В чем измеряется тепловая энергия и как рассчитать ее расход

Каждый, хотя бы косвенно, но знаком с таким понятием как «калория». Что это и для чего она нужна? Что именно она обозначает? Такие вопросы возникают, особенно, если нужно её увеличить до килокалорий, мегакалорий или гигакалорий, или перевести в другие величины, например Гкал в кВт.

• 2 Что такое Гигакалория, и сколько в ней калорий
• 3 Гкал и Гкал/ч: в чём разница
• 4 Как рассчитываются Гкал на горячую воды и отопление

  4.1 Видео: пример расчёта платы за отопление

Что собой представляет калория

Калория не входит в международную систему измерений метрических величин, однако это понятие широко используется для обозначения количества выделенной энергии. Она указывает, сколько энергии должно быть затрачено на обогрев 1 г воды так, чтобы данный объём увеличил температуру на 1 °C в стандартных условиях.

Существует 3 общепринятых обозначения, каждое из которых используют в зависимости от области:

• Международное значение калории, которое равняется 4,1868 Дж (Джоуль), и обозначается как «кал» в Российской Федерации и cal – в мире;
• В термохимии – относительная величина, примерно равная 4,1840 Дж с российским обозначением калтх и всемирным – calth;
• 15-градусный показатель калории, равный приблизительно 4,1855 Дж, который в России известен как «кал15», а в мире – cal15.

Изначально калорию использовали для нахождения количество теплоты, выделенной при выработке энергии топлива. Впоследствии данную величину стали использовать для вычисления количества энергии, затраченной спортсменом при выполнении любой физической нагрузки, поскольку при данных действиях применимы те же физические законы.

Поскольку для выделения тепла необходимо топливо, то по аналогии с теплоэнергетикой в простой жизни для выработки энергии организмом также необходима «заправка» – пища, которую люди принимают регулярно.

Человек получает определённое количество калорий, в зависимости от того, какой продукт употребил.

Чем больше калорий в виде пищи человек получил, тем больше он получает энергии для занятий спортом. Однако не всегда люди потребляют количество калорий, которое необходимо для поддержания жизненных процессов организма в норме и выполнения физической нагрузки. В результате чего одни худеют (при дефиците калорий), а другие – набирают вес.

Калорийность — это количество энергии, полученной человеком в результате поглощения того или иного продукта

На основе этой теории построено множество принципов диет и правил здорового питания. Оптимальное количество энергии и макронутриентов, которые необходимы человеку в день, можно рассчитать в соответствии с формулами известных диетологов (Харрис-Бенедикт, Миффлин-Сан Жеор), используя стандартные параметры:

• Возраст;
• Рост;
• Вес;
• Пример суточной активности;
• Образ жизни.

Эти данные можно использовать изменяя их под себя – для безболезненного похудения достаточно создать дефицит в 15-20% от суточной калорийности, а для здорового набора массы – аналогичный профицит.

О единицах измерения

Основной единицей измерения тепла служит калория; в настоящее время она считается внесистемной единицей. Так сложилось исторически: используется несколько разновидностей калории, что вносит определенную путаницу (вспомнить хотя бы о калорийности пищи).

Поскольку в отопительных системах теплоносителем обычно выступает вода, одной калорией обозначают количество тепла, способное подогреть 1 грамм воды на 1°C (соотношение действует для нормального атмосферного давления).

Для использования в расчетах затрат тепла для обогрева эта величина слишком маленькая и неудобная. На практике используют гигакалорию (Гкал), или миллиард калорий, число с девятью нулями. Чтобы понять порядок Гкал, что это в расчетах отопления, лучше перевести ее в наглядный вид: ресурса 1 Гкал хватит, чтобы подогреть тысячу тонн воды (те же 9 нулей) на один градус.

Если перефразировать, 1 гигакалория способна подогреть 1000 кубометров воды на 1°C или, если произвести простейший расчет, примерно 16,7 кубометров на 60°C. Такой порядок цифр можно использовать на практике, например, для того, чтобы оценить работу счетчика ГВС.

