Uppvärmning på tid?

Påminner om en uppgift jag fick på ett prov i värmelära, bara en enda fråga och en heldag för provet.
Fråga >
Hur varmt blir det i huset ?

Sedan kom det med en packe ritningar på allt typ panna och hus och man fick alla förutsättningar för tex veden som skulle eldas upp, det blev verkligen en heldagsuppgift att räkna ut allt, så ja det kan vara en hiskelig massa beräkningar beroende på vilken nivå man pluggar på, nu antar jag att du själv vet vad ni gått igenom och vad lärarna förväntar sig för nivå på svaret men att räkna ut "allt" förekommer.

Om det inte är ett prov så fråga läraren vad som gäller om det är otydligt om vilken nivå svaret bör ligga på.

Det enda jag kan se du saknar är väl egentligen hur stor den totala luftvolymen är. Därefter kan du beräkna hur många kWh energi det krävs för att värma upp denna volym. Eftersom du har tiden så kan du därefter räkna ut effekten som krävs också.

Om inte frågan är mer specifikt än det du förklarar så skulle i alla fall jag inte räkna med mer, och därför anta att allt sker förlustfritt. Annars så blir frågan ganska mycket mer komplex eftersom du då som minst måste veta alla väggars värmegenomgångskoefficient och utetemperatur, och i värsta fall ifall man använder förvärmning av tilluften via frånluften, luftens turbulens i lokalen beroende på temperatur, takhöjden etc. etc.

Ja det blir ju förluster i verkligheten, men som sagt om du är osäker på vilken nivå det bör vara på svaret så får du nog fråga läraren, det kan ju skilja enormt på vad som förväntas beroende på om du läser i början på gymnasiet eller om det är ett sista långt projektarbete på en ingenjörsutbildning inom området.
Du har väl en hum om det är en verklig uppgift eller ett förenklat skolexempel ?

Det är ett komplext problem med väldigt många inverkande faktorer och det går alltså att förenkla på massvis av olika sätt som ger olika noggrannhet på svaret.

Eftersom du skriver projekt och inte uppgift så är nog tanken att du ska stolpa upp alla inverkande faktorer och först efter något slags överslag eller teoretiskt resonemang välja att försumma just den aspekten eller ej.

Jag tycker verkligen att du borde förkovra dig i din kurslitteratur, frågan om vad som primärt dimensionerar effekten borde du verkligen kunna svara på själv..

Då ska du nog ta och räkna på förluster o dyl, det handlar väl om ett företag som vill ha en viss funktion för att de i sin tur ska kunna utföra en uppgift som kräver den tempen och det får inte ta för lång tid att få upp värmen under normala väderförhållanden ?
Jag vet inte vad ni avtalat om i detalj och jobbar inte heller med värmesystem, men nån form av avtal som reglerar förutsättningarna borde ni väl ha ? Ska det fungera inom vissa väderförhållanden o dyl ?

Det är en ganska långsam uppvärmning ändå, så min känsla är att innerväggarna kommer ha en ganska hög medeltemperatur efter dessa 3h, kanske 40-50C.

Jag skulle testa att räkna med olika uppvärmning av innerväggarna och se hur det slår på effekten. Slår det jättehårt så får man räkna noggrannare på hur varma väggarna faktiskt blir.

Edit: Jag ångrar mig, 40-50 är nog för högt. En bättre jämförelse vore kvoten mellan area_innervägg*värmeövergångstal_innervägg och area_yttervägg*värmeövergångstal_yttervägg

Satt och räknade lite och kom fram till att det krävs lite drygt 3 kW med ett flöde på 0,2 m3/s över värmepaketet för att värma upp lokalen förlustfritt och med max 15 graders temperaturdifferans över värmepaketet (rätta mig gärna om jag räknat fel).

Ska man räkna med förluster och vid en utetemperatur på -20 så krävs det en hel del mer. För att räkna vidare skulle man behöva veta exakt hur skikten i väggar och tak ser ut så man kan beräkna hur mycket energi som krävs för att varmhålla lokalen vid konstanta 15 respektive 65 grader. Kommer det vara ren betongvägg, eller innehåller den isolering, luftspalter etc.

Jag kan inget om ämnet, men kan du inte kolla hur snabbt dina gamla jobb värms upp och jämföra volym m.m?

Tänk på att det är lätt att värma upp luft, men luft kyls också av lika lätt.
Luft bär helt enkelt väldigt lite värme..

Så vad det är för typ av väggar och tak är nog väldigt viktigt att veta, samt hur du skall räkna ut energiförlusten genom dessa.

Det finns väl tabeller på olika materials isoleringsegenskaper ?

Blir som att jämföra äpplen med päron tyvärr då man måste veta uppvärmningstyp, luftflöden, temperaturskillnader, hur isoleringen i väggarna ser ut m.m. eftersom allt detta spelar in hur mycket energi som behövs för ändamålet.

Det som är skillnaden här är ju dock innerväggarna. TS har ju sagt att han har dimensionerat uppvärmningssystem innan, men utan tidskrav. Kruxet här blir alltså hur stor effekt som går in i innerväggarna (dvs ut från vår "kontrollvolym" som bara representeras av luften) kontra hur mycket effekt som går ut genom ytterväggarna.

Nja, en temperatur säger ensamt egentligen ingenting om effekten.

Jag skulle till att börja med vilja få fram hur mycket effekt som krävs för att hålla inomhustemperaturen konstant vid 15 respektive 65 grader och därefter försöka få fram någon rimlig effektskillnad.

[U-värde * tjocklek * total area * temperaturskillnad]
Jag hittar att lättbetong verkar ha ett U-värde på 0,12, och temperaturskillnaden är 35 respektive 85 grader. Vad jag saknar är den totala arean för alla ytterväggar, tak samt golv.

