Springen naar inhoud

Stilstandverliezen boiler


  • Log in om te kunnen reageren

#1

jd.home

    jd.home


  • 0 - 25 berichten
  • 10 berichten
  • Gebruiker

Geplaatst op 07 juli 2011 - 20:13

Gegevens:
•Boiler diameter = 605mm
•Boiler hoogte = 986 mm
•Boiler waterinhoud = 143 liter
•Boiler begintemperatuur = 63°C
•Boiler omgevingstemperatuur = constant 20°C
•Boiler isolatiemantel = 50 mm EPS
(De lambda waarde van EPS ligt tussen 0,033 en 0,042 W/m.K. De R-waarde zou dan tussen 1,19 en 1,52 m².K/W moeten liggen. De U-waarde ligt dan tussen 0,66 en 0,84 W/m².K)

Wat is de formule voor het berekenen van:
1. de temperatuur van het water in de boiler na een bepaalde tijd, als de boiler niet wordt bijverwarmd .
2. het verlies van energie na een bepaalde tijd, als de boiler niet wordt bijverwarmd

Dit forum kan gratis blijven vanwege banners als deze. Door te registeren zal de onderstaande banner overigens verdwijnen.

#2

Fred F.

    Fred F.


  • >1k berichten
  • 4168 berichten
  • Pluimdrager

Geplaatst op 08 juli 2011 - 11:08

1. de temperatuur van het water in de boiler na een bepaalde tijd, als de boiler niet wordt bijverwarmd .

Afkoelsnelheid is ook afhankelijk van de hoeveelheid staal van de boiler.

Waarom wil je dit zo nodig berekenen? Is het niet simpeler om het gewoon te meten?
Hydrogen economy is a Hype.

#3

jd.home

    jd.home


  • 0 - 25 berichten
  • 10 berichten
  • Gebruiker

Geplaatst op 08 juli 2011 - 13:14

De boiler is gemaakt in RVS 316L. De totale inhoud van de boiler is 150 liter en het volume van de spiraal in de boiler is 7 liter daaruit volgt dat de waterinhoud 143 liter is.

Ik heb de totale stilstandverliezen van mijn installatie reeds opgemeten maar ik wil bepalen wat de stilstandverliezen zijn van het aangekoppelde buizennetwerk. Omdat ik de boiler niet kan loskoppelen van het buizennetwerk wil ik de theroretische stilstandverliezen van de boiler berekenen.

#4

Fred F.

    Fred F.


  • >1k berichten
  • 4168 berichten
  • Pluimdrager

Geplaatst op 08 juli 2011 - 20:23

De totale inhoud van de boiler is 150 liter en het volume van de spiraal in de boiler is 7 liter daaruit volgt dat de
waterinhoud 143 liter is.

Het volume van die spiraal moet gewoon meegeteld worden want dat heeft ook warmte-inhoud die invloed heeft op de afkoelsnelheid. Reken verder met 150 liter water = 147 kg water @ 63 oC.

Gezien het genoemde volume veronderstel ik dat de gegeven maten de buitenmaten van de geisoleerde boiler zijn. Met een isolatiedikte van 50 mm betekent dit dat de binnendiameter van de isolatie 505 mm is en de binnenlengte 880 mm. Dat zijn dus ook de maten van de RVS ketel. Ik schat dan dat de RVS-ketel plus spiraal ruwweg 60 kg wegen.

Het effectieve warmteverliezend isolatie-oppervlak A is het gemiddelde van het binnenoppervlak (~1,8 m2)
en buitenoppervlak (~2,5 m2) van de isolatie, dus A = 2,1 m2.

