Contabilización de energía térmica para "Dummies". que es la energia termica

Varias tecnologías y materiales de construcción tienen sus propias ventajas y desventajas. Entonces, por ejemplo, una casa construida con ladrillo clásico se asocia con confiabilidad para muchos. Pero, ¿y si lo consideramos en términos de eficiencia energética? En este caso, el ladrillo no ocupará una posición de liderazgo.

Para resolver el problema de la eficiencia térmica de los edificios, se comenzaron a utilizar varios tipos y calidades de calentadores. Comenzando con espuma termoaislante, que se puede aplicar simplemente a ciertas secciones de la pared de una casa existente, terminando con módulos de pared eficientes energéticamente. Obviamente, los intentos de aislar una casa existente traerán algunos resultados, pero no serán lo suficientemente efectivos, incluso desde el punto de vista financiero. Por lo tanto, aparecieron soluciones económicas en forma de paneles, inicialmente equipados con aislamiento. Estos son paneles tipo sándwich, que son aislamiento de espuma (poliestireno) pegado entre paneles DSP, o aislamiento fibroso (por ejemplo, lana mineral) incrustado en el marco de una pared de madera.

Más recientemente, se ha refinado la idea de usar un panel de pared. Como resultado, las casas energéticamente eficientes comenzaron a construirse a partir de módulos de pared herméticos completos. El aislamiento con una conductividad térmica baja récord se produce dentro de los módulos directamente en la fábrica.

La ventaja de usar módulos de pared como parte de una unidad de construcción energéticamente eficiente es su capacidad para bloquear mejor la transferencia de energía térmica desde el exterior hacia el interior y viceversa. Para aprender a distinguir Materiales de construcción según ellos propiedades termofísicas, además de entender por qué los módulos de pared energéticamente eficientes hacen su trabajo mejor que los paneles sándwich, analizaremos todos los mecanismos posibles para la distribución del calor.

La energía térmica se puede transferir a través de solo tres mecanismos: convección, conducción de calor y Radiación termal.

Convección térmica Ocurre cuando las moléculas calientes se mueven de un lugar a otro. La tendencia del aire caliente a ascender es el motor de la convección térmica natural. Conductividad térmica Es la transferencia de energía térmica de una molécula a otra. Es posible que cada molécula no cambie su posición en el espacio, pero la energía, sin embargo, se transferirá. Una molécula caliente (mayor energía) puede transferir parte de su energía a una molécula vecina si esta última se calienta menos (tiene menos energía). En términos generales, cuanto más denso es el material, más más moléculas están en contacto entre sí, lo que significa más oportunidades para la conductividad térmica. Radiación termal(o energía de radiación) es una forma de radiación electromagnética estrechamente relacionada con la luz visible. infrarrojo radiación electromagnética, pero se propaga exactamente de la misma manera que la luz visible: a través del vacío, a través de la atmósfera, a través del agua y a través de algunos sólidos, incluidos los que son opacos a la luz visible. Así, el Sol madura la Tierra a través de 150 millones de kilómetros de vacío, donde no hay proceso de confección ni conducción de calor. A temperaturas por encima del cero absoluto (-273 C), cualquier materia irradia algo de energía. Estos tres mecanismos a menudo trabajan juntos. Por ejemplo, el aire en un horno se calienta por conducción y radiación, se difunde a través de un edificio por convección y calienta objetos más fríos por conducción y radiación.

Ahora echemos un vistazo a los paneles y módulos de pared.

Dentro de los módulos de pared y paneles hay un calentador, que por su naturaleza es una sustancia ligera espumada. De esto se derivan dos conclusiones. "Espumado" significa pocas moléculas en contacto - baja conductividad térmica, “ligero” significa que es bueno reflector para radiación térmica. Debido a la reflexión, la energía de radiación no se acumula, almacena ni transmite. Pero el panel "sándwich" no es hermético por su diseño, por lo que el agua y el aire se filtran a través del panel, lo que significa no hay bloqueo del proceso de convección. Así, el calor se disipa por convección. Pero el agua y el aire no pueden pasar a través de un módulo de pared completamente sellado, por lo que reduce la posibilidad de convección. Cuanto más hermético sea el módulo, menor será la importancia de los procesos anteriores.

