Die zum Erhitzen von Wasser mit Dampf erforderliche Dampfmenge hängt von vielen Faktoren ab, darunter Dampfdruck, Temperatur, Zieltemperatur des heißen Wassers, Wärmeübertragungseffizienz und Wärmeverlust des Systems. Nachfolgend sehen Sie eine vereinfachte Berechnungsmethode unter der Annahme, dass es sich bei der Dampffreisetzung hauptsächlich um latente Wärme handelt und keine nennenswerten Wärmeverluste auftreten:
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Grundformel:
Q=mHeißwasser⋅c⋅ΔT+mHeißwasser⋅L(wenn Heißwasser verdampft werden muss)Q = m_{\text{Heißwasser}} \cdot c \cdot \Delta T + m_{\text{Heißwasser}} \cdot L \quad (\text{wenn Heißwasser verdampft werden muss})
In:
- QQ : Gesamtkalorienbedarf (Kilojoule, kJ)
- mHeißes Wasserm_{\text{Heißes Wasser}} : Masse des heißen Wassers (kg), 1 Kubikmeter heißes Wasser ≈ 1000 kg (bei einer angenommenen Dichte von ca. 1 g/cm³)
- cc : Die spezifische Wärmekapazität von Wasser beträgt etwa 4,18 kJ/(kg·℃)
- ΔT \Delta T : Anstiegswert der Warmwassertemperatur (℃)
- LL : Latente Verdampfungswärme von Wasser (kJ/kg, vernachlässigbar, wenn keine Verdampfung stattfindet)
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Wärme durch Dampf： Die vom Dampf freigesetzte Wärme stammt hauptsächlich aus seinerLatente Kondensationswärme(latente Verdampfungswärme) und möglicheSpürbare Wärme. Zum Beispiel:
- Die Verdampfungswärme von gesättigtem Dampf (0,1 MPa, 100 °C) beträgt ungefähr 2257 kJ/kg.
- Wenn die Temperatur nach der Kondensation des Dampfes weiter sinkt, wird fühlbare Wärme freigesetzt (berechnet nach der spezifischen Wärmekapazität von flüssigem Wasser).
Dampfvolumenberechnung:
msteam = Q latente Wärme des Dampfes + fühlbare Wärme (sofern vorhanden)m_{\text{steam}} = \frac{Q}{\text{latente Wärme des Dampfes} + \text{fühlbare Wärme (sofern vorhanden)}}
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Vereinfachtes Beispiel: Annahmen:
- Es ist notwendig, 1 Kubikmeter (1000 kg) Wasser von 20 °C auf 80 °C zu erhitzen (ohne zu verdampfen).
- Der Dampf ist gesättigter Dampf mit 0,1 MPa und es wird nur die latente Wärme (2257 kJ/kg) berücksichtigt.
- Der Wirkungsgrad des Wärmeaustauschs beträgt 100% (der Wirkungsgradverlust muss in der Praxis berücksichtigt werden).
Kalorienbedarf:
Q=1000⋅4,18⋅(80−20)=250.800 kJQ = 1000 \cdot 4,18 \cdot (80 - 20) = 250.800 \, \text{kJ}
Benötigte Dampfmenge:
m Dampf = 250,8002257≈111 kg m_{\text{Dampf}} = \frac{250,800}{2257} \approx 111 \, \text{kg}
Daher ungefähr 111 kg Dampf.
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Praktische Überlegungen:
- Wärmeübertragungseffizienz: Im tatsächlichen System kann die Effizienz des Wärmetauschers 80%-95% betragen und es ist zusätzliches Dampfvolumen erforderlich.
- Dampfzustand: Die latente Wärme und die fühlbare Wärme von Hochdruck- oder überhitztem Dampf sind unterschiedlich, und es ist notwendig, basierend auf bestimmten Parametern eine Tabelle (z. B. eine Dampftabelle) nachzuschlagen.
- Wärmeverlust： Die Wärmeableitung von Rohren und Geräten erhöht den Dampfbedarf.
- Kondensatrückgewinnung：Wenn die Wärme des Kondenswassers zurückgewonnen wird, kann der Dampfverbrauch gesenkt werden.
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