U = 0,66 - 0,84 W/m2.K dus neem voorlopig een gemiddelde U = 0,75 W/m2.K

Definieer W = warmte-inhoud van boiler per graad Celsius = massa water * Cp water + massa RVS * Cp RVS
W = 147 kg * 4200 J/kg.K + 60 * 500 J/kg.K = 647000 J/K

En definieer: c = W/(U.A) = 647400 J/K / (0,75 W/m2.K * 2,1 m2) = 411000 s

Afkoelingswet: T2 = To + (T1 - To).e-t/c
To = temperatuur omgeving
T1 = begintemperatuur boiler
T2 = eindtemperatuur boiler na t secondes
t = tijd tussen T1 en T2, secondes

Om te berekenen hoe lang het duurt tot de gevulde boiler afgekoeld is van T1 naar T2 geldt dan:

t = c * Ln[(T1 - To)/(T2 - To)]

Bijvoorbeeld: na 24 uur (86400 s) zal de boilertemperatuur dalen van T1 = 63 oC naar T2 = ~55 oC bij een omgevingstemperatuur van To = 20 oC.
Verloren warmte is dan: (T2 - T1) * W = (63 - 55) oC * 647000 J/K = 5,2 MJ = 1,44 kWhthermisch

Veranderd door Fred F., 08 juli 2011 - 20:25

Hydrogen economy is a Hype.

#5

jd.home

    jd.home


  • 0 - 25 berichten
  • 10 berichten
  • Gebruiker

Geplaatst op 30 juli 2011 - 01:57

Dank u voor dit duidelijk antwoord.

Ik heb daarbij nog één vraag: als ik de boiler omwikkel met 50 mm glaswol, hoe kan ik dan de warmteverliezen bepalen?

#6

Fred F.

    Fred F.


  • >1k berichten
  • 4168 berichten
  • Pluimdrager

Geplaatst op 30 juli 2011 - 17:44

Je bedoelt dat je om de huidige EPS-isolatie ook nog eens 5 cm glaswol wilt wikkelen?

Aangenomen dat de lambda van glaswol ongeveer 0,04 W/m.K is zal de U dalen van 0,75 naar 0,39 W/m2.K

De gemiddelde A zal toenemen van 2,1 naar 2,4 m2.

Dus c zal toenemen van 411000 naar 692000 s.

Je kunt de eerder genoemde formules gebruiken om met de nieuwe waarde van c opnieuw T2 of t te berekenen, en ook de totaal verloren warmte over een bepaalde tijd t.

Je zult zien dat met de extra laag glaswol het warmteverlies van de boiler zal dalen met 41 %.
Hydrogen economy is a Hype.

#7

Kupke1987

    Kupke1987


  • 0 - 25 berichten
  • 9 berichten
  • Gebruiker

Geplaatst op 13 november 2011 - 21:18

Je bedoelt dat je om de huidige EPS-isolatie ook nog eens 5 cm glaswol wilt wikkelen?

Aangenomen dat de lambda van glaswol ongeveer 0,04 W/m.K is zal de U dalen van 0,75 naar 0,39 W/m2.K

De gemiddelde A zal toenemen van 2,1 naar 2,4 m2.

Dus c zal toenemen van 411000 naar 692000 s.

Je kunt de eerder genoemde formules gebruiken om met de nieuwe waarde van c opnieuw T2 of t te berekenen, en ook de totaal verloren warmte over een bepaalde tijd t.

Je zult zien dat met de extra laag glaswol het warmteverlies van de boiler zal dalen met 41 %.


Hoi,

Ik was zelf ook op zoek naar een manier om boilerverliezen te berekenen en deze blijkt ook door mijn docenten in de smaak te vallen.

Nu heb ik wel nog enkele opmerkingen/vragen:
-Ik heb de berekening niet gecontroleerd maar neemt u ook de grenslaag verliezen mee in rekening?(de grenslaag bij lucht en bij het water)
-Bij het bereken van de warmte inhoud per °C zie ik dat u geen rekening houdt met de massa en de warmte overdrachtscoëfficiënt van het isolerende gedeelte (PUR). Waarom?
-c = W/(U.A) : hoe noemt u zoiets? de totale warmteoverdracht coëfficiënt?
-Ik persoonlijk zoek ook nog de totale warmtestroom door de boiler. Klopt de volgende formule?
Q_w=U*A*ΔT

Alvast bedankt,

Kupke

#8

Fred F.