Esto significa que el calor del sol permanece fuera del edificio cuando intenta enfriar la habitación en verano. En invierno, todo el calor acumulado en la casa se queda dentro, y no sale al exterior.

¿Qué es la energía térmica?

La energía es la capacidad de un cuerpo para realizar un trabajo. Se distinguen los siguientes tipos de la misma: eléctrica, mecánica, gravitatoria, nuclear, química, electromagnética, térmica y otras.

El primero es la energía de los electrones que se mueven a lo largo de la cadena. A menudo se utiliza para obtener mecánica con la ayuda de motores eléctricos.

El segundo se manifiesta en el movimiento, la interacción de partículas y cuerpos individuales. deformaciones durante la tensión, flexión, torsión y compresión de cuerpos elásticos.

La energía química resulta de entre las sustancias. Puede liberarse en forma de calor (por ejemplo, durante la combustión), así como convertirse en energía eléctrica (en baterías y

El electromagnético se manifiesta como resultado del movimiento de campos magnéticos y eléctricos en forma de ondas infrarrojas y de radio, etc. La energía nuclear está contenida en las sustancias radiactivas y se libera como resultado de la fisión de núcleos pesados ​​o de la síntesis de los pulmones. Gravitacional - energía, que se debe a la gravedad de los cuerpos masivos (gravedad).

La energía térmica surge en relación con el movimiento caótico de moléculas, átomos y otras partículas. Puede liberarse como resultado de una acción mecánica (fricción), química o nuclear (fisión nuclear). La mayor parte de la energía térmica proviene de la combustión. varios tipos combustible. Se utiliza para calentar, evaporar, calentar y otros procesos tecnológicos.

La energía térmica es una forma de energía resultante de vibraciones mecánicas elementos estructurales de cualquier sustancia. El parámetro que permite determinar la posibilidad de utilizarlo como fuente de energía es el potencial energético. Se puede expresar en kilovatios (térmicos) hora o en julios.

Las fuentes de energía térmica se dividen en:

• primario. Las sustancias poseen el potencial energético debido a procesos naturales. Tales fuentes incluyen océanos, mares, combustibles fósiles, etc. Las fuentes primarias se dividen en inagotables, renovables y no renovables. Entre los primeros se encuentran las aguas termales y las sustancias que pueden utilizarse para obtener energía termonuclear, etc. El segundo incluye la energía del sol, el viento, los recursos hídricos. Otros más incluyen gas, petróleo, turba, carbón, etc.;
• secundario. Son sustancias cuyo potencial energético depende directamente de las actividades de las personas. Por ejemplo, se trata de emisiones de ventilación calentada, residuos municipales, portadores de calor de residuos calientes de la producción industrial (vapor, agua, gas), etc.

La energía térmica se produce actualmente mediante la quema de combustibles fósiles. Las principales fuentes son el petróleo crudo, el carbón, que aporta el 90% del consumo total de energía. Sin embargo, el uso de la energía nuclear está aumentando día a día.

Las fuentes renovables casi nunca se utilizan. Esto se debe a la complejidad de la tecnología para convertirlos en energía térmica, así como al bajo potencial energético de algunos de ellos.

La energía térmica surge como resultado de la interacción de fotones infrarrojos con electrones externos. Estos últimos absorben fotones y se desplazan a órbitas alejadas del núcleo. Por lo tanto, el volumen de la sustancia aumenta. La energía térmica se transfiere a través de fotones infrarrojos. En particular, los fotones, cuando las moléculas y los átomos chocan entre sí, saltan de la zona de mayor concentración de portadores de energía térmica a aquellas zonas donde se reduce.

La energía térmica se puede expresar en la fórmula: ΔQ = c.m.ΔT. C - significa calor especifico materia, m es la masa del cuerpo y ΔT es la diferencia de temperatura.

