HŐTA N ( T E R M O D I N A M I K A )

Műszaki alapismeretek, szakmai ismeretek

Hőtan (Termodinamika)

HŐTAN (TERMODINAMIKA) A hőtan (termodinamika) hőjelenségekkel, a hőenergia áramlásának törvényszerűségeivel foglalkozik. (A lefolyási folyamatok egyszerűsítése végett, bevezették a folyamatok modellhasonlósági vizsgálatát, melyből általános törvényszerűségeket állapítottak meg.) Hő: Energia, a molekulák és az atomi részek mozgási energiája. Az energia növelésével az anyag fázisváltásokon – halmazállapot változásokon – megy át. Hőmérséklet: A hő viszonylagos minőségi meghatározása. A viszonyítás történhet az abszolút nulla fokhoz, mint például a Kelvin skála kiinduló pontja, vagy például a víz fagyás és forráspontja közötti tartomány száz egyenlő részre osztásával (Celsius skála). Átszámítás: oC = K – 273 Hőmennyiség: A hőenergia viszonylagos mennyiségi meghatározása. Amikor az anyag melegszik hőt vesz fel, ha hűl, akkor hőt veszít. Az anyagokban a hőhatásra hőtartalom-változás történik. A nagyobb mennyiségű anyag melegítéséhez több energia kell. A különböző anyagok hőtartalmának növeléséhez eltérő mennyiségű energia szükséges. Minél nagyobb a hőmérséklet változása, annál nagyobb lesz a hő mennyiségi növekedése. Így felírható a hő mennyisége melyet a felmelegítésre fordítanak: Q = m * c * (te – ti)

[kJ] = [kg] * [kJ/kgK] * [K]

Q = hőmennyiség [kJ]

Víz folyadék fázisban: c = 4,19 kJ/kgK

m = tömeg (mennyiség) [kg]

Vízgőz illetve víz-jég: c = 2,05 kJ/kgK

c = fajhő [kJ/kgK]

Ammónia: c = 4,73 kJ/kgK

te = érkezési hőfok, melegítés végén [K] ti = indulási hőfok, melegítés kezdetén [K]

Olajok: c = 1,7…2,5 kJ/kgK Hidrogéngáz: c ~ 10…14 kJ/kgK

Fajhő: Az a hőmennyiség, amely valamely 1 kg anyag 1 K [oC] felmelegítéséhez szükséges. (c = ↑) Hőáram: A hőenergia időegységre – általában 1 órára – vonatkoztatott mennyiségi meghatározása. (Tulajdonképpen hőteljesítmény: azaz mennyi hő áramlik időegység alatt a melegebb helyről a hidegebb helyre, miközben persze a hő kiegyenlítődése megy végbe.) Q’ = m’ * c * (te – ti)

Q’ = hőáram [kJ/óra]

[kJ/óra] = [kg/óra] * [kJ/kgK] * [K]

m’ = tömegáram [kg/óra]

Építőipari, Faipari Szakképző Iskola és Kollégium, Kaposvár Cseri út 6.

1


Hőtan (Termodinamika)

Hőterjedés: A hő terjedésének ismert módjai: hővezetés, hőáramlás, hősugárzás. Hővezetés: a hő terjedésének az a módja, amikor az anyag különböző hőmérsékletű részecskéi úgy idéznek elő, hogy helyüket nem változtathatják. Nagyobb energiájú rezgések addig adódnak át, míg az összes részecske rezgése (hőenergiája) azonos nem lesz. Szilárd fázis állapotú (halmazállapotú) anyagokban a hő terjedésének jellemző módja. A hővezetési tényező, jele: λ (lambda) anyagminőségtől függ. Azt fejezi ki, hogy óránként mennyi hő vezetődik át 1 m2-nyi keresztmetszetű és 1 m vastag anyagon 1 K (1 oC) hőmérsékletkülönbség mellett. Q’ = λ / δ* A * ∆t Hőáramlás (konvekció): a hő terjedésének az a módja, amikor az anyag különböző hőmérsékletű

részecskéi

úgy

idéznek

elő,

hogy

helyüket

változtathatják.

