CAT COSTA CALDURA ?

(lei 1999)

Unitati de masura ale energiei:

1 kW× h = 103 W × 3,6 × 103 s = 3,6 × 106 J

=> 600 lei / kWh

Cat gaz metan (putere calorica q = 35,5 MJ/m3) trebuie ars pentru a produce 1 kWh?

V= Q/q = 3,6·106 J / (35,5·106 J/m3 ) = 0,101 m3 CH4

1 m3 CH4 => 900 lei / m3 => 35,5× 106 J/m3

Cat costa ?

=> 0,101 m3 CH4 / kWh x 900 lei /m3 CH4 @ 91 lei / kWh

1 G cal = 109 cal = 4,18·109 J (=1,16 × 103 kW× h)

=> 270 000 lei / Gcal

Cat gaz metan (putere calorica q = 35,5 MJ/m3 ) trebuie ars pentru a produce 1 Gcal ?

V= Q/q = 4,18 × 109 J/(35,5× 106 J/m3 )= 117,88 m3 CH4 .

Cat costa ?

=> 117,88 m3 CH4 / kWh x900 lei /m3 CH4 @ 106 092 lei / Gcal

CONDUCTIA CALDURII

Avem o bara de lungime L si sectiune S, cu un capat la temperatura mare T1 si celalalt capat la temperatura mica T2 . Prin bara va trece un flux termic (caldura transportata in unitatea de timp) PT direct proportional cu aria sectiunii barei S si diferenta de temperatura D T=T1 - T2 dintre capetele barei si invers proportional cu lungimea ei L :

PT = l × S ×D T/L (1)

unde l este o constanta de proportionalitate care depinde de materialul din care este executata bara , numita conductivitate termica . Unitatile de masura sunt :

[PT]SI = [dQ/dt]SI = J/s = W

[l ]SI = W/(m× oC)

unde gradele pot fi Celsius sau Kelvin fiindca in definitia conductivitatii termice apare doar diferenta de temperatura. Se poate stabili o relatie asemanatoare cu legea lui Ohm din electricitate:

RT = D T/PT (2)

unde:

Exemple numerice

Stiind conductivitatea termica a caramizilor l = 0,8 W/(m K) unui zid cu inaltimea H=3m, lungimea l = 5m si grosimea g=0,4m , sa se afle rezistenta termica a lui :

RT = g/(H × l × l ) = 1/30 oC/W @ 0,033 oC/W

Ce flux termic se pierde prin acest perete iarna cand temperatura afara este text = - 10 oC , iar in camera avem tint = 20 oC ?

PT = D T/RT = (tint - text)/RT = 30 oC / 0,033 oC/W = 900 W

Ce energie se consuma timp de o luna din aceasta cauza ?

Q = PT × t = 900 W × 30 zile × 24 h/zi × 3600 s/h =

= 900W x 2,592 106 s = 2,3328 109 J

Cat gaz metan (putere calorica q = 35,5 MJ/m3 ) trebuie ars pentru a produce acesta energie ?

Q = q× V =>

V = Q/q = 2,3328 × 109 J/(35,5× 106 J/m3 )= 65,7 m3 CH4

Care este rezistenta termica a unui strat de vata minerala cu grosimea de g'=3 cm si conductivitatea termica l = 0,05 W/(m K) aplicat pe perete (H=3m, l=5m) ?

RT' = g'/(H× l ×l ) = 0,04 oC/W

Ce flux termic se pierde iarna cand temperatura afara este text = - 10 oC , iar in camera tint = 20 oC prin acest perete izolat termic?

PT = D T/(RT + RT') = (tint - text)/(RT + RT') =

=30 oC / 0,0733 oC/W = 409,1 W

Concluzie

? 3 cm de vata minerala (polistiren expandat,etc.)

izoleaza termic mai bine decat

? 40 cm de perete din caramida !

Pierderile de caldura sunt reduse la jumatate, implicit costurile !
 
Material Cond. termica Densitate  Cald.specif. Cald. vol
  [W/(m K)] [kg/m3] [J/(kg K)] MJ/(m3K)
Zidarie 0,8 1700 880  
Caramida 0,8 1900 880 1,64
Lemn 0,3 820 2390  
Cauciuc 0,15 1200 1380  
Vata sticla 0,05 200    
Pluta 0,05 190    
Aer 0,025 1,21    
Bitum 0,09      
Apa 0,58 1000 4185 4,185

SISTEMELE DE INCALZIRE CU ACUMULARE DE CALDURA (sobele) acumuleaza caldura prin incalzirea caramizilor din corpul sobei.

Stiind densitatea caramizilor d= 1900kg/m3 si caldura lor specifica C=0,88kJ/(kg.grd) putem calcula capacitatea calorica volumica (cantitatea de caldura necesara incalzirii cu un grad a unui metru cub din acel material):

Qv= d.c = 1,64 MJ/(m3.grd)

Apa ca mediu de acumulare (d=1000kg/m3, C=4,185kJj/(kg.grd) are capacitatea calorica volumica de 2,55 ori mai mare decat caramida :

Qv = d.c = 4,185MJ/(m3.grd)

O soba tipica (l=L=0,5m si H=2m) cu volumul

V = l x L x H = 0,5 m3

si masa m = d.V = 950 kg,

incalzita de la 200C la 900C ( Dt = 90 - 20 = 700C) acumuleaza energia

Q =V·Qv·Dt = 57,4 MJ.

O soba cu apa cu volumul jumatate (l=L=0,5m si H=1m) are masa 250kg si va acumula:

Q=V.Qv. Dt = 0,25 . 4,185 . 70 = 73,2 MJ

cu 27% mai multa caldura decat o soba clasica.