Tryk for at se fuld format

Varmeoverføring
Overalt, hvor der er forskellige temperaturer i naturen, vil der finde en udligning sted. Naturen sørger for at skabe balance mellem varme og kulde.
Lukker man for radiatoren i et værelse, vil der efter nogen tids forløb være samme temperatur inde som ude. Stopper man oliefyret på en kedel, vil kedelvandstemperaturen efter en tids forløb få samme temperatur som luften i kedelrummet.

Varme kan overføres eller forplantes på flere måder:

Strålingsvarme kender man fra solens udstråling eller fra en brødristers glødende varmetråde. Dette er den lyse strålevarme. Nærmer man hånden til en varm radiator, kan man mærke en varmeudstråling, før man rører ved radiatoren. Dette er en mørk varmestråling. Begge former for strålevarmeoverføring finder sted inde i kedlernes forbrændingskammer, hvor flammen dannes.

Konvektionsvarme kendes fra hårtørrerens varme luft, som rammer hovedbunden, eller fra de varme røggasser som strømmer ud gennem bilens udstødningsrør og rammer benet. Denne form for varmeoverføring finder sted, når de varme røggasser rammer kedlernes indvendige overflader, hedefladerne eller røgrørene. Varmeledning, som kendes fra forsøg med at holde f.eks. en kobbertråd ind i en flamme. Efter et kort øjeblik mærker man, at varmen er vandret gennem tråden og op til hånden, som holder tråden.
Denne form for varmeoverføring sker, når varmen ledes gennem kedlens vægge og ind i kedelvandet.

Som enhed for varmeoverføring bruges:
Kcal/m²/h/°C eller W/m²/°C

Vands opvarmning
Begrebet varmemængde opstår f.eks., når man opvarmer 1 kg vand fra 14°C til 15°C.
Man må tilføre vandet en vis varmemængde for at få hævet vandets temperatur.
Hvis man omvendt afkøler 1 kg vand fra 15°C til 14°C, afgiver vandet en vis varmemængde.
Begge forhold eksisterer ved de oliefyrede centralvarmeanlæg. I kedlen tilføres kedelvandet en vis varmemængde, og ude på forbrugsstederne (radiatorerne) afgiver det varme kedelvand en del af varmen.

Mindste måleenhed for varmemængder er 1 kalorie (I cal) 1 cal = den varmemængde, der skal bruges til at opvarme 1 gram vand 1°C.

Denne enhed er normalt for lille til praktisk brug ved varmeanlæg. Derfor bruger man en enhed som er 1.000 gange større, nemlig: kilokalorie (kcal).
1 kcal = den varmemængde, der skal bruges til at opvarme 1 kg (1.000 g) vand 1°C.

Arbejder man med større varmemængder, bruges ofte enheden megakalorie (Mcal), som er 1.000 gange større end kcal.
Ved endnu større varmemængder bruges gigakalorier (Gcal), som er 1.000 større end Mcal.

Endvidere bruges begrebet joule (J) eller det 1.000 gange større kilojoule (kJ).
1 kcal = 4,2 kJ

Centralvarmekedlers kapacitet, dvs. den varmemængde, som kedlen skal kunne afgive, anføres ofte i kW = kilowatt.
Forholdet mellem kcal pr. time (kcal/h) er: 1kW = 860 kcal og 1kWh = 860 kcal/h

Af ovenstående kan man udlede, at ønsker man større vandmængde opvarmet, bruges 1 kcal pr. kg vand, og ønsker man at opvarme vandet mere end 1°C, bruges 1 kcal pr. °C, vandet opvarmes. Dette kan opstilles som en formel med følgende ordlyd:
Varmemængde = vandmængde x temperaturændringen eller Q = m x t, hvor :
Q = varmemængden i kcal
m = mængden i kg
t = temperaturændringen (t₂ - t_l)

Eks: 400 kg vand ønskes opvarmet fra 40 til 80°C.

Hvor mange kcal og hvor meget olie skal der bruges?

Q = M X (t₂ - t_l)
Q = 400 x (80 - 40) = 400 x 40 = 16.000 kcal

Olieforbrug = varmemængden
oliens brændværdi

16.000 kcal
Olieforbruget = 10.000 kcal = 1,6 kg

Varmefylde
Ikke alle stoffer kræver den samme varmemængde (Q) for at ændre temperaturen 1°C pr. kg. Dette indebærer, at der ved beregning af varmemængder for andre stoffer end vand må indføres endnu et led i Q-formlen nemlig stoffets varmefylde (cp), således at den fuldstændige formel lyder:

Q = m x t x cp,

Idet man ved et stofs varmefylde forstår:
Den varmemængde, der skal tilføres 1 kg af stoffet for at opvarme det 1°C.

Måling af varmemængder
Kaloriemåler
Kaloriemålere består i princippet af en vandmåler, som er koblet sammen med et kalorie- målehoved, som automatisk ganger temperaturdifferencen (t₁ – t₂) med den vand- mængde (m³), som har passeret.

Kaloriemålere måler altså direkte, hvor megen varme, Gcal, vandet har optaget inde i kedlen. Via de to temperaturfølere, t₁ og t_2, får kaloriemålehovedet besked om den aktuelle temperatur- difference mellem fremløb og returløb.

Eks.
Fremløb t₁ = 80°C
Returløb t₂ = 60°C
Vandmængde = 3.000 m³ (3.000.000 liter)
Varmemængde = (80-60) x 3.000.000 x 1 = 60.000.000 kcal = 60 Gcal

Varmeudvidelse
Stort set, vil alle væsker, luftarter og stoffer udvide sig ved opvarmning og blive mindre (krybe) ved afkøling
Vand opfører sig godt nok lidt sært ved lave temperaturer. Vand fylder mindst ved + 4°C, dvs. at vand vil udvide sig fra 4°C og nedefter og ligeledes udvide sig ved opvarmning fra + 4°C og opefter.

Vandets udvidelse i forhold til dets temperatur fremgår af diagrammet.

Varmeanlæg skal være udstyret med en ekspansionsbeholder, som kan optage vandets udvidelse under opvarmninger.

Luftarter udvider sig med ca. 0,003663 for hver °C, de opvarmes.
Opvarmes 1 Nm³ luft til 273°C vil den fylde:
1 + (273 x 0,003663) = 2 m³ . Dette er basis for naturligt skorstenstræk.

Stoffer (faste legemer), herunder jern, udvider sig også, når de opvarmes.
Et 10 meter langt jernrør vil således blive ca. 12 mm længere, når det opvarmes 100°C.
Derfor skal man sørge for, at lange varmeførenderør udstyres med de fornødne ekspansionsbøsninger og bøjninger.