Contabilização de energia térmica para "Dummies". o que é energia térmica

Várias tecnologias e materiais de construção têm suas próprias vantagens e desvantagens. Assim, por exemplo, uma casa construída em tijolo clássico está associada à confiabilidade para muitos. Mas e se considerarmos em termos de eficiência energética? Nesse caso, o tijolo não ocupará uma posição de liderança.

Para resolver o problema da eficiência térmica dos edifícios, começaram a ser utilizados vários tipos e qualidades de aquecedores. Começando com espuma isolante de calor, que pode ser simplesmente aplicada em certas seções da parede de uma casa existente, terminando com módulos de parede totalmente eficientes em termos de energia. Obviamente, as tentativas de isolar uma casa existente trarão alguns resultados, mas não serão suficientemente eficazes, inclusive do ponto de vista financeiro. Portanto, surgiram soluções baratas na forma de painéis, inicialmente equipados com isolamento. Estes são painéis sanduíche, que são isolamento de espuma (poliestireno) colado entre placas DSP ou isolamento fibroso (por exemplo, lã mineral) embutido na estrutura de uma parede de madeira.

Mais recentemente, a ideia de usar um painel de parede foi refinada. Como resultado, casas com eficiência energética começaram a ser construídas a partir de módulos de parede herméticos completos. O isolamento com uma baixa condutividade térmica recorde é cultivado dentro dos módulos diretamente na fábrica.

A vantagem de usar módulos de parede como parte de uma unidade de construção energeticamente eficiente é a sua capacidade de bloquear melhor a transferência de energia térmica do exterior para o interior e vice-versa. Para aprender a distinguir Materiais de construção de acordo com eles propriedades termofísicas, além de entender por que os módulos de parede energeticamente eficientes funcionam melhor do que os painéis sanduíche, analisaremos todos os mecanismos possíveis para distribuição de calor.

A energia térmica pode ser transferida através de apenas três mecanismos: convecção, condução de calor e radiação térmica.

Convecção térmica ocorre quando moléculas quentes se movem de um lugar para outro. A tendência do ar quente subir é o motor da convecção térmica natural. Condutividade térmicaé a transferência de energia térmica de uma molécula para outra. Cada molécula pode não mudar sua posição no espaço, mas a energia será transferida. Uma molécula quente (maior energia) pode transferir parte de sua energia para uma molécula vizinha se esta estiver menos aquecida (tem menos energia). Grosso modo, quanto mais denso o material, mais mais moléculas estão em contato uns com os outros, o que significa mais oportunidades de condutividade térmica. radiação térmica(ou energia de radiação) é uma forma de radiação eletromagnética intimamente relacionada à luz visível. infravermelho radiação eletromagnética, mas se propaga exatamente da mesma maneira que a luz visível se propaga: através do vácuo, através da atmosfera, através da água e através de alguns sólidos, incluindo aqueles que são opacos à luz visível. Assim, o Sol amadurece a Terra através de 150 milhões de quilômetros de vácuo, onde não há processo de confecção nem condução de calor. Em temperaturas acima do zero absoluto (-273 C), qualquer matéria irradia alguma energia. Esses três mecanismos geralmente funcionam juntos. Por exemplo, o ar em uma fornalha é aquecido por condução e radiação, difunde-se por um edifício por convecção e aquece objetos mais frios por condução e radiação.

Agora vamos ver os painéis e módulos de parede.

Dentro dos módulos e painéis de parede existe um aquecedor, que por sua natureza é uma substância leve espumosa. Duas conclusões decorrem disso. "Espumado" significa poucas moléculas em contato - baixa condutividade térmica, “leve” significa que é bom refletor para radiação térmica. Devido à reflexão, a energia da radiação não é acumulada, armazenada ou transmitida. Mas o painel “sanduíche” não é hermético por seu design, devido ao qual a água e o ar penetram no painel, o que significa não há bloqueio do processo de convecção. Assim, o calor é dissipado por convecção. Mas a água e o ar não podem passar por um módulo de parede completamente selado, e é por isso reduz a possibilidade de convecção. Quanto mais hermético o módulo, menor a importância dos processos acima.