    Fred F.


  • >1k berichten
  • 4168 berichten
  • Pluimdrager

Geplaatst op 14 november 2011 - 12:25

-Ik heb de berekening niet gecontroleerd maar neemt u ook de grenslaag verliezen mee in rekening?(de grenslaag bij lucht en bij het water)

Nee, die heb ik verwaarloosd om het voor topicstarter jd.home niet te moeilijk te maken. Dit was geen schoolvraagstuk maar een praktijkgeval. De natuurlijke convectie aan de waterzijde zal zo hoog zijn dat dit geen merkbare invloed heeft op de U. Aan de luchtzijde hebben we te maken met twee overdrachten: natuurlijke convectie en straling. Beiden zijn afhankelijk van de buitenwandtemperatuur van de isolatie en die kan alleen door trial-and-error bepaald worden. Het effect van beiden samen zal resulteren in een ongeveer 10 % lagere U. Omdat de U van de isolatie door de topicstarter opgegeven was als: De U-waarde ligt dan tussen 0,66 en 0,84 W/m².K , wat niet bijster nauwkeurig is, heb ik verder gerekend met een gemiddelde U = 0,75 W/m².K zonder de topicstarter te hoeven uitleggen over natuurlijke convectie en straling en hoe die wandtemperatuur te bepalen.

-Bij het bereken van de warmte inhoud per °C zie ik dat u geen rekening houdt met de massa en de warmte overdrachtscoëfficiënt van het isolerende gedeelte (PUR). Waarom?

Je bedoelt: massa en soortelijke warmte.
Isolatie was opgegeven als EPS (niet PUR) wat in feite piepschuim is. Ik schat dat het EPS volume ongeveer 0,1 m3 is met een dichtheid van 20 kg/m3 en een soortelijke warmte van 1300 J/kg.K. Dat is dan slechts 2 kg EPS, meer niet. Bovendien moet je beseffen dat als het water in de boiler 1 graad in temperatuur daalt, de binnenwandtemperatuur van de isolatie ook 1 graad daalt maar de buitenwandtemperatuur niets, dus de gemiddelde isolatietemperatuur daalt dan slechts 0,5 graden. De bijdrage aan W van de isolatie is dus slechts 0,5 * 2 kg * 1300 J/kg.K = 1300 J/K en dat valt volstrekt in het niet bij W = 647000 J/K. Wederom: verwaarloosd om het voor leken niet te moeilijk te maken.

-c = W/(U.A) : hoe noemt u zoiets? de totale warmteoverdracht coëfficiënt?

Nee, want dat is immers U.
Zoals je kunt zien is de dimensie van c seconde en c is dan de tijd die het kost om het temperatuursverschil tussen boiler en buitenlucht met een factor 2,72 (= waarde van e = basis natuurlijke logaritme) te verminderen.

-Ik persoonlijk zoek ook nog de totale warmtestroom door de boiler. Klopt de volgende formule?
Q_w=U*A*ΔT

Dit geeft de warmtestroom door de isolatie van de boiler bij een temperatuursverschil ΔT tussen boiler en buitenlucht.

Websites die de Afkoelingswet van Newton tonen gebruiken een formule met daarin gewoonlijk een k.
Mijn c is de reciproke van die k, dus c = 1/k oftewel k = 1/c
Ik gebruik c omdat ik dat handiger vind want dan krijg je een getalswaarde die niet absurd klein is zoals bij k.
Bovendien kun je aan c een betekenis toekennen als: de tijd die ... (zie boven)
In een ander topic heb ik laatst de afleiding van de formules geplaatst:

Definieer E = energieinhoud van een voorwerp, dan is E = m.Cp.T

Afkoeling: dE/dt = U.A.(To - T)

m.Cp.dT/dt = U.A.(To - T)

dT/dt = (U.A/(m.Cp)).(To - T)

Stel k = U.A/(m.Cp) en c = 1/k = m.Cp/(U.A) = W/(U.A)

dT/(To - T) = k.dt

d(To - T)/(To - T) = -k.dt

Integreren geeft: T2 = To - (To - T1).e-kt

oftewel: T2 = To + (T1 - To).e-t/c

Hydrogen economy is a Hype.