Узел учета тепловой энергии Источник sovintervod-vnt.ru

В международной системе СИ энергию (и тепло в том числе) измеряют в Джоулях (Дж), а Гкал считается устаревшим способом подсчетов. Тем не менее, она имеет официальное хождение в Российской федерации при расчетах в коммунальных и частных хозяйствах. Кроме Гкал используются следующие производные единицы:

• Гкал/час (гигакалория в час). Как величина она является эквивалентом тепловой мощности. С ее помощью определяют, сколько тепловой энергии произведено (или использовано) за единицу времени.
• Гигакалория на квадратный метр. Показывает расход тепловой энергии на отопление какой-либо площади. На территории РФ величину вводят «Правила учета тепловой энергии и теплоносителя». Также она используется для расчетов «Правилами предоставления коммунальных услуг».

Существует понятие норматива потребления тепла в месяц. Показатель имеет разное значение в разных климатических зонах; средний по регионам норматив составляет 0,0342 Гкал/м² (в месяц).

Схема отопления и водоснабжения жилого дома Источник moydom.ru

Что такое Гигакалория, и сколько в ней калорий

Понятие Гигакалории наиболее часто встречается в документах области теплоэнергетики. Данную величину можно встретить в квитанциях, извещениях, платежах за отопление и горячую воду.

Она обозначает то же самое, что и калория, но в большем объёме, о чем свидетельствует приставка «Гига». Гкал определяет, что исходную величину умножили на 109. Говоря простым языком: в 1 Гигакалории – 1 миллиард калорий.

Как и калория, Гигакалория не относится к метрической системе физических величин.

В таблице ниже для примера приведено сравнение величин:

Необходимость использования Гкал обусловлена тем, что при нагреве объёма воды, нужного для обогрева и бытовых нужд населения даже 1 жилого дома выделяется колоссальное количество энергии. Писать числа, обозначающие её в документах, в формате калорий слишком долго и неудобно.

Такую величину, как гигакалорию, можно встретить в платёжных документах за отопление

Можно представить, сколько энергии затрачивается во время отопительного сезона в промышленных масштабах: при отоплении 1 квартала, района, города, страны.

Коротко о главном

Вопрос, в чем измеряется тепловая энергия, возникает, когда необходимо рассчитать систему отопления. Расчет важно выполнить правильно, особенно для обладателей собственного дома. Если в результате ошибки вы приобретете котел малой мощности, то будете тратить электричество для вторичного обогрева жилья. Котел с чрезмерным запасом мощности также будет ошибкой: работая в половину мощности, энергоресурсов он будет потреблять практически столько же.

Наглядная единица для вычисления расхода тепла – гигакалория. Расход вычисляют разными методами, что зависит от типа жилья, многоквартирный это дом или частный. Методики подсчета также различаются; они зависят от особенностей системы, наличия и типа измерительных устройств.

Гкал и Гкал/ч: в чём разница

При необходимости расчёта оплаты потребителем услуг государственной теплоэнергетики (отопление дома, горячая вода) используется такая величина как Гкал/ч. Она обозначает привязку ко времени – сколько Гигакалорий расходуется при обогреве за данный промежуток времени. Иногда её также заменяют Гкал/м3 (сколько энергии нужно для передачи тепла кубическому метру воды).

Величину Гкал/ч можно рассчитать самостоятельно, используя данную формулу:

Q=V*(T1 – T2)/1000, где

• Q – количество тепловой энергии;
• V – объём потребления жидкости в кубических метрах/тоннах;
• T1 – температура поступаемой горячей жидкости, которая измеряется в градусах по Цельсию;
• T2 – температура поступаемой холодной жидкости по аналогии с предыдущим показателем;
• 1000 – вспомогательный коэффициент, который упрощает подсчёты, избавляя от чисел в десятом разряде (автоматически переводит ккал в Гкал).

Данную формулу часто используют для построения принципа работы тепловых счётчиков на частных квартирах, домах или предприятиях. https://profikarkas.com.ua/ — каркасные дома в Киеве. Данная мера необходима при резком росте стоимости данной коммунальной услуги особенно, когда подсчёты обобщаются из расчёта на площадь/объём помещения, которое нагревают.

В случае, если в помещении установлена система закрытого типа (горячая жидкость заливается в неё единоразово без дополнительного поступления воды), формулу модифицируют:

Q= (( V1* (T1 – T2)) – (V2* (T2 – T)))/ 1000, где

• Q – количество тепловой энергии;
• V1 – объём расходуемого теплового вещества (вода/газ) в трубопроводе, по которому оно поступает в систему;
• V2 – объём теплового вещества в трубопроводе, по которому оно возвращается обратно;
• T1 – температура в градусах Цельсия в трубопроводе на входе;
• T2 – температура в градусах Целься в трубопроводе на выходе;
• T – температура холодной воды;
• 1000 – вспомогательный коэффициент.

