Energia termică: unități de măsură și utilizarea lor corectă. Gigacalorie - ce este?

Articolul oferă un fragment dintr-o masă de abur saturat și supraîncălzit. Folosind acest tabel, valorile corespunzătoare ale parametrilor stării sale sunt determinate din valoarea presiunii aburului.

Presiunea aburului	Temperatura de saturație	Volum specific	Densitate		Entalpia aburului	Căldura de vaporizare (condens)

Coloana 1: Presiunea aburului (p)

Tabelul arată valoarea absolută a presiunii aburului în bar. Acest fapt trebuie reținut. Când vorbim despre presiune, de obicei vorbim despre excesul de presiune, care este indicat de un manometru. Cu toate acestea, inginerii de proces folosesc presiunea absolută în calculele lor. În practică, această diferență duce adesea la neînțelegeri și de obicei cu consecințe neplăcute.

Odată cu introducerea sistemului SI, s-a acceptat că numai presiunea absolută ar trebui utilizată în calcule. Toate instrumentele de măsurare a presiunii ale echipamentelor tehnologice (cu excepția barometrelor) indică în principal excesul de presiune, ne referim la presiune absolută. Condițiile atmosferice normale (la nivelul mării) înseamnă o presiune barometrică de 1 bar. Presiunea manometrică este de obicei indicată în barg.

Coloana 2: Temperatura aburului saturat (ts)

Tabelul, împreună cu presiunea, arată temperatura corespunzătoare a aburului saturat. Temperatura la presiunea corespunzătoare determină punctul de fierbere al apei și astfel temperatura aburului saturat. Valorile temperaturii din această coloană determină și temperatura de condensare a aburului.

La o presiune de 8 bar, temperatura aburului saturat este de 170°C. Condensul format din abur la o presiune de 5 bari are o temperatură corespunzătoare de 152 °C.

Coloana 3: volum specific (v”)

Volumul specific este indicat în m3/kg. Odată cu creșterea presiunii de vapori, volumul specific scade. La o presiune de 1 bar, volumul specific de abur este de 1,694 m3/kg. Sau, cu alte cuvinte, 1 dm3 (1 litru sau 1 kg) de apă în timpul evaporării crește în volum de 1694 de ori comparativ cu starea sa lichidă inițială. La o presiune de 10 bar, volumul specific este de 0,194 m3/kg, care este de 194 de ori mai mare decât cel al apei. Valorile specifice ale volumului sunt utilizate la calcularea diametrelor conductelor de abur și condens.

Coloana 4: Greutate specifică (ρ=rho)

Greutatea specifică (numită și densitate) este dată în kJ/kg. Arată câte kilograme de abur sunt conținute în 1 m3 de volum. Pe măsură ce presiunea crește, greutatea specifică crește. La o presiune de 6 bar, aburul cu un volum de 1m3 are o greutate de 3,17 kg. La 10 bar - deja 5,15 kg și la 25 bar - mai mult de 12,5 kg.

Coloana 5: Entalpia de saturație (h’)

Entalpia apei clocotite este dată în kJ/kg. Valorile din această coloană arată câtă energie termică este necesară pentru a aduce 1 kg de apă la fierbere la o anumită presiune sau câtă energie termică este conținută în condensul care s-a condensat din 1 kg de abur la aceeași presiune. La o presiune de 1 bar, entalpia specifică a apei clocotite este de 417,5 kJ/kg, la 10 bar – 762,6 kJ/kg, iar la 40 bar – 1087 kJ/kg. Odată cu creșterea presiunii aburului, entalpia apei crește, iar ponderea acesteia în entalpia totală a aburului crește constant. Aceasta înseamnă că, cu cât presiunea aburului este mai mare, cu atât mai multă energie termică rămâne în condens.

Coloana 6: Entalpia totală (h”)

Entalpia este dată în kJ/kg. Această coloană a tabelului arată valorile entalpiei aburului. Tabelul arată că entalpia crește până la o presiune de 31 bar și scade odată cu o creștere suplimentară a presiunii. La o presiune de 25 bari valoarea entalpiei este de 2801 kJ/kg. Pentru comparație, valoarea entalpiei la 75 bar este de 2767 kJ/kg.