Isso significa que o calor do sol fica fora do prédio quando você tenta resfriar a sala no verão. No inverno, todo o calor acumulado na casa fica dentro e não sai.

O que é energia térmica?

Energia é a capacidade de um corpo realizar trabalho. Distinguem-se os seguintes tipos: elétrico, mecânico, gravitacional, nuclear, químico, eletromagnético, térmico e outros.

A primeira é a energia dos elétrons que se movem ao longo da cadeia. Muitas vezes é usado para obter mecânica com a ajuda de motores elétricos.

A segunda se manifesta no movimento, na interação de partículas e corpos individuais. deformações durante a tração, flexão, torção e compressão de corpos elásticos.

A energia química resulta entre as substâncias. Pode ser liberado na forma de calor (por exemplo, durante a combustão), bem como ser convertido em energia elétrica (em baterias e

Eletromagnético se manifesta como resultado do movimento de campos magnéticos e elétricos na forma de ondas infravermelhas e de rádio, etc. A nuclear está contida em substâncias radioativas e é liberada como resultado da fissão de núcleos pesados ​​ou da síntese de pulmões. Gravitacional - energia, que se deve à gravidade de corpos maciços (gravidade).

A energia térmica surge em conexão com o movimento caótico de moléculas, átomos e outras partículas. Pode ser liberado como resultado de ação mecânica (fricção), química ou nuclear (fissão nuclear). A maior parte da energia térmica vem da combustão. vários tipos combustível. É usado para aquecimento, evaporação, aquecimento e outros processos tecnológicos.

A energia térmica é uma forma de energia resultante da vibrações mecânicas elementos estruturais de qualquer substância. O parâmetro que permite determinar a possibilidade de utilizá-lo como fonte de energia é o potencial energético. Pode ser expresso em quilowatts (térmicos) horas ou em joules.

As fontes de energia térmica são divididas em:

• primário. As substâncias possuem o potencial energético devido a processos naturais. Tais fontes incluem oceanos, mares, combustíveis fósseis, etc. As fontes primárias são divididas em inesgotáveis, renováveis ​​e não renováveis. Os primeiros incluem águas termais e substâncias que podem ser usadas para obter energia termonuclear, etc. O segundo inclui a energia do sol, vento, recursos hídricos. Outros ainda incluem gás, petróleo, turfa, carvão, etc.;
• secundário. São substâncias cujo potencial energético depende diretamente das atividades das pessoas. Por exemplo, trata-se de emissões de ventilação aquecida, resíduos urbanos, transportadores de calor residual quente da produção industrial (vapor, água, gás), etc.

A energia térmica é atualmente produzida pela queima de combustíveis fósseis. As principais fontes são o petróleo bruto, carvão, que fornece 90% do consumo total de energia. No entanto, o uso de energia nuclear está aumentando a cada dia.

Fontes renováveis ​​quase nunca são usadas. Isso se deve à complexidade da tecnologia para convertê-los em energia térmica, bem como ao baixo potencial energético de alguns deles.

A energia térmica surge como resultado da interação de fótons infravermelhos com elétrons externos. Os últimos absorvem fótons e movem-se para órbitas distantes do núcleo. Assim, o volume da substância aumenta. A energia térmica é transferida através de fótons infravermelhos. Em particular, os fótons, quando moléculas e átomos colidem entre si, saltam da zona de maior concentração de portadores de energia térmica para as zonas onde ela é reduzida.

A energia térmica pode ser expressa na fórmula: ΔQ = c.m.ΔT. C - significa calor específico matéria, m é a massa do corpo e ΔT é a diferença de temperatura.