A

hőmérsékletkülönbség sűrűségkülönbséggel jár, – a melegebb kisebb sűrűségű részecskék elmozdulnak, hőtartalmukat is magukkal viszik, helyükbe hidegebb alacsonyabb sűrűségű részecskék áramlanak. Folyadék vagy gáz fázis állapotú (halmazállapotú) anyagokban a hő terjedésének jellemző módja. Az áramló folyadék vagy gáz valamilyen szilárd felülettel érintkezve annak hőt tud átadni. A hőátadási tényező, jele: α (alfa) anyagminőségtől függ. Azt fejezi ki, hogy óránként mennyi hő adódik át 1 m2-ny felületről 1 m2 felületre 1 K (1 oC) hőmérsékletkülönbség mellett. (Értékét a fal mellett áramló közeg sebessége is befolyásolja.) Q’ = α * A * ∆t Hősugárzás: a hő anyaghoz nem kötött terjedési módja, amikor felületről felületre elektromágneses formában sugárzódik a hő, miközben a közbenső közeget alig vagy nem (világűr) melegíti fel. A sötét és érdes felületek kisugárzása nagyobb, mint a világos, fényes felületeké. A sugárzó képesség a felületi hőmérséklet emelkedésével rohamosan nő. A hősugárzási tényező, jele: αs (alfa s) anyagminőségtől függ. Azt fejezi ki, hogy óránként mennyi

hő

sugárzódik

át

1

m2-nyi

keresztmetszetű

felületről

1

K

(1

o

C)

hőmérsékletkülönbség mellett. Q’ = αs * A * ∆t Hőátbocsátás: A gyakorlatban ritkán valósul meg önállóan hővezetés vagy hőáramlás. A hőátbocsátás a hő terjedésének ismert összetett módjai: hővezetés és hőáramlás együtt. A hő a melegebb folyadékból valamilyen szilárd falon keresztül jut valamely más folyadékba vagy gázba.


2


Hőtan

Például: -

Fűtővíz mint hőleadó közeg → radiátorfal → szoba belső levegője

-

Forró füstgáz, mint hőleadó közeg → kazánfal → fűtővíz, mint hőfelvevő közeg

-

Forróvíz, mint leadó közeg→ hőcserélő fal → használati melegvíz, mint felvevő közeg

-

Fűtött szoba meleg levegője → falszerkezet → külső hideg levegő stb.

λ

ti

Q’ = A* αi [ ti – tfi] tfi

αi Q’

Q’ = A* λ / δ [ tfi – tfe]

Q’

A

Q’ = A* αe [ tfe – te]

αe

tfe

te

Q’ = A* k [ ti – te]

δ

(A hőátbocsátás alapképlete)

1

k=

[W / m2 K]

1 + λ + 1 αi δ αe

k = hőátbocsátási tényező. Azt fejezi ki, hogy mennyi hőt bocsát át 1 m2 felületen 1 óra alatt, ha a két oldalán levő közeg közt 1 K hőmérsékletkülönbség van. Réteges falszerkezet esetén összegezni kell a λ / δ értékeket, azaz Σ λ / δ Példa: 2

2

Lásd Σ λ / δ alább, - (hőátadás αi = 23 w/m K és αe = 8 w/m K értéke levegőre): λ1 = 0,7 WmK