Coloana 7: Energia termică de vaporizare (condensare) (r)

Entalpia de vaporizare (condensare) este indicată în kJ/kg. Această coloană arată cantitatea de energie termică necesară pentru a evapora complet 1 kg de apă clocotită la presiunea corespunzătoare. Și invers - cantitatea de energie termică care este eliberată în timpul procesului de condensare completă a aburului (saturat) la o anumită presiune.

La o presiune de 1 bar r = 2258 kJ/kg, la 12 bar r = 1984 kJ/kg și la 80 bar r = doar 1443 kJ/kg. Pe măsură ce presiunea crește, cantitatea de energie termică de vaporizare sau condensare scade.

Regulă:

Pe măsură ce presiunea aburului crește, cantitatea de energie termică necesară pentru a evapora complet apa clocotită scade. Și în procesul de condensare a aburului saturat la presiunea corespunzătoare, se eliberează mai puțină energie termică.

1.1. Unități de măsură a energiei utilizate în sectorul energetic

Joule – J – unitate SI, iar derivate – kJ, MJ, GJ
Calorie - cal - unitate nesistemică, și derivați kcal, Mcal, Gcal
kWh este o unitate în afara sistemului care este de obicei (dar nu întotdeauna!) folosită pentru a măsura cantitatea de electricitate.
tona de abur este o valoare specifică care corespunde cantității de energie termică necesară pentru a produce abur dintr-o tonă de apă. Nu are statutul de unitate de măsură, totuși este folosit practic în sectorul energetic.

Unitățile de energie sunt utilizate pentru a măsura cantitatea totală de energie (termică sau electrică). În acest caz, valoarea poate indica energia generată, consumată, transmisă sau pierdută (pe o anumită perioadă de timp).

1.2. Exemple de utilizare corectă a unităților de energie

Cererea anuală de energie termică pentru încălzire, ventilație, alimentare cu apă caldă.
Cantitatea necesară de energie termică pentru a încălzi ... m3 de apă de la ... la ... °C
Energie termică în ... mii m3 de gaz natural (sub formă de putere calorică).
Cererea anuală de energie electrică pentru alimentarea receptoarelor electrice ale cazanului.
Program anual de producție de abur din camera cazanelor.

1.3. Conversie între unități de energie

1 GJ = 0,23885 Gcal = 3600 milioane kWh = 0,4432 t (abur)

1 Gcal = 4,1868 GJ = 15072 milioane kWh = 1,8555 t (abur)

1 milion kWh = 1/3600 GJ = 1/15072 Gcal = 1/8123 t (abur)

1 t (abur) = 2,256 GJ = 0,5389 Gcal = 8123 milioane kWh

Notă: Când se calculează 1 tonă de abur, a fost luată entalpia sursei de apă și vapori de apă la linia de saturație la t=100 °C

2. Unități de putere

2.1 Unități de putere utilizate în sectorul energetic

Watt – W – unitate de putere în sistemul SI, derivate – kW, MW, GW
Calorii pe oră - cal/h - o unitate de putere în afara sistemului, de obicei în sectorul energetic sunt utilizate valori derivate - kcal/h, Mcal/h, Gcal/h;
Tone de abur pe oră - t/h - o valoare specifică corespunzătoare puterii necesare pentru a produce abur din 1 tonă de apă pe oră.

2.2. Exemple de utilizare corectă a unităților de alimentare

Puterea de proiectare a cazanului
Pierderile de căldură ale clădirii
Consum maxim de energie termică pentru încălzirea apei calde
Puterea motorului
Puterea medie zilnică a consumatorilor de energie termică

Energia termică este un sistem de măsurare a căldurii care a fost inventat și folosit acum două secole. Regula de bază pentru lucrul cu această valoare a fost că energia termică este conservată și nu poate dispărea pur și simplu, ci poate fi transformată într-un alt tip de energie.