O sistema de medição de calor há dois séculos era baseado na ideia de que a energia térmica é armazenada, não desaparece em nenhum lugar, mas apenas se move de um lugar para outro. Ainda usamos as seguintes regras:

Para medir a quantidade de calor, vamos fazer aquecer a água e multiplicar a massa de água pelo incremento de temperatura. Se a massa for tomada em kg e a diferença A (temperaturas) estiver em graus Celsius, o produto será calor em Cal ou kcal.

No transferência de energia térmica alguma outra substância, então primeiro a massa deve ser multiplicada pelo aumento de temperatura, como para a água, e então o resultado deve ser multiplicado pelo "calor específico" da substância.

Para medir a energia térmica liberada por uma certa quantidade de combustível, é necessário um dispositivo especial para queimar a amostra e transferir o calor resultante sem perda perceptível para a água. Quase todos os tipos de combustível foram submetidos a testes semelhantes. A amostra pesada, via de regra, juntamente com o oxigênio comprimido, era colocada em uma bomba de metal espesso, que era imersa em um recipiente com água. Em seguida, a amostra foi queimada com eletricidade e o aumento de temperatura da água foi medido. Junto com a água, a bomba com todo o seu conteúdo também esquentou; isso tinha que ser levado em consideração.

Energia térmica e moléculas

Qualquer tentativa bem-sucedida de transferir energia para um gás o aquece, aumentando a pressão (volume). NO teoria cinética associamos isso a um aumento na energia cinética de moléculas que se movem aleatoriamente. A energia térmica de um gás é simplesmente energia cinética em escala molecular. O mesmo pode ser dito para líquidos e sólidos com a única ressalva de que é preciso levar em conta a energia cinética de rotação das moléculas e a energia de suas vibrações.

Imagine uma bala que atinge um obstáculo com grande velocidade e, devido ao atrito, fica presa nele. Nesse caso, a energia cinética da bala é transferida para as moléculas do ar e da madeira circundantes, dando-lhes movimento adicional. Enorme energia cinética desaparece e energia térmica aparece em seu lugar. Se assumirmos que o calor é uma energia cinética "socializada", então a riqueza, que consiste em uma enorme quantidade de energia cinética ordenada, é distribuída entre todas as moléculas que se movem aleatoriamente - "dignas" e "indignas". Quando uma bala de chumbo atinge uma parede, a maior parte de seu rico estoque de energia cinética é convertida em energia vibracional de átomos de chumbo individuais e da parede; a energia de um exército treinado degenera em uma multidão desordenada.

Em qualquer discussão sobre questões relacionadas ao uso de energia, é necessário distinguir entre energia térmica (a energia do movimento caótico) e a energia do movimento ordenado, conhecida na tecnologia como energia livre. Portanto, a energia cinética de uma bala voadora é a energia de um movimento ordenado - tudo está contido na piscina. Chamamos de energia livre porque pode ser transformada em energia potencial em sua totalidade; Para fazer isso, você só precisa atirar verticalmente para cima! A energia de deformação também é ordenada, e também a chamamos de energia livre, porque a mola pode gastá-la levantando a carga. Quase toda a energia química é gratuita, assim como a energia elétrica e a energia da radiação de alta temperatura. Qualquer uma dessas formas de energia permite que você use toda a energia. A energia térmica caótica tem uma desvantagem significativa. Não importa quais truques façamos, apenas uma parte do calor pode se transformar em energia mecânica.