1. 1,5 cm belső vakolat

k=

2. 24 cm mészhomok tégla

λ2 = 0,5 W/mK

3. 6 cm hőszigetelő anyag

λ3 = 0,04 W/mK

4. 1 cm műanyagvakolat

λ4 = 0,7 WmK 1

1 23

+

0,7

+

0,015

0,5 0,24

+

2

0,04 0,06

+

0,7 0,01

+

1

= 0,45 W/m K

8

Magyarországon az épületekre előírt hőátbocsátási tényező (hőtechnikai követelmény): -

a falszerkezetre (külső falra) k ≤ 0,7 W/m2K

-

tetőre illetve padlásfödémre k ≤ 0,4 W/m2K

-

minden egyes homlokzat átlagára (fal és nyílászárók együtt) k ≤ 2,0 W/m2K


3


Hőtan

Hőszükséglet-számítás: 04.140/3-92 A fűtési hőszükséglet-számítás célja annak az energiaáramnak a meghatározása, amely az adott éghajlati területen várható átlagosan szélsőséges időjárási feltételek mellett az előírt belső hőmérséklet kielégítő biztonságú fenntartásához szükséges és elégséges. Fogalmak: Belső hőmérséklet: a helyiség jellemző pontjában mért eredő hőmérséklet Előírt

belső

hőmérséklet:

konvekciós

fűtés

helyiségének

típusától

függően

előírt

hőmérséklet; például előszobára + 16 oC, szobára +20 oC, fürdőszobára +24 oC (Minimum!) Hőérzeti helyesbítések: a helyiség lehűlő felületeinek számától, üvegezési arányuktól függően alkalmazandó helyesbítések; például 2…3 lehűlő felület, ebből 2 üvegezett, üvegezési arány >50%, - így +3 oC szobára, azaz összesen 23 oC a belső méretezési hőfok. Méretezési külső hőmérséklet: -11 oC (Dél-Dunántúl); -13 oC; -15 oC (Észak-Magyarország) Külső transzmissziós energiaáram: a helyiség egyes külső határoló szerkezetein (falakon és nyílászárókon) a helyiségből a környezetbe jutó energiaáramok algebrai összege. Belső transzmissziós energiaáram: a helyiség egyes belső határoló felületein (falakon és nyílászárókon) a helyiségből a környezetbe jutó energiaáramok algebrai összege. Napsugárzásból adódó hőterhelés: a helyiség egyes határoló szerkezetein (falakon és nyílászárókon) jutó napsugárzás hatására a helyiségbe direkt és szórt sugárzás, hővezetés, hőátadás és hosszúhullámú sugárzás révén jutó energiaáramok összege. (Benapozás!) Filtrációs hőszükséglet: a helyiség jutó levegőáramnak az előírt hőmérsékletre való felmelegítéshez szükséges, a fűtőberendezés által fedezendő energiaáram. Belső hőterhelés: emberek, élőlények és minden nem fűtési célú berendezés (világítás, elektromotor stb.) hőleadásából származó energiaáram összege. Fűtetlen terek hőmérséklete: amellyel számolni kell, így például zárt pince +5 o

o

o

C,

o

nyílászáróval rendelkező helyiség +3 C, padlástér -4 C, stb. (Fűtőhelyiség +20 C) Számítás elve: Q’HŐSZÜKSÉGLET = Q’KÜLSŐ TRANSZMISSZIÓ + Q’ BELSŐ TRANSZMISSZIÓ + Q’FILTRÁCIÓ +Q’ NAPSUGÁRZÁS

Q’KÜLSŐ TRANSZMISSZIÓ = ΣA*k*(ti – te) +Σ l* k*(ti – te) felület hővesztesége + a talajba irányuló hőáram vonalmenti hőveszteséggel számolva. Q’ BELSŐ TRANSZMISSZIÓ = ΣA*k*(ti – te) Q’ FILTRÁCIÓ = V’*ρbelépő*cbelépő*[ti – tbelépő] (a levegő térfogatárama * a belépő levegő sűrűsége * a belépő levegő fajhője* hőfok-különbség)


4


Hőtan

Számítás gyakorlata: lásd számítógépes programok (például Dunaferr – Bausoft)


5


Hőtan

5,00 m

Példa:

A szoba felülről és két oldalról körbe fűtött, lehűlő szerkezet az ablakkal ellátott falszerkezet és a padló! Napsugárzással nem számolunk, a légcsere 0,7-szeres. 21 oC

Külső fal k= 0,6 W/m2K Vonalmenti hőátbocsátás k= 1,5 W/m2K Külső ablak k= 2,6 W/m2K Belmagasság 2,70 m Ablak 1,50 * 2,00

4,00 m

Transzmissziós hőveszteség: Q’Transzmisszió = Σ A* k* ∆t Q’ Ablak = 1,5 m * 2,0 m * 2,6 W/m2K *[21oC-(-11 oC)] = ~ 250 W Q’ Fal-1 = [(4,0 m * 2,7 m) – (1,5 m * 2,0 m)] * 0,6 W/m2K* [21oC-(-11 oC)] = ~ 150 Q’ Fal-2 = (5,0 m * 2,7 m ) * 0,6 W/m2K* [21oC-(-11 oC)] = 259,2 W = ~ 260 W Q’ Padló = (4,0 m + 5,0 m) * 1m * 1,5 W/m2K* [21oC-(-11 oC)] = 432 W Transzmisszió összesen: Q’Transzmisszió = Q’ Ablak + Q’ Fal-1 + Q’ Fal-2 + Q’ Padló Q’Transzmisszió = ~250 W + ~150 W + ~260 W + 432 W = ~1092 W Filtrációs hőveszteség: Q’ = n* V*ρ*c* ∆t Q’ Szelőzés = 0,7 * 5,0 m * 4,0 m * 2,7m * 1,3 kg/m3 * 1kJ/kg * [21oC-(-11 oC)] = ~1573 kJ/óra Mivel 1 W = 3,6 kJ/óra, így átszámítva 1573 kJ/óra = ~437 W Összesített hőszükséglet: Q’ = Q’Transzmisszió + Q’ Szelőzés Q’ = ~1092 W + ~437 W = ~1529 W Megjegyzés: Egy épület hőszükségletének meghatározásakor az adott helyiség hőveszteségét hőleadóval (például radiátorral) hozzuk egyensúlyba, – a teljesítményt felfelé kerekítve – így a helyiség hőszükséglet a radiátor-kiosztás alapja. A radiátor kiosztásakor – teljesítményének meghatározásakor – ügyeljünk a helyiség belső hőmérsékletére! (Más és más a radiátor teljesítménye 18 oC-on, 20 oC-on vagy 22 oC-on.) Az összes helyiség hőveszteségét összegezve – lefelé kerekítve – az épület hővesztesége a kazán teljesítmény kiválasztásának alapja. (Termosztátszelepek esetén a hőleadók egy időben, egyszerre nem működnek teljes terheléssel!) Helytelen a radiátorok összteljesítménye alapján kazánt választani! (A radiátor-kiosztás felfelé kerekített.)