Există mai multe general acceptate unități de energie termică. Sunt utilizate în principal în sectoare industriale precum. Cele mai comune sunt descrise mai jos:

Orice unitate de măsură inclusă în sistemul SI are un scop în determinarea cantității totale a unuia sau altui tip de energie, cum ar fi căldura sau electricitatea. Timpul și cantitatea de măsurare nu afectează aceste valori, motiv pentru care pot fi utilizate atât pentru energia consumată, cât și pentru energia deja consumată. În plus, orice transmisie și recepție, precum și pierderile, sunt, de asemenea, calculate în astfel de cantități.

Unde sunt folosite unitățile de măsură ale energiei termice?

Unități de energie transformate în căldură

Ca exemplu ilustrativ, mai jos sunt comparații ale diferiților indici SI populari cu energia termică:

1 GJ este egal cu 0,24 Gcal, care în echivalent electric este egal cu 3400 milioane kW pe oră. În echivalent de energie termică, 1 GJ = 0,44 tone de abur;
În același timp, 1 Gcal = 4,1868 GJ = 16.000 milioane kW pe oră = 1,9 tone de abur;
1 tonă de abur este egală cu 2,3 GJ = 0,6 Gcal = 8200 kW pe oră.

În acest exemplu, valoarea dată a aburului este luată ca evaporarea apei la atingerea 100°C.

Pentru a calcula cantitatea de căldură se folosește următorul principiu: pentru a obține date despre cantitatea de căldură, se folosește la încălzirea lichidului, după care masa de apă este înmulțită cu temperatura germinată. Dacă în SI masa unui lichid este măsurată în kilograme, iar diferențele de temperatură în grade Celsius, atunci rezultatul unor astfel de calcule va fi cantitatea de căldură în kilocalorii.

Dacă este nevoie să transferați energie termică de la un corp fizic la altul și doriți să aflați posibilele pierderi, atunci ar trebui să înmulțiți masa căldurii substanței primite cu temperatura creșterii și apoi să aflați produsul a valorii rezultate prin „căldura specifică” substanței.

Cel mai mult, în lunile geroase de iarnă, toți oamenii așteaptă cu nerăbdare Anul Nou și, mai ales, facturile la încălzire. Aceștia sunt neplăcuți în special de locuitorii blocurilor de apartamente, care ei înșiși nu au capacitatea de a controla cantitatea de căldură primită și, adesea, facturile pentru aceasta se dovedesc a fi pur și simplu fantastice. În cele mai multe cazuri, astfel de documente folosesc Gcal ca unitate de măsură, care înseamnă „gigacalorie”. Să aflăm ce este, cum să calculăm gigacalorii și să convertim în alte unități.

Ce este o calorie?

Susținătorii unei diete sănătoase sau cei care își monitorizează îndeaproape greutatea sunt familiarizați cu conceptul de calorie. Acest cuvânt înseamnă cantitatea de energie obținută ca urmare a procesării de către organism a alimentelor consumate, care trebuie folosită, altfel persoana va începe să se îngrașă.

Paradoxal, aceeași valoare este folosită pentru a măsura cantitatea de energie termică folosită pentru încălzirea încăperilor.

Ca abreviere, această valoare este desemnată ca „cal”, sau în engleză cal.

În sistemul metric de măsurători, echivalentul unei calorii este joule. Deci, 1 cal = 4,2 J.

Importanța caloriilor pentru viața umană

Pe lângă dezvoltarea diferitelor diete de slăbit, această unitate este folosită pentru măsurarea energiei, a muncii și a căldurii. În acest sens, concepte precum „conținutul caloric” sunt comune - adică căldura combustibilului combustibil.

În majoritatea țărilor dezvoltate, la calcularea încălzirii, oamenii nu mai plătesc pentru numărul de metri cubi de gaz consumați (dacă este gaz), ci tocmai pentru conținutul caloric al acestuia. Cu alte cuvinte, consumatorul plătește pentru calitatea combustibilului folosit: cu cât acesta este mai mare, cu atât mai puțin gaz va trebui folosit pentru încălzire. Această practică reduce posibilitatea diluării substanței utilizate cu alți compuși, mai ieftini și mai puțin calorici.

Ce este o gigacalorie și câte calorii conține?

