CAT COSTA CALDURA ?

CAT COSTA CALDURA ?

(lei 1999)

Unitati de masura ale energiei:

1 kW h = 10³ W 3 10³ s = 3,6 10⁶ J

=> 600 lei / kWh

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

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

1 m³ CH₄ => 900 lei / m³ => 35 10⁶ J/m³

Cat costa

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

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

=> 270 000 lei / Gcal

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

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

Cat costa

=> 117 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) P_T 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 :

P_T = 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

[P_T]_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:

R_T = D T/P_T (2)

unde:

• R_T = L/(S ×l ) este rezistenta termica [R_T]_SI = ^oC/W ;
• D T este diferenta de temperatura, echivalentul diferentei de potential ;
• P_T este curentul (fluxul) termic, echivalentul curentului electric din legea lui Ohm .

Exemple numerice

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

R_T = 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 t_ext = 10 ^oC iar in camera avem t_int = 20 ^oC ?

P_T = D T/R_T = (t_int t_ext)/R_T = 30 ^oC / 0,033 ^oC/W = 900 W

Ce energie se consuma timp de o luna din aceasta cauza

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

= 900W x 2,592 10⁶ s = 2 10⁹ J

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

Q = q V =>

V = Q/q = 2 10⁹ 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 W/(m K) aplicat pe perete (H=3m, l=5m) ?

R_T' = g' H l ×l ) = 0,04 ^oC/W

Ce flux termic se pierde iarna cand temperatura afara este t_ext = 10 ^oC iar in camera t_int = 20 ^oC prin acest perete izolat termic?

P_T = D T R_T + R_T') = (t_int t_ext)/(R_T + R_T') =

=30 ^oC / 0 ^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
 

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):

Q_v= d.c = 1 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 :

Q_v = 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 m³

si masa m = d.V = 950 kg,

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

Q =V·Q_v·Dt = 57 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 . 70 = 73 MJ

cu 27% mai multa caldura decat o soba clasica