6


Hőtan

Hő okozta alakváltozások A hő energiája az anyag belsejében levő összetartó (kohéziós) erővel szemben feszítőerőt fejt ki. A hőtartalom változásakor a testek térfogata is változik, hevítéskor tágul, hűtéskor összehúzódik. Szilárd testek lineáris hőtágulása: ∆l = Lo * α * ∆t Példa: Egy acélcső távvezeték hossza 100 m, a szerelési hőmérséklet 15 oC, a vezeték üzemelési hőfoka maximum 130 oC, az acél lineáris (vonalas) hőtágulási együtthatója ~ 1,15*10-5 / oC ∆l = 100 m * 1,15*10-5/ oC * [130 oC – 15 oC] = 0,13225 m = 13,225 cm = 132, 25 mm Példa: Egy PE cső melegvízvezeték hossza 10 m, a szerelési hőmérséklet 5 oC, a vezeték üzemelési hőfoka maximum 65 oC, a PE lineáris (vonalas) hőtágulási együtthatója ~ 1,5*10-4 ∆l = 10 m * 1,5*10-4/ oC * [65 oC – 5 oC] = 0,09 m = 9 cm = 90 mm Példa: Egy rézcső fűtési vezeték hossza 5 m, a szerelési hőmérséklet 10 oC, a vezeték üzemelési hőfoka maximum 80 oC, a réz lineáris (vonalas) hőtágulási együtthatója ~ 1,7*10-5/ oC ∆l = 5 m * 1,7*10-5/ oC * [80 oC – 10 oC] = 0,00595 m = 0,595 cm = 5,95 mm Szilárd testek térfogati hőtágulása: ∆V = Vo * γ * ∆t Folyadékok térfogati hőtágulása: ∆V = Vo * γ * ∆t De a víznek +4oC-on a legnagyobb a sűrűsége, azaz akkor foglalja el a legkisebb térfogatot! Gázok : Állandó nyomáson térfogati hőtágulása: ∆V = Vo * γ * ∆t Állandó térfogaton tartva a nyomásváltozás a hőmérséklet megváltozására: ∆p = po * γ * ∆t Példa: Egy hegesztőpalack nyomása 20 oC-on po=16 bar, mennyire növekszik a gáz nyomása, ha a palackot a tűző napon felejtik, ahol az acélpalack 40 oC-ra hevül? ∆p = po * γ * ∆t behelyettesítve: 16 bar * 0,00367/ oC * 20 oC =1,174 bar a nyomás növekedése, azaz az eredetileg 16 bar-os palack 17,174 bar-os nyomású lesz! Egyidejűleg változik a hőmérséklet, a nyomás és a térfogat, akkor az egyesített gáztörvényt alkalmazva: ∆p ∆V = po Vo * γ * ∆t az összefüggés alakja.


7


Hőtan

Halmazállapot A test halmazállapota az őt alkotó részecskék - atomok, molekulák, ionok - mozgási energiájától és a köztük ható erőktől függ. A felosztás több ok miatt is önkényes, de használjuk. Amikor a hétköznapi életben „halmazállapot változást” említenek, akkor a szakemberek inkább fázisváltásról beszélnek, a fázisokban pedig az anyag szabadságfokára gondolnak! 1. Szilárd (-fázis)

A részecskék mozgási energiája kisebb, - így a részecskék helyhez kötöttek és csupán az egyensúlyi helyzetük körüli rezgésre vagy forgásra van módjuk.

A szilárd testek megtartják alakjukat, az a külső deformáló erőkkel szemben nagyon ellenállóak. A külső erőket ilyenkor belső rugalmas erők kompenzálják. (Ha a külső erő megszűnik, akkor a test - gyakorlatilag - visszanyeri eredeti alakját.) Amorf testek

A szilárd és a cseppfolyó halmazállapot közti átmeneti állapotot valósítják meg. Nagyon nagy viszkozitással rendelkező folyadékoknak tekinthetjük. Ilyen például a gyanta, a kátrány, az üveg stb. 2. Cseppfolyós (-fázis) A folyadékrészecskék mozgási energiája nagyobb, mint a részecskék közötti kötési energia, de kisebb, mint a molekulák közötti kohéziós erők energiája - így a részecskék egymáson viszonylag könnyen elcsúszhatnak.

A folyadékok nem rendelkeznek olyan magas fokú rendezettséggel, mint a szilárd testek, és nem rendelkeznek olyan nagyfokú rendezetlenséggel, mint a gázok. (Az alkotórészek közepes távolsága állandó - nem összenyomhatók, ám nincsenek helyhez kötve - így egymáson elcsúszhatnak, azaz folyhatnak.) Folyadékkristályok Hosszú szerves molekulákból állnak, melyek között lokális (helyi) rendezettség uralkodik. Optikailag kettős fénytörők. Fizikai tulajdonságaik a cseppfolyós és szilárd közötti összes átmenetet képviselik.