#9

Kupke1987

    Kupke1987


  • 0 - 25 berichten
  • 9 berichten
  • Gebruiker

Geplaatst op 14 november 2011 - 14:11

Nee, die heb ik verwaarloosd om het voor topicstarter jd.home niet te moeilijk te maken. Dit was geen schoolvraagstuk maar een praktijkgeval. De natuurlijke convectie aan de waterzijde zal zo hoog zijn dat dit geen merkbare invloed heeft op de U. Aan de luchtzijde hebben we te maken met twee overdrachten: natuurlijke convectie en straling. Beiden zijn afhankelijk van de buitenwandtemperatuur van de isolatie en die kan alleen door trial-and-error bepaald worden. Het effect van beiden samen zal resulteren in een ongeveer 10 % lagere U. Omdat de U van de isolatie door de topicstarter opgegeven was als: De U-waarde ligt dan tussen 0,66 en 0,84 W/m².K , wat niet bijster nauwkeurig is, heb ik verder gerekend met een gemiddelde U = 0,75 W/m².K zonder de topicstarter te hoeven uitleggen over natuurlijke convectie en straling en hoe die wandtemperatuur te bepalen.Je bedoelt: massa en soortelijke warmte.
Isolatie was opgegeven als EPS (niet PUR) wat in feite piepschuim is. Ik schat dat het EPS volume ongeveer 0,1 m3 is met een dichtheid van 20 kg/m3 en een soortelijke warmte van 1300 J/kg.K. Dat is dan slechts 2 kg EPS, meer niet. Bovendien moet je beseffen dat als het water in de boiler 1 graad in temperatuur daalt, de binnenwandtemperatuur van de isolatie ook 1 graad daalt maar de buitenwandtemperatuur niets, dus de gemiddelde isolatietemperatuur daalt dan slechts 0,5 graden. De bijdrage aan W van de isolatie is dus slechts 0,5 * 2 kg * 1300 J/kg.K = 1300 J/K en dat valt volstrekt in het niet bij W = 647000 J/K. Wederom: verwaarloosd om het voor leken niet te moeilijk te maken.Nee, want dat is immers U.
Zoals je kunt zien is de dimensie van c seconde en c is dan de tijd die het kost om het temperatuursverschil tussen boiler en buitenlucht met een factor 2,72 (= waarde van e = basis natuurlijke logaritme) te verminderen. Dit geeft de warmtestroom door de isolatie van de boiler bij een temperatuursverschil ΔT tussen boiler en buitenlucht.

Websites die de Afkoelingswet van Newton tonen gebruiken een formule met daarin gewoonlijk een k.
Mijn c is de reciproke van die k, dus c = 1/k oftewel k = 1/c
Ik gebruik c omdat ik dat handiger vind want dan krijg je een getalswaarde die niet absurd klein is zoals bij k.
Bovendien kun je aan c een betekenis toekennen als: de tijd die ... (zie boven)
In een ander topic heb ik laatst de afleiding van de formules geplaatst:


Bedankt voor het snelle antwoord. Spijtig genoeg zit ik nog ergens fout met mijn materiaalconstanten. Ik bereik maar een temperatuursvariatie van 1.65°C over een tijdsverloop van 10uur. Deze kan ik best raadplegen bij de fabrikanten waarschijnlijk.

#10

Fred F.

    Fred F.


  • >1k berichten
  • 4168 berichten
  • Pluimdrager

Geplaatst op 14 november 2011 - 14:24

Ik zou zeggen: open een nieuw topic voor jou specifieke geval met jouw gegevens en eventuele berekening.
Hydrogen economy is a Hype.





0 gebruiker(s) lezen dit onderwerp

0 leden, 0 bezoekers, 0 anonieme gebruikers

Ook adverteren op onze website? Lees hier meer!

Gesponsorde vacatures

Vacatures