Bör dock påpekas att beroende vad man använder för material i väggar m.m. så kan det påverka effektbehovet stort.

Detta hjälper väl inte dig väl? Ska detta räknas ut, så behövs nog en komplett energiberäkning inklusive alla värmeförluster (transmission, ventilation, varmvatten).

Jag tänker att man kanske kan göra det lättare för sig och enbart titta på luftvolymen, och vilken energi det krävs för att öka temperaturen till önskad grad (beroende på hur noga det är med exakta temperaturer så klart).

Kikar lite snabbt här bara i nå gamla kursböcker.

OM man ska titta på att värma upp väggarna (vilket jag tycker verkar fel väg att gå), så använder man sig av värmekapacitet och tempskillnad.

Lättbetong λ(lamba värde) = 0,12W·m-1·K-1

Värmemotstånd=U=λ/d
d=tjockleken(30cm)

0.12/0.3=0.4

Värmeledningsförmåga
Q=U*A*ΔT ΔT =skillnaden i temperatur=65C-(-20C)=85C

0.4*180m2(golvet)*85=6120W i värmeförlust

Vid beräkning av golvet tror jag dock det är marktemperatur som är avgörande, men tog bara som exempel.

Något liknade men detta var grov förenkling, det finns massor av faktorer att ta till, isolering, köldbryggor via fönster/dörrar. Dessutom måste du ta lamda värdet för varje material som används i t.ex. väggar, luftspalt osv. Men du har rätt, du ska räkna ut varje byggnadsdel och total energimängd.

Jag använde mig av en förenklad pdf: https://www.google.se/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=...

Joo, men då får du i alla fall ett riktvärde på vad som krävs för effektökning för att uppnå en högre temperatur.

0,12*0,3*444*35 = 559,44 W
0,12*0,3*444*85 = 1358,64 W
1358,64-559,44 = 799,2 W skillnad

Ökar du tillförd värmeeffekten med 800 W när du ligger stabilt på 15 grader kommer temperaturen att plana ut på 65 grader till slut. Jag skulle nog vilja ha en effekt som är 2-3 gånger så hög om tiden för uppvärmningen är en viktig faktor. Exakt hur man ska gå vidare för att få fram tider m.m. såhär på rak arm vet jag inte för det var flera år sedan jag höll på att räkna såhär detaljerat.

Kan för övrigt rekommendera böckerna Energiteknik (2st) av Henrik Alvarez för framtida funderingar. Där står det mesta som kan tänkas vara intressant kring just energiöverföring.

I ditt räkneexempel har du räknat på konvektion genom ett material med 5 W/m2*c (vart fick du den siffran ifrån?) mellan innetemperatur 1 och innetemperatur 2. Den formeln ger ett svar som inte är något värde alls. Det jag nämnde tidigare som U-värde (tidigare K-värde) är precis W/m2*K, men då måste du räkna temperaturskillnaden mot uteluften. Vill du bara räkna på vad som krävs för att värma upp luften så tar du massa * värmekapacitans * temperaturskillnad, men det är förlustfritt som inte tar hänsyn till konvektion genom väggar m.m., och därför inte har något att göra med den totala arean.

Och för övrigt, vill du höja väggtemperaturen till nära 65 grader så måste du få upp lufttemperaturen till minst 65 grader också, vilket gör att väggarnas temperatur kommer sekundärt hur som helst.

Jag hade räknat ut totala mängden luft med massa * värmekapacitans * temperaturskillnad.

massa=volym*densitet
540m3*1.2kg/m3(luft)=648kg

648kg*1.0035kJ/(kg·K)*ΔT

Sen omvandlat detta till kwh och adderat värmeförlusterna. Men det finns ju mycket att ta hänsyn till, spillvärme och köldbryggor. Förövrigt är lättbetong utmärkt som isolering, ju lägre lamdavärde desto bättre isolerar det.

Joo, det är orimligt precis som du säger, vilket min första uträkning kom fram till. Men för att veta hur mycket effekt som krävs för att värma upp luften så måste du ju även veta hur mycket effekt som bara går till spillo ut genom väggar ock tak. Ju större temperaturskillnad mellan ute och inne desto större förluster.

Värdet du hänvisar till är naturlig konvektion mellan luft - luft. Det som är intressant är konvektion mellan luft - betongvägg - luft eftersom betongväggar har högre värmeledningsförmåga än luft, vilket är exakt vad U-värdet symboliserar. Det är mycket möjligt att jag räknat fel någonstans, och kan gå igenom det en extra gång, men det får bli imorgon för jag känner jag börjar bli lite för seg nu. Om någon annan hittar något fel så är det bara att korrigera mig.

Angående siffrorna så vet jag inte om det är rimligt eller ej eftersom jag inte riktigt har hållit på att beräkna energi för lokaler, utan oftast bara värmesystem. Men kan nämna att en möjlig anledning (förutom felberäkningar) kan vara att lättbetong inte har så bra isoleringsförmåga. Sen bör det även påpekas att spillvärmen som går ut genom golvplattan bör vara mindre än den som går ut genom väggarna eftersom marken brukar vara varmare än luften och behålla temperaturen längre (= mindre temperaturskillnad), vilket borde göra effektsiffran lite mindre också. Dessutom så är 65 grader en väldigt hög inomhustemperatur och spillvärmen kommer att reflektera detta. 800kW för 100 villor bör rimligtvis representera om villorna har en inomhustemperatur på runt 21 grader skulle jag tro?

Edit; Tror jag hittade mitt fel. U-värdet räknade med W och inte kW (kJ) som jag antog. Ta bort prefixet kanske det blir lite rimligare? Tycker dock spontant att ~1,4 kW känns lite för att hålla 65 grader vid -20...