8


Hőtan

3. Légnemű (-fázis) A gáz alkotórészeinek mozgási energiája kisebb, mint a kötési energia, és a kohéziót messzemenően elhanyagoljuk. A részecskék teljesen rendezetlen – kaotikus – mozgást végeznek. A gáz sűrűsége a folyadékok vagy szilárd anyagok sűrűségének ~ ezredrésze. Az ideális gázban a részecskék pillanatnyi ütközéseken kívül nem fejtenek ki egymásra erőt. Szublimálás: szilárdból légneművé válva kihagyja mintegy a folyadék fázist. (Például a CO2). Gőz A cseppfolyósodási pontjához közel álló gáz, amely már folyadékcseppeket is tartalmaz. A telítetlen gőzök megközelítik az ideális gáz viselkedését. Kritikus pont: olyan hőmérséklet, amely fölött a gáz semmilyen nyomáson sem cseppfolyósítható, azaz csak gázállapot létezik. (Például H2O +374 oC és ~220 bar) 4. Plazma (-fázis) Az előző három halmazállapottal ellentétben már elektromosan nem semleges atomokból és molekulákból, hanem részben szabadon mozgó ionokból és elektronokból áll. Tulajdonságait nagyon bonyolult törvények írják le. Ilyen például a villám kisülési csatornája, a Nap csillag stb.

Megjegyzés: Adhézió: különböző anyagok részecskéi – molekulái – között fennálló vonzó hatású „intermolekuláris erő”. Kohézió: azonos anyag részecskéi – molekulái – között fennálló vonzó hatású „intermolekuláris erő”. ♦

Intermolekuláris erő: két molekula közötti elektromágneses erő. (Lásd az ábrát!) • • •

Távol nem hatnak Közelítve az egyik elektronjai vonzzák a másik atommagját Túl közel kerülve taszítják egymás elektronjai és atommagjai is egymást.

A nyíllal jelölt távolság szilárd testekben az úgynevezett rácsállandó, ~ ekkora távolságban egyensúlyba kerülnek a vonzó és taszító erők

♦

Nem „csak” töltések, hanem erőterek is, amit a mozgó részecskék keltenek.


9


Hőtan

Halmazállapot-változások (fázisváltások) 1. Olvadás, fagyás Olvadáskor a szilárd anyag - például jég – cseppfolyós állapotba megy át. Az olvadás folyamata a befektetett hőenergia hatására beindul, a jég hőmérséklete 0 oC-ig emelkedik, de a fázisváltás időtartama alatt hőmérsékletemelkedést már nem tapasztalunk, az energiaáram

a

szilárd

állapotú

részecskék

helyhez

kötött

rezgési

állapotának

felszabadítására irányul. (Miután az olvadás bekövetkezett a hőmérséklet tovább emelkedik.) A folyamat megfordítása a fagyás, dermedés. A jég/víz „latens” fázisváltási hője 335 kJ/kg. Egynemű anyagoknál, például színfémeknél az olvadás határozott hőmérsékleten következik be, így a o

o

o

vas 1537 C-on, a réz 1083 C-on, az alumínium 659 C-on olvad, illetve dermed meg. Az összetett anyagok, így az ötvözetek nem egy konkrét hőmérsékleten olvadnak, illetve dermednek meg.

2. Párolgás és forrás, lecsapódás A folyadékok csak a felszínükön, de minden hőfokon párolognak. A párolgás intenzitása több tényezőtől is függ, így például: -

A folyadék minőségétől, anyagától, hőmérsékletétől, (magasabb hőfokon gyorsabban párolog), páratartalomtól is függ, (a száraz levegőben könnyebben párolog), a légáramlás fokozza, szeles időben gyorsabb, felülettől függő, (minél nagyobb a felület, annál hatékonyabb a párolgás).

-

A felszínre nehezedő nyomás csökkenti, nagyobb nyomás alatt lassabban párolog stb.