El sistema de medición del calor de hace dos siglos se basaba en la idea de que la energía térmica se almacena, no desaparece en ningún lado, sino que solo se traslada de un lugar a otro. Todavía usamos las siguientes reglas:

Para medir la cantidad de calor, hagamos que caliente agua y multipliquemos la masa de agua por el incremento de temperatura. Si la masa se toma en kg y la diferencia A (temperaturas) está en grados Celsius, entonces su producto será calor en Cal o kcal.

A transferencia de energía térmica alguna otra sustancia, primero se debe multiplicar la masa por el aumento de temperatura, como en el caso del agua, y luego se debe multiplicar el resultado por el "calor específico" de la sustancia.

Para medir la energía térmica liberada por una cierta cantidad de combustible, se necesita un dispositivo especial para quemar la muestra y transferir el calor resultante sin pérdida apreciable al agua. Casi todos los tipos de combustible fueron sometidos a pruebas similares. La muestra pesada, por regla general, junto con el oxígeno comprimido, se colocó en una bomba de metal grueso, que se sumergió en un recipiente con agua. A continuación, la muestra se quemó con electricidad y se midió el aumento de temperatura del agua. Junto con el agua, la bomba con todo su contenido también se calentó; esto había que tenerlo en cuenta.

Energía térmica y moléculas

Cualquier intento exitoso de transferir energía a un gas lo calienta, aumentando la presión (volumen). A Teoría cinética asociamos esto con un aumento en la energía cinética de las moléculas que se mueven al azar. La energía térmica de un gas es simplemente energía cinética a escala molecular. Lo mismo puede decirse tanto de líquidos como de sólidos con la única salvedad de que es necesario tener en cuenta la energía cinética de rotación de las moléculas y la energía de sus vibraciones.

Imagina una bala que choca contra un obstáculo a gran velocidad y, debido al rozamiento, se atasca en él. En este caso, la energía cinética de la bala se transfiere a las moléculas del aire y la madera circundantes, lo que les da un movimiento adicional. Desaparece una enorme energía cinética y en su lugar aparece la energía térmica. Si asumimos que el calor es una energía cinética "socializada", entonces la riqueza, que consiste en una gran cantidad de energía cinética ordenada, se distribuye entre todas las moléculas que se mueven al azar: "digno" e "indigno". Cuando una bala de plomo golpea una pared, la mayor parte de su rica reserva de energía cinética se convierte en energía vibratoria de los átomos de plomo individuales y la pared; la energía de un ejército entrenado degenera en una multitud desordenada.

En cualquier discusión sobre temas relacionados con el uso de la energía, es necesario distinguir entre la energía térmica (la energía del movimiento caótico) y la energía del movimiento ordenado, conocida en tecnología como energía libre. Entonces, la energía cinética de una bala voladora es la energía de un movimiento ordenado: todo está contenido en la piscina. La llamamos energía libre porque se puede convertir en energía potencial en su totalidad; ¡Para hacer esto, solo necesitas disparar verticalmente hacia arriba! La energía de deformación también es ordenada, y también la llamamos energía libre, porque el resorte la puede gastar en levantar la carga. Casi toda la energía química es gratuita, al igual que la energía eléctrica y la energía de la radiación de alta temperatura. Cualquiera de estas formas de energía te permite utilizar toda la energía. La energía térmica caótica tiene un inconveniente importante. No importa qué trucos elijamos, solo una parte del calor puede convertirse en energía mecánica.

