Калькулятор нагрева воды

Калькулятор отвечает на бытовые вопросы: за сколько бойлер нагреет воду, сколько киловатт-часов уйдёт на нагрев бака, хватит ли мощности ТЭНа, - и решает задачи на количество теплоты из курса физики.

Как ввести данные.

• Объём воды - в литрах; масса 1 л воды принимается равной 1 кг.
• Начальная и конечная температура - в градусов Цельсия. Конечная - не выше 100 градусов Цельсия: кипение и пар считаются по другой формуле.
• Мощность нагревателя - в киловаттах, по паспорту: 2000 Вт = 2 кВт.
• КПД - в процентах: какая доля энергии идёт в воду. Для ТЭНа в воде - 95-98%, для чайника - около 90%.

Что получится. Количество теплоты в джоулях и киловатт-часах, время нагрева в минутах и часах. Киловатт-часы можно умножить на тариф - это оценка стоимости нагрева.

Ограничения. Потери тепла через стенки во время нагрева отдельно не учитываются - их заменяет КПД. В длинном нагреве большого объёма (бассейн, неутеплённый бак) реальные потери могут быть больше, и время - дольше. Если конечная температура ниже начальной, калькулятор выдаёт отрицательные значения - это охлаждение, а не нагрев.

Типичные ошибки.

• Вводят мощность в ваттах в поле киловатт - время получается в тысячу раз меньше.
• Оставляют КПД 100% для чайника без крышки или бака без утепления.

Как проверить. Чайник 2 кВт нагревает 1,5 л воды от 20 градусов Цельсия до кипения примерно за 4-5 минут.

Количество теплоты для нагрева равно произведению удельной теплоёмкости, массы и разницы температур (Пёрышкин А. В., "Физика. 8 класс", п. "Удельная теплоёмкость"); время нагрева - по закону сохранения энергии: теплота = мощность * КПД * время.

Теплота = 4186 * Объём воды * (Конечная температура - Начальная температура), Дж
Энергия в кВт*ч = Теплота / 3 600 000
Время нагрева = Теплота / (Мощность * 1000 * КПД / 100) / 60, мин
Время в часах = Время нагрева / 60

• 4186 Дж/(кг*градус Цельсия) - удельная теплоёмкость воды при 15-20 градусов Цельсия (табличное 4200 - округление);
• объём воды - в литрах (масса в кг принимается равной объёму в литрах);
• начальная и конечная температура - в градусов Цельсия;
• мощность нагревателя - в кВт; КПД - в процентах.

Точность. Джоули - целые, кВт*ч - 4 знака после запятой, минуты - 1, часы - 2.

Когда ответа нет. Мощность или КПД равны 0 - время не определено (деление на ноль). Пустое поле - расчёт не выполняется.

Пример. 10 л от 20 до 100 градусов Цельсия, 2 кВт, КПД 90%.

Теплота = 4186 * 10 * 80 = 3 348 800 Дж примерно 0,9302 кВт*ч
Время нагрева = 3 348 800 / (2000 * 0,9) = 1860,4 с примерно 31,0 мин

Бойлер 80 л от 15 до 60 градусов Цельсия, 1,5 кВт, КПД 95%: теплота 15 069 600 Дж примерно 4,186 кВт*ч, время примерно 176,3 мин примерно 2,94 ч.