A párolgás hőelvonással, vagyis a környezet lehűtésével jár. A folyadék intenzív melegítésekor már nem csak a felületen történik a párolgás, hanem a folyadék belsejében kialakuló buborékok határfelületén is párolog. A helyileg kialakuló buborékban növekszik a gőz nyomása, nagyobb lesz, mint a felette lévő folyadékoszlop hidrosztatikus nyomása, a felszínre kerül, azaz forr. Ez a hőmérséklet anyagminőségtől függő, de befolyásolja a folyadékfelszínre ható nyomás is!1 A forrásban lévő folyadék hőmérséklete az állandó melegítés hatására sem emelkedik, mert a közölt hő a részecskék közötti kohéziós és adhéziós erő illetve a külső légnyomás ellenében végzett munkához szolgáltatja az energiát. Ezt az energiát forráshőnek2nevezik, értéke vízre 2257 kJ/kg. A párolgás és forrás fordított folyamata a lecsapódás, mely hőfelszabadulással jár! (Vízgőz kondenzációja, köd, harmat, dér, zúzmara, jégvirág kialakulása.)

1

Például a víz légköri, azaz 1 bar (1013 hPa) nyomás mellett 100 oC-on forr, - míg a vas +2500 oC-

on, az aceton: +56 oC-on, az ammónia –83 oC-on, az oxigén –183 oC-on, a hidrogén –253 oC-on forr. 2

Levegőnél 197 kJ/kg, hidrogénnél 21 kJ/kg, szénnél 50242kJ/kg Építőipari, Faipari Szakképző Iskola és Kollégium, Kaposvár Cseri út 6.

10


Hőtan

Mértékegységek és átszámításuk

W = J/s

kW = kJ/s

kJ/óra

kcal/óra

1W=

1J/s

0, 001kW

3,6 kJ/óra

0, 86 kcal/óra

1 kW =

1000 W

1 kW

3600 kJ/óra

860 kcal/óra

1 kJ/óra =

0, 278 W

0, 000 278 kW

1 kJ/óra

0, 24 kcal/óra

1 kcal/óra =

1, 163 W

0, 00116 kW

4,2 kJ/óra

1 kcal/óra

Gyakorlati példák 1. Egy régebben beépített kazán adattábláján 50 000 kcal/óra hőteljesítmény szerepel. Azonos műszaki feltételek esetén mekkora új kazánnal helyettesítsük? 50 000 kcal/óra / 860 kcal/óra = ~ 58 kW teljesítményű új kazán kell. 2. Egy régebben beépített radiátor prospektusában 2 000 kcal/óra hőteljesítmény szerepel. Azonos műszaki feltételek esetén mekkora új radiátorral helyettesítsük? 2 000 kcal/óra / 0, 86 kcal/óra = ~ 2325 W teljesítményű új radiátor szükséges. 3. Egy bojler vízigénye óránként 1000 liter 60 oC-os használati melegvíz. A felhasznált hidegvíz hőmérséklete 10 oC. Mennyi a bojler hőszükséglete, ha a víz sűrűségét 1 kg = 1dm3-rel – azaz 1 literrel – vesszük számításba, fajhője pedig c = 4,2 kJ/kg oC? 1000 kg/óra * 4,2 kJ/kg oC * (60 oC - 10 oC) = 210 000 kJ/óra 4. Egy melegvíztermelő bojler üzeméhez 210 000 kJ/óra hőszükségletet számoltunk. A táblázatban kW-ban szerepelnek a fűtőcsövek teljesítményei. Legalább mekkorát válasszunk? Vízkövesedés miatt 1,2-szeres biztonsági szorzóval számolunk. 210 000 kJ/óra * 0, 000 278 kW = ~58, 38 kW * 1,2 = ~70 kW teljesítményű szükséges. 5. Egy melegvízfűtés felszálló vezetékén 21 kW hőteljesítményt kell szállítani, a hő leadása után ∆t = 20 oC hőmérsékletcsökkenés következik be. Mekkora víztömegáramra van szükség az adott vezetékben? m’ = 21 kW / 4,2 kJ/kg oC * 20 oC = [21 * 3600] kJ/óra / 4,2 kJ/kg oC * 20 oC = 900 kg/óra = ~ 900 l/óra vizet kell keringtetni.