După cum reiese clar din definiție, dimensiunea unei calorii este mică. Din acest motiv, nu este folosit pentru a calcula cantități mari, mai ales în sectorul energetic. În schimb, se folosește conceptul de gigacalorie. Aceasta este o valoare egală cu 10 9 calorii și este scrisă ca abrevierea „Gcal”. Se dovedește că într-o gigacalorie există un miliard de calorii.

Pe lângă această valoare, se folosește uneori una puțin mai mică - Kcal (kilocalorie). Are 1000 cal. Astfel, putem considera că o gigacalorie este un milion de kilocalorii.

Merită să rețineți că uneori o kilocalorie este scrisă simplu ca „fecale”. Din aceasta cauza apare confuzia, iar unele surse indica faptul ca in 1 Gcal sunt 1.000.000 de calorii, desi in realitate vorbim de 1.000.000 Kcal.

Hecacalorie și gigacalorie

În energie, în cele mai multe cazuri, Gcal este folosit ca unitate de măsură, dar este adesea confundat cu un astfel de concept ca „hecacalorie” (cunoscut și ca hectocalorie).

În acest sens, abrevierea „Gcal” este interpretată de unii oameni ca „hecacalorie” sau „hectocalorie”. Cu toate acestea, acest lucru este greșit. De fapt, unitățile de măsură menționate mai sus nu există, iar utilizarea lor în vorbire este rezultatul analfabetismului și nimic mai mult.

Gigacalorie și gigacalorie/oră: care este diferența

Pe lângă valoarea fictivă în cauză, chitanțele conțin uneori o abreviere precum „Gcal/hour”. Ce înseamnă și cum diferă de gigacaloriile obișnuite?

Această unitate de măsură arată câtă energie a fost folosită într-o oră.

În timp ce doar o gigacalorie este o măsurare a căldurii consumate pe o perioadă nedeterminată de timp. Depinde doar de consumator ce interval de timp va fi indicat în această categorie.

Abrevierea Gcal/m3 este mult mai puțin comună. Înseamnă câte gigacalorii trebuie folosite pentru a încălzi un metru cub de substanță.

Formula de gigacalorii

Având în vedere definiția valorii studiate, merită în sfârșit să aflați cum să calculați câte gigacalorii sunt folosite pentru a încălzi o cameră în timpul sezonului de încălzire.

Pentru oamenii în special leneși de pe Internet, există o mulțime de resurse online în care sunt prezentate calculatoare special programate. Tot ce trebuie să faci este să introduci datele tale numerice - și ei înșiși vor calcula numărul de gigacalorii consumate.

Cu toate acestea, ar fi frumos să poți face asta singur. Există mai multe opțiuni de formulă pentru aceasta. Cel mai simplu și mai înțeles dintre ele este următorul:

Energia termică (Gcal/oră) = (M 1 x (T 1 -T xv)) - (M 2 x (T 2 -T xv)) /1000, unde:

M 1 este masa substanței de transfer de căldură care este furnizată prin conductă. Măsurată în tone.
M 2 este masa substanței de transfer de căldură care se întoarce prin conductă.
T 1 - temperatura lichidului de răcire în conducta de alimentare, măsurată în Celsius.
T 2 - temperatura lichidului de răcire care revine înapoi.
Тхв - temperatura sursei reci (apa). De obicei egal cu cinci deoarece aceasta este temperatura minimă a apei din conductă.

De ce locuințele și serviciile comunale supraestimează cantitatea de energie cheltuită atunci când plătești încălzirea?

Când faceți propriile calcule, merită remarcat faptul că locuințele și serviciile comunale supraestimează ușor standardele de consum de energie termică. Ideea că încearcă să câștige bani în plus din asta este greșită. La urma urmei, costul de 1 Gcal include deja întreținerea, salariile, impozitele și profitul suplimentar. Această „taxă suplimentară” se datorează faptului că, atunci când lichidul fierbinte este transportat printr-o conductă în sezonul rece, acesta tinde să se răcească, adică are loc o pierdere inevitabilă de căldură.

