Energie, die erforderlich ist, um die Temperatur des durch eine Heizung fließenden Wassers zu erhöhen


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Ich versuche herauszufinden, wie viel Energie (idealerweise elektrische Heizung) ich in eine Heizung stecken muss, um die Wassertemperatur von etwa 10 ° C auf 40 ° C zu erhöhen, wenn das Wasser mit 10 Litern pro Stunde fließt.

Angenommen, die Heizung hat einen Wirkungsgrad von 80%.

Ich weiß, dass die spezifische Wärme von Wasser bei 4,18 J/g Grad C eintritt, aber wie arbeite ich mit der Durchflussrate?

+4

Elektrische Heizungen sind grundsätzlich 100% effizient.Ein Teil der Wärme des Gesamtsystems geht möglicherweise an die Umgebung verloren, aber die gesamte elektrische Leistung, die in einen Widerstand fließt, wird in Wärme umgewandelt. 11 mär. 162016-03-11 13:10:07

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Ja, ich bin damit einverstanden, aber die Effizienz der Übertragung dieser elektrischen Energie auf das Wasser ist dort, wo es Verluste gibt.Dadurch geht Wärme in den Kabeln verloren, die zur Heizung führen, und wenn die Temperatur des Widerstands steigt, steigt auch sein Widerstand. 11 mär. 162016-03-11 15:14:29

+2

1: Es wird keine elektrische Energie an das Wasser abgegeben, sondern nur die Wärme vom Widerstand.2: Steigender Widerstand ändert nichts an der Effizienz.Bei einer festen Spannungsquelle wird weniger Strom in den Widerstand eingespeist.Die gesamte Leistung wird jedoch immer noch mit einem Wirkungsgrad von im Wesentlichen 100% in Wärme umgewandelt. 11 mär. 162016-03-11 15:19:07

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Die Effizienz hängt davon ab, wo Sie messen.Wenn Sie die Energie am Eingang der Heizelemente messen, liegt sie wahrscheinlich zu 100% oder sehr nahe daran.Wenn Sie an der Steckdose messen und die Heizung über 4 oder 5 Verlängerungskabel mit Strom versorgen, ist der Wert geringer. 11 mär. 162016-03-11 15:56:15

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Energie wird an das Wasser abgegeben, die elektrische Energie wird im Widerstand in Wärme umgewandelt und ein Teil dieser Wärme wird an das Wasser abgegeben, ein Teil der Wärme wird auch an den Drähten abgeführt.Diese Drähte sind kurz und dick, daher sollten die Verluste gering sein. 11 mär. 162016-03-11 17:17:40

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Das OP sagt nicht aus, in welcher Art von Gefäß diese Erwärmung stattfinden wird, aber meine Besorgnis über den Wärmeverlust (und den entsprechenden Verlust der Systemeffizienz) wäre auf den Wärmeverlust zurückzuführen, den das Außengefäß an die Atmosphäre abgibt. 11 mär. 162016-03-11 17:54:51

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Das Gefäß ist eine Plastikwasserleitung, die ich bei Bedarf isolieren könnte, aber die Effizienz ist nicht das eigentliche Ziel des Tests.Ich brauche nur eine 30-Grad-Erhöhung der Wassertemperatur mit einer bescheidenen Menge elektrischer Energie bei einer überschaubaren Durchflussrate. 11 mär. 162016-03-11 22:10:36

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Sie müssen nur den Volumenstrom in einen Massenstrom umrechnen, indem Sie ihn mit seiner Dichte multiplizieren.Das ist einfach für Wasser:

$10 \mathrm{l/h}\cdot 1 \mathrm{kg/l}= 10 \mathrm{kg/h}= 10^4 \mathrm{g/h}= \frac{10^4 }{3600}\\mathrm{g/s}= 2,78 \\mathrm{g/s}$

Jetzt können Sie mit der spezifischen Wärme und dem Temperaturanstieg multiplizieren, um die erforderliche Leistung zu erhalten.


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$P = \dot m \cdot C_p \cdot \Delta T$

Wobei $P$ die benötigte Leistung in Watt ist ( $Joule/sec$ )

$dot m$ ist der Massenstrom ( $kg/sec$ ) (Sie müssen den angegebenen Volumenstrom in einen Massenstrom umwandeln, indem Sie $dot m = Flow_{Vol}\cdot \rho$ verwenden $rho$ ist die Dichte der Flüssigkeit)

$C_p$ ist die spezifische Wärme der Flüssigkeit ( $frac{Joule}{Kilogramm \cdot K}$ )

und $Delta T$ ist der Temperaturunterschied in $K$

Auf diese Weise erhalten Sie die erforderliche Leistung, um das fließende Wasser zu erwärmen.Die Energiemenge hängt natürlich davon ab, wie lange das Wasser fließt.


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  • 10 Liter pro Stunde
  • 10 kg pro Stunde
  • 10.000 g pro Stunde
  • 166,66 g pro Minute
  • 2,77 g pro Sekunde

Jede Sekunde müssen Sie die Temperatur von 2,77 g Wasser um 30 ° C erhöhen.

  • 2,77 g Wasser
  • 4,18 J/g spezifische Wärme
  • 11,6 J pro Sekunde für 1 Grad
  • 348 J pro Sekunde für 30 Grad

Vorausgesetzt, 80% effizient.

  • 348 J/80% = 435 J

Sie benötigen 435 J/s.

Joule pro Sekunde ist aWatt

  • 435 W
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Sie haben den erforderlichen Temperaturanstieg um 30 ° C vergessen. 11 mär. 162016-03-11 15:31:40

+1

OK, also 14,51 W ist die Leistung erforderlich, um um 1 Grad C zu erhöhen?Um 30 Grad Celsius zu erreichen, bräuchte ich 435,3 Watt?Das klingt vernünftiger. 11 mär. 162016-03-11 17:13:38

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Eigentlich eher 350W.Wie Olin sagte, wäre es eine äußerst ungewöhnliche Situation, 20% der Wärme an die Umwelt zu verlieren. 11 mär. 162016-03-11 17:17:58

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OK, also unter der Annahme von Verlusten von 5%, 366 Watt.In meinem Test habe ich 144 Watt (DC 12V @ 12A) eingesetzt und einen Anstieg von 20 Grad festgestellt, was etwas weniger als die Hälfte der erforderlichen Leistung zu sein scheint.Ohne Berücksichtigung von Verlusten benötigt ein Anstieg um 20 Grad 11,6 * 20 = 232 Watt.Ich hätte nur einen Anstieg von 12,4 Grad sehen sollen ... 11 mär. 162016-03-11 17:27:54

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Vermutlich handelt es sich nur um kombinierte Messfehler, da ich keinen genauen Durchflussmesser besitze. Ein Abfall des Durchflusses würde mir heißeres Wasser für weniger Leistung einbringen. Ich vertraue auf die Temperaturanzeige, es ist ein digitales Thermoelement und ich vertraue auf die Anzeige des Netzteils Strom und Spannung, aber die Durchflussmessung ergab, wie lange es gedauert hat, 100 ml Wasser zu erhalten ... 11 mär. 162016-03-11 17:32:09

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@ DaveTweed Whoa, danke dafür.Fest. 12 mär. 162016-03-12 00:20:28

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Erneut mit einer genaueren Durchflussrate (konstanter) getestet und das Ergebnis stimmte exakt mit der Mathematik überein. 14 mär. 162016-03-14 09:28:31