сооружений.
Настоящие нормы устанавливают пожарно-техническую классификацию зданий и сооружений, их элементов, строительных конструкций, материалов, а также общие противопожарные требования к конструктивным и планировочным решениям помещений, зданий и сооружений различного назначения.
Настоящие нормы дополняются и уточняются противопожарными требованиями, изложенными в СНиП части 2 и в других нормативных документах, утвержденных или согласованных Госстроем.
СНиП II-3-79* — Строительная теплотехника
Настоящие нормы строительной теплотехники должны соблюдаться при проектировании ограждающих конструкций (наружных и внутренних стен, перегородок, покрытий, чердачных и междуэтажных перекрытий, полов, заполнений проемов: окон, фонарей, дверей, ворот) новых и реконструируемых зданий и сооружений различного назначения (жилых, общественных, производственных и вспомогательных промышленных предприятий, сельскохозяйственных и складских, с нормируемыми температурой или температурой и относительной влажностью внутреннего воздуха).
СНиП II-12-77 — Защита от шума
Настоящие нормы и правила должны соблюдаться при проектировании защиты от шума для обеспечения допустимых уровней звукового давления и уровней звука в помещениях на рабочих местах в производственных и вспомогательных зданиях и на площадках промышленных предприятий, в помещениях жилых и общественных зданий, а также на селитебной территории городов и других населенных пунктов.
СНиП 2.08.01-89* — Жилые здания
Настоящие нормы и правила распространяются на проектирование жилых зданий (квартирных домов, включая квартирные дома для престарелых и семей с инвалидами, передвигающимися на креслах-колясках, в дальнейшем тексте . семей с инвалидами, а также общежитий) высотой до 25 этажей включительно.
Настоящие нормы и правила не распространяются на проектирование инвентарных и мобильных зданий.
СНиП 2.08.02-89* — Общественные здания и сооружения
Настоящие нормы и правила распространяются на проектирование общественных зданий (высотой до 16 этажей включительно) и сооружений, а также помещений общественного назначения, встроенных в жилые здания. При проектировании помещений общественного назначения, встроенных в жилые здания, следует дополнительно руководствоваться СНиП 2.08.01-89* (Жилые здания).
СНиП 2.09.04-87* — Административные и бытовые здания
Настоящие нормы распространяются на проектирование административных и бытовых зданий высотой до 16 этажей включительно и помещений предприятий. Настоящие нормы не распространяются на проектирование административных зданий и помещений общественного назначения.
При проектировании зданий, перестраиваемых в связи с расширением, реконструкцией или техническим перевооружением предприятий, допускаются отступления от настоящих норм в части геометрических параметров.
СНиП 2.09.02-85* — Производственные здания
Настоящие нормы распространяются на проектирование производственных зданий и помещений. Настоящие нормы не распространяются на проектирование зданий и помещений для производства и хранения взрывчатых веществ и средств взрывания, подземных и мобильных (инвентарных) зданий.
СНиП 111-28-75 — Правила производства и приемки работ
Пусковые испытания смонтированных систем вентиляции и кондиционирования проводятся в соответствии с требованиями СНиП 111-28-75 «Правила производства и приемки работ» после механического опробования вентиляционного и связанного с ним энергетического оборудования. Целью пусковых испытаний и регулировки систем вентиляции и кондиционирования является установление соответствия параметров их работы проектным и нормативным показателям.
До начала испытаний установки вентиляции и кондиционирования должны непрерывно и исправно проработать в течение 7 часов.
При пусковых испытаниях должны быть произведены:
- Проверка соответствия параметров установленного оборудования и элементов вентиляционных устройств, принятым в проекте, а также соответствия качества их изготовления и монтажа требованиям ТУ и СНиП.