Isso se deve ao fato de que, mesmo no melhor dos máquinas concebíveis para converter calor em energia mecânica, parte do calor é transferido para o refrigerador. Caso contrário, a máquina não conseguirá repetir o ciclo de trabalho. Não somos capazes de ordenar completamente o movimento aleatório das moléculas, transformando sua energia em livre. Algum caos sempre permanecerá. Um experimento mental com uma máquina térmica ideal diz que a proporção máxima de calor que pode ser usada é (T1-T2) / T1, onde T1 é a temperatura absoluta do “aquecedor”, ou caldeira, e T2 é a temperatura absoluta de a geladeira da máquina (sobre o significado de temperatura absoluta, veja o capítulo 27). Sim, vapor sob alta pressão com uma temperatura de 500 ° K (227 ° C), transformando-se em água com uma temperatura de 300 ° K (27 ° C), pode dar uma eficiência não superior a (500-300) / 500 ou 40% Tal máquina a vapor deveria desperdiçar, além das perdas reais, 60% de seu calor.

A partir disso, torna-se bastante óbvio que energia térmica e os motores térmicos são o gargalo da energia moderna. Todas as máquinas estão envolvidas em contínuo produção de energia térmica, e sua ejeção em meio Ambiente. Além disso, se é perfeitamente possível resolver os problemas de conversão eficiente em energia elétrica melhorando os semicondutores e as nanotecnologias, então o problema da baixa eficiência de um motor térmico não pode ser resolvido.

A eficiência máxima é (T1-T2)/T1, ou 1-(T2/T1). Portanto, quanto maior T1 (ou menor T2), mais próxima a eficiência está da unidade. Para reduzir custos, as usinas estão tentando fazer com a temperatura mais alta possível T1 do aquecedor ou caldeira. Sérias limitações surgem quando o óleo começa a queimar e o metal começa a derreter. A temperatura T2, com fornecimento constante de calor, não pode ser inferior à temperatura ambiente por muito tempo. Na prática, não temos como usar energia química ou atômica diretamente. Devemos primeiro convertê-lo em energia térmica e só depois não podemos evitar grandes perdas térmicas.

Por mais paradoxal que pareça, mas o mesmo raciocínio baseado em experimentos mentais diz que quando surge outra necessidade - obter calor de energia livre, ou seja, quando queremos aquecer um apartamento com eletricidade, podemos alcançar alta eficiência (k.p. d.).

Usando energia livre, com a ajuda de uma pequena máquina, podemos “bombear” energia térmica de uma rua fria para uma sala quente. Em essência, tal bomba de calor para consumo de energia térmica pode servir uma geladeira virada do avesso, cujo congelador fica fora da sala.

Ao usar a luz solar, o carvão ou a água para fazer trabalhos úteis, como alimentar lâmpadas elétricas, operar um torno mecânico ou bombear água morro acima, etc., voltamos repetidamente à energia térmica como um subproduto quase inevitável (devido à fricção) e o produto final mais provável. Quando a luz da lâmpada é absorvida pelas paredes, a máquina corta o metal ou a água volta para o oceano, a energia originalmente recebida do combustível, ao final, é totalmente convertida em calor. E se estivéssemos lidando com calor no início, então no estágio final haverá uma temperatura mais baixa. É praticamente inadequado para uso posterior. Você pode, é claro, chegar a outro fim - deixar a luz irradiar para o espaço interestelar, a máquina torcer a nascente e deixar a água no topo da colina, mas, via de regra, o produto final ainda é energia térmica . (Toda a energia da combustão da gasolina em todos os carros do mundo no ano passado passou, em última análise, para aquecer o ar e a terra - é assim que acontece).

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Não darei uma definição de dicionário aqui. energia térmica . Vou tentar explicar tudo nos dedos. O artigo não é para especialistas.

Pense no que é diferente água quente do frio, o que afeta a temperatura da água?

Difere na quantidade de calor contida nele. Este calor, ou seja, energia térmica, não pode ser visto ou tocado, apenas sentido. Qualquer água com uma temperatura superior a 0°C contém uma certa quantidade de calor. Quanto maior a temperatura da água (vapor ou condensado), mais calor ela contém.

O calor é medido em calorias, em Joules, em MWh (Megawatts por hora), não em graus °C.

Como as tarifas são aprovadas em hryvnia por Gigacalorie, usaremos Gcal como unidade de medida.

