Как мы теряем тепло обычным воздухом?

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.

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 (C_P) и при постоянном объёме (C_V), 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:

Количество потраченного тепла через воздух находится по этой формуле:

Перевод:

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.

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:

Дано:

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.