- Выявление неплотностей в воздуховодах и других элементах систем
- Проверка соответствия проектным данным объемных расходов воздуха, проходящего через воздухоприемные и воздухораспределительные устройства общеобменных установок вентиляции и кондиционирования воздуха
- Проверка соответствия паспортным данным вентиляционного оборудования по производительности и напору
- Проверка равномерности прогрева калориферов. (При отсутствии теплоносителя в теплый период года проверка равномерности прогрева калориферов не производится)
ТАБЛИЦА ФИЗИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН
| Фундаментальные константы | ||
| Постоянная (число) Авогадро |
N A |
6.0221367(36)*1023 моль-1 |
| Универсальная газовая постоянная | R | 8.314510(70) Дж/(моль*K) |
| Постоянная Больцмана | k=R/NA | 1.380658(12)*10-23 Дж/К |
| Абсолютный нуль температуры | 0K | -273.150C |
| Скорость звука в воздухе при нормальных условиях | 331.4 м/с | |
| Ускорение силы тяжести | g | 9.80665 м/с2 |
| Длина (м) | ||
| микрон | μ(мкм) | 1 мкм = 10-6 м = 10-3 см |
| ангстрем | — | 1— = 0.1 нм = 10-10 м |
| ярд | yd | 0.9144 м = 91.44 см |
| фут | ft | 0.3048 м = 30.48 см |
| дюйм | in | 0.0254 м = 2.54 см |
| Площадь (м2) | ||
| квадратный ярд | yd2 | 0.8361 м2 |
| квадратный фут | ft2 | 0.0929 м2 |
| квадратный дюйм | in2 | 6.4516 см2 |
| Объем (м3) | ||
| кубический ярд | yd3 | 0.7645 м3 |
| кубический фут | ft3 | 28.3168 дм3 |
| кубический дюйм | in3 | 16.3871 см3 |
| галлон (английский) | gal (UK) | 4.5461 дм3 |
| галлон (США) | gal (US) | 3.7854 дм3 |
| пинта (английская) | pt (UK) | 0.5683 дм3 |
| сухая пинта (США) | dry pt (US) | 0.5506 дм3 |
| жидкостная пинта (США) | liq pt (US) | 0.4732 дм3 |
| жидкостная унция (английская) | fl.oz (UK) | 29.5737 см3 |
| жидкостная унция (США) | fl.oz (US) | 29.5737 см3 |
| бушель (США) | bu (US) | 35.2393 дм3 |
| сухой баррель (США) | bbl (US) | 115.628 дм3 |
| Масса (кг) | ||
| фунт | lb | 0.4536 кг |
| слаг | slug | 14.5939 кг |
| гран | gr | 64.7989 мг |
| торговая унция | oz | 28.3495 г |
| Плотность (кг/м3) | ||
| фунт на кубический фут | lb/ft3 | 16.0185 кг/м3 |
| фунт на кубический дюйм | lb/in3 | 27680 кг/м3 |
| слаг на кубический фут | slug/ft3 | 515.4 кг/м3 |
| Термодинамическая температура (К) | ||
| градус Ренкина | °R | 5/9 K |
| Температура (К) | ||
| градус Фаренгейта | °F | 5/9 K; t°C = 5/9*(t°F — 32) |
| Сила, вес (Н или кг*м/c2) | ||
| ньютон | Н | 1 кг*м/c2 |
| паундаль | pdl | 0.1383 H |
| фунт-сила | lbf | 4.4482 H |
| килограмм-сила | kgf | 9.807 H |
| Удельный вес (Н/м3) | ||
| фунт-сила на кубический дюйм | lbf/ft3 | 157.087 H/м3 |
| Давление (Па или кг/(м*с2) или Н/м2) | ||
| паскаль | Па | 1 Н/м2 |
| гектопаскаль | ГПа | 102 Па |
| килопаскаль | КПа | 103 Па |
| бар | bar | 105 Н/м2 |
| атмосфера физическая | atm | 1.013*105 Н/м2 |
| миллиметр ртутного столба | mm Hg | 1.333*102 Н/м2 |