Данная формула основана на разности величин на входе и выходе теплоносителя в помещении.

В зависимости от использования того или иного источника энергии, а также – типа теплового вещества (вода, газ), применяют также альтернативные формулы расчётов:

1. Q= (( V1* (T1 – T2)) + (V1 – V2)*( T2 – T))/1000
2. Q= (( V2* (T1 – T2)) + (V1 – V2)*(T1 – T))/1000

Кроме того, формула меняется, если в систему включены электрические устройства (например полы с подогревом).

Особенности учет тепловой мощности

Как правило, при строительстве зданий различного назначения, все теплотехнические расчеты производятся в Гкал и основная причина этого – приближенность получаемых данных к реальной ситуации и возможность получения достоверных данных, которые будут максимально достоверны как для крупного промышленного объекта, так и для небольшого здания. То есть, с использованием данной единицы измерения можно правильно и точно рассчитать количество необходимой тепловой энергии, достаточной для того, чтобы создать оптимальный температурный режим в помещении.

Но при этом, рассчитывая необходимое количество тепловой энергии, важно понимать, что ее получение будет обеспечиваться за счет работы отопительного оборудования. А технические возможности оборудования определяются как мощность и измеряются в кВт. Таким образом, появляется необходимость в переводе одной величины в другую, то есть надо выбрать котел или другое теплогенерирующее оборудование, мощности которого хватит для производства нужного количества тепловой энергии, измерение которой производится в Гкал.

Также следует обратить внимание и на то, что необходимость в переводе кВт в Гкал появляется и в том случае, если используются счетчики тепла, учет потребления в которых ведется именно в кВт, то есть, по сути, определяются мощностные характеристики теплоносителя, прокачиваемого через систему отопления. Хотя нужно обратить внимание на то, что многие теплосчетчики, особенно отечественного производства, адаптированы к российской системе учета и показывают именно потребление тепловой энергии, то есть ведут учет в Гкал. В этом случае потребителю не надо заниматься дополнительными вычислениями, но в остальных – нужно знать, как перевести значения, полученные в кВт в Гкал.

Как рассчитываются Гкал на горячую воды и отопление

Отопление рассчитывается по формулам, аналогичным формулам нахождения величины Гкал/ч.

Примерная формула подсчёта оплаты за тёплую воду в жилых помещениях:

P i гв = Vi гв * T х гв + (V v кр * Vi гв / ∑ Vi гв * T v кр)

Используемые величины:

• P i гв – искомая величина;
• V i гв – объём потребления горячей воды за определённый временной промежуток;
• T х гв – установленная тарифная плата за горячее водоснабжение;
• V v гв – объём затраченной энергии компанией, которая занимается её подогревом и поставкой в жилое/нежилое помещение;
• ∑ V i гв – сумма потребления тёплой воды во всех помещениях дома, в котором производится расчет;
• T v гв – тарифная плата за тепловую энергию.

В данной формуле не учитывается показатель атмосферного давления, поскольку он не существенно влияет на конечную искомую величину.

Формула приблизительная и не подходит для самостоятельного расчёта без предварительной консультации. Перед её использованием необходимо обратиться к местным коммунальным службам для уточнения и корректировки – возможно, они пользуются другими параметрами и формулами для расчёта.

Расчёт размера платы за отопление является очень важным, так как зачастую внушительные суммы не оправданы

Результат расчётов зависит не только от относительных температурных величин – на него напрямую влияют установленные правительством тарифы на потребление горячего водоснабжения и отопления помещений.

Вычислительный процесс значительно упрощается, если установить отопительный счётчик на квартиру, подъезд или жилой дом.

Стоит учитывать, что даже самые точные счётчики могут допускать погрешность при вычислениях. Также её можно определить по формуле:

E = 100 *((V1 – V2)/(V1 + V2))

В представленной формуле используются следующие показатели:

• E – погрешность;
• V1 – объём потребляемого горячего водоснабжения при поступлении;
• V2 – потребляемая горячая вода на выходе;
• 100 – вспомогательный коэффициент, преобразующий результат в проценты.

В соответствии с требованиями, средняя величина погрешности расчётного прибора составляет около 1 %, а максимально допустимая – 2 %.