Assim, a água quente é constituída pela própria água e pela energia térmica ou calor (Gcal) nela contida. A água parece estar saturada de gigacalorias. Quanto mais Gcal na água, mais quente ela fica. Às vezes, a água quente é chamada de portadora de calor, ou seja, traz calor.

Nos sistemas de aquecimento, o refrigerante (água quente) entra no sistema de aquecimento em uma temperatura e sai em outra. Ou seja, ele veio com uma dose de calor e saiu com outra. O refrigerante libera parte do calor para o ambiente por meio de radiadores de aquecimento. Por essa parte, que não voltou ao sistema, e que é medida em Gcal, alguém tem que pagar

Em caso de abastecimento de água quente (ou pico no sistema de aquecimento), consumimos toda a água e, consequentemente, todos os 100% Gcal nela contidos, não devolvemos nada ao sistema.

Assim, ao instalar unidades de medição em um prédio de apartamentos ou em uma casa particular, pagaremos diretamente pelo calor consumido (Gcal) por nossas instalações. Se não houver dispositivo de medição, será cobrado o valor do calor que consumimos. por tarifa". Além disso, esse "na taxa" pode ser várias vezes maior do que a quantidade de calor realmente consumida por nós. É por isso que hoje, mais do que nunca, surge a questão da instalação de unidades de medição de energia térmica.

O que é contabilidade de energia térmica.

Uma unidade de medição de energia térmica é um complexo de dispositivos, por isso é chamada de nó.

Tecnicamente é assim. Os seguintes são cortados nas tubulações das redes de aquecimento (no abastecimento, no retorno, na rede de AQS):

• medidores de vazão - medem a quantidade de refrigerante passada;
• sensores de temperatura - medem a temperatura do refrigerante;
• e (nem sempre) sensores de pressão - medem a pressão em tubulações.

Os aparelhos precisam ser alimentados com algum tipo de tensão, autônoma ou rede elétrica, dependendo do tipo de aparelho.

Esses dispositivos devem ser inseridos o mais próximo possível da fronteira do balanço (BP) e responsabilidade operacional (EO), ou seja, para o local onde suas redes começam. O contrato de fornecimento de calor deve ter um ato ou anexo apropriado.

Se os dispositivos não travarem na fronteira do BP e EO, a empresa de fornecimento de calor calcula as perdas de calor na seção de redes de calor da fronteira do BP até o local de instalação dos dispositivos de registro para cada tubulação, levando em consideração o método de assentamento (subterrâneo / solo), o diâmetro da rede e a presença de isolamento térmico das tubulações.

O pagamento por perdas de calor é cobrado além das leituras da unidade de medição de calor pelo método de saldo. Na fatura para pagamento, eles geralmente são alocados em uma linha separada. Em algumas empresas de fornecimento de calor, as perdas de calor não são levadas em consideração, elas são calculadas de acordo com as leituras do medidor de calor.

A partir de medindo instrumentos os fios enviam sinais para um registrador de calor, ou um medidor de calor, ou um medidor de calor, como você preferir. O registrador de calor registra os dados em sua memória e armazena em seu arquivo um período determinado pelo fabricante.

Por exemplo, leituras horárias podem ser armazenadas nos últimos 15 dias, leituras diárias nos últimos 45 dias, leituras mensais nos últimos 12 meses.

Com base nesses dados, o registrador de calor calcula matematicamente o Gcal, pelo qual pagamos.

No entanto, a instalação de uma unidade de medição de energia térmica não leva a economia!

Se você instalar uma unidade de medição de calor e ao mesmo tempo presumir que agora a felicidade chegou - isso é uma ilusão completa! Para economizar, é necessário que a empresa de fornecimento de calor comece a cobrar menos, de fato, “segundo o medidor”. Para isso é necessário pegue os dados do medidor e transfira-os para a rede de aquecimento ! Isso é o que vai economizar dinheiro!