Esto se debe al hecho de que incluso en el mejor de los casos maquinas imaginables para convertir el calor en energía mecánica, parte del calor se transfiere al refrigerador. De lo contrario, la máquina no podrá repetir el ciclo de trabajo. No somos capaces de ordenar completamente el movimiento aleatorio de las moléculas, convirtiendo su energía en gratuita. Algo de caos siempre permanecerá. Un experimento mental con un motor térmico ideal dice que la proporción máxima de calor que se puede utilizar es (T1-T2) / T1, donde T1 es la temperatura absoluta del "calentador" o caldera, y T2 es la temperatura absoluta de el frigorífico de la máquina (sobre el significado de temperatura absoluta ver capítulo 27). Sí, vapor bajo alta presión con una temperatura de 500 ° K (227 ° C), convirtiéndose en agua con una temperatura de 300 ° K (27 ° C), puede dar una eficiencia de no más de (500-300) / 500, o 40% Tal La máquina de vapor debe tirar, además de las pérdidas reales, el 60% de su calor.

A partir de esto se vuelve bastante obvio que energía térmica y los motores térmicos son el cuello de botella en la energía moderna. Todas las máquinas están comprometidas en continuo producción de energía térmica, y su expulsión en ambiente. Además, si es bastante posible resolver los problemas de conversión eficiente en energía eléctrica mejorando las nanotecnologías y los semiconductores, entonces el problema de la baja eficiencia de un motor térmico no puede resolverse.

La eficiencia máxima es (T1-T2)/T1, o 1-(T2/T1). Entonces, cuanto mayor sea T1 (o menor T2), más cerca estará la eficiencia de la unidad. Para reducir costos, las centrales eléctricas están tratando de hacerlo con la temperatura T1 más alta posible del calentador o caldera. Las serias limitaciones surgen cuando el aceite comienza a arder y el metal comienza a fundirse. La temperatura T2, con un suministro constante de calor, no puede ser inferior a la temperatura ambiente durante mucho tiempo. En la práctica, no tenemos forma de utilizar directamente la energía química o atómica. Primero debemos convertirlo en energía térmica, y solo después de eso no podemos evitar grandes pérdidas térmicas.

Por paradójico que parezca, pero el mismo razonamiento basado en experimentos mentales dice que cuando surge otra necesidad: obtener calor de energía libre, es decir, cuando queremos calentar un apartamento con electricidad, podemos lograr una alta eficiencia (k.p. d.).

Utilizando energía gratuita, con la ayuda de una pequeña máquina, podemos “bombear” energía térmica desde una calle fría a una habitación cálida. En esencia, una bomba de calor de este tipo para consumo de energía térmica un refrigerador al revés, cuyo congelador se coloca fuera de la habitación, puede servir.

Al utilizar la luz solar, el carbón o el agua para realizar un trabajo útil, como encender lámparas eléctricas, manejar un torno o bombear agua hasta la cima de una colina, etc., una y otra vez llegamos a la energía térmica como un subproducto casi inevitable. (debido a la fricción) y el producto final más probable. Cuando la luz de la lámpara es absorbida por las paredes, la máquina corta el metal o el agua fluye de regreso al océano, la energía recibida originalmente del combustible, al final, se convierte completamente en calor. Y si estábamos tratando con calor al principio, entonces en la etapa final habrá una temperatura más baja. Es prácticamente inadecuado para su uso posterior. Por supuesto, puede pensar en otro fin: dejar que la luz se irradie hacia el espacio interestelar, que la máquina gire el resorte y deje el agua en la cima de la colina, pero, por regla general, el producto final sigue siendo energía térmica. . (Toda la energía de la combustión de la gasolina en todos los automóviles del mundo durante el año pasado, finalmente pasó a calentar el aire y la tierra; así es como resulta).

Simplemente sobre el complejo – Energía térmica

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No daré una definición de diccionario aquí. energía térmica . Intentaré explicar todo en los dedos. El artículo no es para expertos.

Piensa en lo que es diferente agua caliente del frio, que afecta la temperatura del agua?

Difiere en la cantidad de calor que contiene. Este calor, o en otras palabras, la energía térmica, no se puede ver ni tocar, solo se puede sentir. Cualquier agua con una temperatura superior a 0°C contiene cierta cantidad de calor. Cuanto mayor sea la temperatura del agua (vapor o condensado), más calor contiene.

El calor se mide en calorías, en julios, en MWh (megavatios por hora), no en grados °C.