Видео: пример расчёта платы за отопление

Счетчики тепла

Перед тем, как посчитать тепловую энергию в Гкал, необходимо иметь на руках практическую информацию. Для расчета отопления на конкретном участке системы потребуются следующие данные:

• Температура рабочей среды (обычно это вода) на входе и выходе.

Обвязка теплосчетчика в квартире Источник wikimedia.org

• Расход воды (при проходе через отопительные устройства).

Чтобы измерить температуру, используют различные термометры: от бытового и спиртового, до электрического и инфракрасного. Расход рабочей среды удобно определять с помощью счетчика; существует два типа устройств теплового учета.

Счетчик-крыльчатка

Механический счетчик (другое название – тахометрический) работает при температурах от +5 до +150°C, используется и для отопительных систем, для горячего и холодного водоснабжения. Устройства делятся на турбинные и винтовые (по способу монтажа). Они плохо реагируют на механические примеси, поэтому в системе должен быть фильтр грубой очистки. Счетчик-крыльчатка работает по следующему принципу:

• Вода попадает внутрь счетчика, где находится крыльчатка с установленными на ней магнитами.
• Крыльчатка начинает вращаться, причем количество оборотов прямо пропорционально количеству протекающей воды.
• Вращение фиксируется учетным механизмом, который способен обрабатывать поступающую информацию и переводить число оборотов в объем протекающей воды.

Механический счетчик тепла Источник pechiexpert.ru
Несмотря на простое устройство, счетчики с крыльчаткой зарекомендовали себя как надежные приборы с достаточно низким порогом срабатывания. Кроме того, агрегаты комплектуются антимагнитным экраном, что препятствует попыткам внешнего влияния на их работу

Гкал в частных домах

Если говорить о Гкал в частном доме, то жильцы в первую очередь интересуются затратами теплоэнергии при каждом виде топлива. Поэтому рассмотрим некоторые расценки за 1 Гкал на различные виды топлива:

• Газ природный – 3300 рублей;
• Газ сжиженный – 520 рублей;
• Уголь – 550 рублей;
• Пеллеты – 1800 рублей;
• Дизельное топливо – 3270 рублей;
• Электроэнергия – 4300 рублей.

Цена может меняться в зависимости от региона, а также стоит учитывать, что стоимость топлива периодически увеличивается.

Гкал в многоквартирных домах

В многоквартирных домах гигакалории используются в тепловых расчетах. Если знать точное количество теплоэнергии, которое остается в доме, то можно рассчитать счет для оплаты отопления. Например, если в доме не установлен общедомовой или индивидуальный прибор тепла, то за централизованное отопление придется платить исходя из площади обогреваемого помещения. В том случае если тепловой счетчик установлен, то подразумевается разводка горизонтального типа или же последовательная, или коллекторная. В таком варианте в квартире делают два стояка для подающей и обратной трубы, а система внутри квартиры определяется жильцами. Такие схемы используются в новых домах. Именно поэтому жильцы могут самостоятельно регулировать расход тепловой энергии, сделав выбор между комфортом и экономией.

Регулировка производится следующим образом:

1. За счет дросселирования батарей отопления происходит ограничение проходимости прибора отопления, следовательно, температура в нем снижается, а расход тепловой энергии уменьшается.
2. Установка общего термостата на обратной трубе. В таком варианте расход рабочей жидкости определяется температурой в квартире и если она увеличивается, то расход снижается, а если уменьшается, то расход увеличивается.

Что такое Гкал?

Калория – определенное количество энергии, которое необходимо для нагрева 1 грамма воды до 1 градуса. Данное условие соблюдается в условиях атмосферного давления. Для расчетов тепловой энергии применяется большая величина — Гкал. Гигакалория соответствует 1 миллиарду калорий. Данная величина начала использоваться с 1995 года в соответствии с документом Министерства топлива и энергетики.

В России среднее значение потребления на 1 кв.м. составляет 0,9342 Гкал за месяц. В каждом регионе это значение может меняться в большую или меньшую сторону в зависимости от погодных условий.

Что такое гигакалория, если ее перевести в обычные величины?

1. 1 Гигакалория равняется 1162,2 киловатт-часам.
2. Для того чтобы нагреть 1 тысячу тонн воды до температуры +1 градус потребуется 1 гигакалория.