În cifre arată așa. Conform reglementărilor, temperatura apei în conductele de încălzire trebuie să fie de cel puțin +55 °C. Și dacă luăm în considerare faptul că temperatura minimă a apei în sistemele electrice este de +5 °C, atunci trebuie încălzită cu 50 de grade. Se dovedește că se folosesc 0,05 Gcal pentru fiecare metru cub. Cu toate acestea, pentru a compensa pierderile de căldură, acest coeficient este umflat la 0,059 Gcal.

Convertiți Gcal în kW/oră

Energia termică poate fi măsurată în diverse unități, dar în documentația oficială din locuințe și servicii comunale se calculează în Gcal. Prin urmare, merită să știți cum să convertiți alte unități în gigacalorii.

Cel mai simplu mod de a face acest lucru este atunci când relațiile dintre aceste cantități sunt cunoscute. De exemplu, merită să luați în considerare wați (W), în care se măsoară producția de energie a majorității cazanelor sau încălzitoarelor.

Înainte de a lua în considerare conversia la această valoare Gcal, merită să ne amintim că, la fel ca o calorie, un watt este mic. Prin urmare, kW (1 kilowatt este egal cu 1000 wați) sau mW (1 megawatt este egal cu 1000.000 wați) sunt mai des utilizați.

În plus, este important de reținut că puterea se măsoară în W (kW, mW), dar pentru a calcula cantitatea de energie electrică consumată/produsă, nu se folosește în acest sens conversia gigacaloriilor în kilowați considerată, dar conversia lui Gcal în kW/h.

Cum să facă acest lucru? Pentru a nu suferi cu formule, merită să ne amintim de numărul „magic” 1163. Exact așa trebuie cheltuiți câți kilowați de energie într-o oră pentru a obține o gigacalorie. În practică, atunci când convertiți de la o unitate de măsură la alta, trebuie pur și simplu să înmulțiți numărul de Gcal cu 1163.

De exemplu, să convertim în kW/oră 0,05 Gcal necesar pentru a încălzi un metru cub de apă cu 50 °C. Rezultă: 0,05 x 1163 = 58,15 kW/oră. Aceste calcule îi vor ajuta în special pe cei care se gândesc să schimbe încălzirea pe gaz la o încălzire electrică mai ecologică și mai economică.

Dacă vorbim de volume uriașe, îl putem converti nu în kilowați, ci în megawați. În acest caz, trebuie să înmulțiți nu cu 1163, ci cu 1,163, deoarece 1 mW = 1000 kW. Sau pur și simplu împărțiți rezultatul obținut în kilowați la o mie.

Conversie în Gcal

Uneori este necesar să se efectueze procesul invers, adică să se calculeze câte Gcal sunt conținute într-un kW/oră.

Când convertiți în gigacalorii, numărul de kilowați-oră trebuie înmulțit cu un alt număr „magic” - 0,00086.

Corectitudinea acestui lucru poate fi verificată prin luarea datelor din exemplul anterior.

Deci, s-a calculat că 0,05 Gcal = 58,15 kW/oră. Acum merită să luați acest rezultat și să-l înmulțiți cu 0,00086: 58,15 x 0,00086 = 0,050009. În ciuda diferenței ușoare, aceasta coincide aproape complet cu datele originale.

Ca și în calculele anterioare, este necesar să se țină seama de faptul că atunci când se lucrează cu volume deosebit de mari de substanțe, va fi necesar să se convertească nu kilowați, ci megawați în gigacalorii.

Cum se face asta? În acest caz, din nou trebuie să țineți cont de faptul că 1 mW = 1000 kW. Pe baza acestui lucru, punctul zecimal din numărul „magic” este mutat cu trei zerouri și voilà, se dovedește a fi 0,86. Prin aceasta trebuie să înmulțiți pentru a face traducerea.

Apropo, o mică discrepanță în răspunsuri se datorează faptului că coeficientul 0,86 este o versiune rotunjită a numărului 0,859845. Desigur, pentru calcule mai precise merită să-l folosiți. Totuși, dacă vorbim doar despre cantitatea de energie folosită pentru a încălzi un apartament sau o casă, este mai bine să simplificăm.