11


Hőtan

Egyéb hőtani fogalmak

Környezet, mikrokörnyezet Közérzet mérőszámai: az ember termikus hőérzetét a környező levegő tSZ száraz hőmérséklete, a helyiség határoló felületetek tSUG sugárzási hőmérséklete, a levegő φ relatív nedvességtartalma, az embert érő légáramlat sebessége és iránya, a munkavégzés intenzitása, az ember ruházata, életkora, súlya stb. határozza meg. Közérzetére számos más összetevő hat, például a megvilágítás, szín, zaj, időjárás, légköri elektromosság stb. Eredő hőmérséklet: a levegő és a környező határoló szerkezetek hőmérsékletének együttes hatását - az áramlás és a sugárzás - fejezi ki. [tER=0,45 tSZ+ 0,55 tSUG] Napi középhőmérséklet: napi háromszor (reggel, délben, este) mért levegő-hőmérséklet számtani középértéke. Közepes hőmérséklet: egy adott időszak napi közepes hőmérsékletértékeinek számtani középértéke, - így beszélünk havi, nyári, téli, évi közepes hőmérsékletről. Fűtési határhőfok: az a napi közepes hőmérséklet, melynél a fűtőberendezést üzembe kell helyezni. Például: 22/14 oC, 20/12 oC. Fűtési hőfokhíd: belső hőmérséklet és a külső közepes hőmérséklet különbsége szorozva az időtartammal [pld: Kaposvár éves hőfokhídja a családi házakban megszokott 14 oC határhőfokra számítva, 190 fűtési nappal, ez alatt az időszak alatt 4 o

o

o

o

C közepes

o

hőmérséklettel: G = (22 C - 4 C) 190 nap = 3420 nap C, de G20/12=3040 nap C] Hűtési hőfokhíd: a külső közepes hőmérséklet és lehűtött belső hőmérséklet különbsége szorozva az időtartammal [pld: Kaposvár éves hűtési hőfokhídja 24 oC határhőfokra számítva, 1570 hűtési órával, ez alatt az időszak alatt 20 oC-ra hűtött hőmérséklettel: G = (24oC - 20 oC)1570 óra = 6280 óra oC] Széljárás: nálunk az átlagos szélsebesség 2-4 m/s körül van, iránya főleg É-ÉNy-i, tapasztalatok szerint alacsony külső hőmérsékletekhez kis szélsebességek tartoznak. Napsugárzás: a Földre jutó hőenergia az éghajlat meghatározó eleme, éves napsütéstartam ~ 2010 óra, ami az elméletileg lehetséges idő 45%-a, besugárzás ~ 440 kJ/cm2év. Abszolút páratartalom: 1 kg száraz levegőben levő vízpára mennyisége g-ban (grammban) kifejezve [g/kg], jele x. Relatív páratartalom: 1 kg száraz levegőben levő vízpára tényleges mennyisége viszonyítva az azonos hőmérsékletű telített levegő abszolút páratartalmához [%], jele φ, például φ= 74% nálunk az éves légnedvesség átlag. Páradiffúziós lecsapódás: hibás kialakítású többrétegű falszerkezetben előfordulhat, a belső térből kifelé diffundáló pára nyomása a szerkezet belsejében (felületén) eléri az adott hőmérséklethez tartozó telítési nyomást, lecsapódik és rongálja a szerkezetet. Építőipari, Faipari Szakképző Iskola és Kollégium, Kaposvár Cseri út 6.

12

HŐTA N ( T E R M O D I N A M I K A )

Recommend Documents