Dado que las tarifas están aprobadas en hryvnia por Gigacaloría, tomaremos Gcal como unidad de medida.

Así, el agua caliente está formada por el agua misma y la energía térmica o calor (Gcal) contenida en ella. El agua parece estar saturada de gigacalorías. Cuantas más Gcal hay en el agua, más caliente está. A veces, el agua caliente se llama portador de calor, es decir. trae calor.

En los sistemas de calefacción, el refrigerante (agua caliente) ingresa al sistema de calefacción a una temperatura y sale a otra. Es decir, vino con una cantidad de calor y se fue con otra. El refrigerante cede parte del calor al ambiente a través de radiadores de calefacción. Por esta parte, que no volvió al sistema, y ​​que se mide en Gcal, alguien tiene que pagar

En caso de suministro de agua caliente (o un apuro en el sistema de calefacción), consumimos toda el agua y, en consecuencia, todo el 100% de Gcal, no devolvemos nada al sistema.

Así, al instalar unidades de medida en un edificio de apartamentos o en una vivienda particular, pagaremos directamente el calor consumido (Gcal) por nuestro local. Si no hay un dispositivo de medición, se nos cobrará la cantidad por el calor que consumimos. por tarifa". Además, este "a razón" puede ser varias veces mayor que la cantidad de calor que realmente consumimos. Es por eso que hoy, más que nunca, surge la cuestión de instalar unidades de medición de energía térmica.

¿Qué es la contabilidad de la energía térmica?

Una unidad de medición de energía térmica es un complejo de dispositivos, por lo que se llama nodo.

Técnicamente se parece a esto. Los siguientes se cortan en las tuberías de las redes de calefacción (en el suministro, en el retorno, en la red de ACS):

• medidores de flujo: miden la cantidad de refrigerante que pasa;
• sensores de temperatura: miden la temperatura del refrigerante;
• y (no siempre) sensores de presión: miden la presión en las tuberías.

Los dispositivos necesitan ser alimentados con algún tipo de tensión, autónoma o de red, según el tipo de dispositivo.

Estos dispositivos deben insertarse lo más cerca posible del borde del balance (BP) y la responsabilidad operativa (EO), es decir, al lugar donde comienzan tus redes. El contrato de suministro de calor debe tener un acta o anexo apropiado.

Si los dispositivos no chocan en el borde de BP y EO, la compañía de suministro de calor calcula las pérdidas de calor en la sección de las redes de calor desde el límite de BP hasta el lugar de instalación de los dispositivos de registro para cada tubería, teniendo en cuenta el método de tendido (subterráneo / suelo), el diámetro de la red y la presencia de aislamiento térmico de tuberías.

El pago por pérdidas de calor se cobra además de las lecturas de la unidad de medición de calor por el método de saldo. En la factura de pago, generalmente se asignan como una línea separada. En algunas empresas de suministro de calor, las pérdidas de calor no se tienen en cuenta, se calculan de acuerdo con las lecturas del medidor de calor.

De instrumentos de medición los cables envían señales a un registrador de calor, o un medidor de calor, o un medidor de calor, como quieras. El registrador de calor registra los datos en su memoria y almacena en su archivo un período determinado por el fabricante.

Por ejemplo, se pueden almacenar lecturas por hora de los últimos 15 días, lecturas diarias de los últimos 45 días, lecturas mensuales de los últimos 12 meses.

En base a estos datos, el registrador de calor calcula matemáticamente las Gcal, por las que pagamos.

¡Sin embargo, la instalación de una unidad de medición de energía térmica no genera ahorros!

Si instala una unidad de medición de calor y al mismo tiempo asume que ahora ha llegado la felicidad, ¡esto es un completo engaño! Para ahorrar dinero, es necesario que la compañía de suministro de calor comience a cobrar menos, de hecho, "según el medidor". Para esto es necesario tomar datos del medidor y transferirlos a la red de calefacción ! ¡Esto es lo que te ahorrará dinero!