| килограмм-сила на кубический сантиметр | kgf/cm3 | 9.807*104 Н/м2 |
| паундаль на квадратный фут | pdl/ft2 | 1.4882 Н/м2 |
| фунт-сила на квадратный фут | lbf/ft2 | 47.8803 Н/м2 |
| фунт-сила на квадратный дюйм | lbf/in2 | 6894.76 Н/м2 |
| фут водяного столба | ft H2O | 2989.07 Н/м2 |
| дюйм водяного столба | in H2O | 249.089 Н/м2 |
| дюйм ртутного столба | in Hg | 3386.39 Н/м2 |
|
Работа, энергия, тепло (Дж или кг*м 2/c2 или Н*м) |
||
| джоуль | Дж | 1 кг*м2/c2 = 1 Н*м |
| калория | cal | 4.187 Дж |
| килокалория | Kcal | 4187 Дж |
| киловатт-час | kwh | 3.6*106 Дж |
| британская тепловая единица | Btu | 1055.06 Дж |
| фут-паундаль | ft*pdl | 0.0421 Дж |
| фут-фунт-сила | ft*lbf | 1.3558 Дж |
| литр-атмосфера | l*atm | 101.328 Дж |
| Мощность (Вт) | ||
| фут-паундаль в секунду | ft*pdl/s | 0.0421 Вт |
| фут-фунт-сила в секунду | ft*lbf/s | 1.3558 Вт |
| лошадиная сила (английская) | hp | 745.7 Вт |
| британская тепловая единица в час | Btu/h | 0.2931 Вт |
| килограмм-сила-метр в секунду | kgf*m/s | 9.807 Вт |
| Массовый расход (кг/с) | ||
| фунт-масса в секунду | lbm/s | 0.4536 кг/с |
| Коэффициент теплопроводности (Вт/(м*К)) | ||
| британская тепловая единица на секунду-фут-градус Фаренгейта | Btu/(s*ft*degF) | 6230.64 Вт/(м*К) |
|
Коэффициент теплопередачи (Вт/(м 2*К)) |
||
| британская тепловая единица на секунду- квадратный фут-градус Фаренгейта | Btu/(s*ft2*degF) | 20441.7 Вт/(м2*К) |
|
Коэффициент температуропроводности, кинематическая вязкость (м 2/с) |
||
| стокс | St (Ст) | 10-4 м2/с |
| сантистокс | cSt (сСт) | 10-6 м2/с = 1мм2/с |
| квадратный фут на секунду | ft2/s | 0.0929 м2/с |
| Динамическая вязкость (Па*с) | ||
| пуаз | P (П) | 0.1 Па*с |
| сантипуаз cP | (сП) | 106 Па*с |
| паундаль-секунда на квадратный фут | pdt*s/ft2 | 1.488 Па*с |
| фунт-сила секунда на квадратный фут | lbf*s/ft2 | 47.88 Па*с |
| Удельная теплоемкость (Дж/(кг*К)) | ||
| калория на грамм-градус Цельсия | cal/(g*°C) | 4.1868*103 Дж/(кг*К) |
| британская тепловая единица на фунт-градус Фаренгейта | Btu/(lb*degF) | 4187 Дж/(кг*К) |
| Удельная энтропия (Дж/(кг*К)) | ||
| британская тепловая единица на фунт-градус Ренкина | Btu/(lb*degR) | 4187 Дж/(кг*К) |
|
Плотность теплового потока (Вт/м 2) |
||
| килокалория на метр квадратный — час | Kcal/(m2*h) | 1.163 Вт/м2 |
| британская тепловая единица на квадратный фут — час | Btu/(ft2*h) | 3.157 Вт/м2 |
| Влагопроницаемость строительных конструкций | ||
| килограмм в час на метр миллиметр водяного столба | kg/(h*m*mm H2O) | 28.3255 мг(с*м*Па) |
| Объемная проницаемость строительных конструкций | ||
| кубический метр в час на метр- миллиметр водяного столба | m3/(h*m*mm H2O) | 28.3255*10-6 м2/(с*Па) |
| Сила света | ||
| кандела | кд | основная единица СИ |
| Освещенность (лк) | ||
| люкс | лк | 1 кд*ср/м2 (ср — стерадиан) |
| фот | ph (фот) | 104 лк |
| Яркость (кд/м2) | ||
| стильб | st (ст) | 104 кд/м2 |
| нит | nt (нт) | 1 кд/м2 |
Группа компаний ИНРОСТ