Senda inn spurningu
Sólin Sólin Rís 05:22 • sest 21:31 í Reykjavík
Tunglið Tunglið Rís 23:11 • Sest 05:11 í Reykjavík
Flóð Flóð Árdegis: 06:38 • Síðdegis: 18:56 í Reykjavík
Fjaran Fjara Árdegis: 00:39 • Síðdegis: 12:46 í Reykjavík
Visit the English version

Flokkun:

Náttúruvísindi og verkfræði Orkumál
Náttúruvísindi og verkfræði Eðlisfræði: í daglegu lífi

Ef 80°C heitt vatn sem nýtt er til hitunar kólnar um 25% eykst þá vatnsþörfin um þriðjung ef halda á sama hitastigi og áður?

Þorsteinn Vilhjálmsson

Svarið er nei; þetta er engan veginn svona einfalt og til þess liggja nokkrar ástæður.

Spyrjandi virðist hugsa sér að vatnið kólni um 25% af 80°C eða væntanlega um 20°C. Þess konar prósentureikningur er hins vegar í rauninni ónothæfur um hitabreytingu, eða hvernig ættum við þá til dæmis að lýsa breytingu úr 10 stiga hita í 20 stiga frost?

Varmafræði er ein af undirgreinum eðlisfræðinnar og varð til og mótaðist á 19. öld. Samkvæmt henni stafar hiti af hreyfingum efniseinda og orkan í þessum hreyfingum er í beinu hlutfalli við hitann miðað við alkul, svokallaðan alhita (absolute temperature) eða Kelvinhita sem er mældur í kelvínum (K). Frostmark vatns, sem Selsíuskvarðinn er miðaður við, kemur þarna ekkert við sögu.

Venslin milli kelvína og selsíusstiga eru í rauninni einföld:
hiti í kelvínum (K) = hiti í selsíusstigum (°C) + 273,14
Af þessu má sjá að
0 K = -273,14°C
og það er svokallað alkul; ekkert efni getur orðið kaldara en það.

Þegar vatn kólnar úr 80°C í 60°C lækkar alhiti þess samkvæmt þessu úr um það bil 353 K í um það bil 333 K eða um tæp 6% í kelvínum og orka vatnssameindanna minnkar í því hlutfalli. Við sjáum í leiðinni að þessum prósentureikningi getum við líka beitt viðstöðulaust í dæminu sem nefnt var hér á undan um lækkun úr +10°C í -20°C (úr 283 K í 253 K).

En með þessum hlutfallareikningi um orkuinnihald vatnsins er ekki öll sagan sögð um vatnsþörf og slíkt.

Hitaveita Hlíðamanna.

Heita vatnið í mörgum hitaveitum hér á landi er, eins og spyrjandi hefur greinilega í huga, um það bil 80-90°C þegar það kemur inn í húsið sem á að hita. Í hitakerfi hússins lækkar hiti þess niður í 35-40°C. Varmaorkan sem vatnið skilar til hússins er í hlutfalli við þennan hitamun en ekki hitann sjálfan, hvort sem hann er reiknaður í selsíusstigum eða kelvínum.

Hugsum okkur að hitaveituvatn sem fer inn í tiltekið hús hafi verið 80°C heitt og hafi kólnað niður í 40°C í húsinu. Hiti inntaksvatnsins frá hitaveitunni lækki síðan í 60°C en hiti úttaksvatnsins haldist óbreyttur. Hitamunurinn hefur þá helmingast og á móti þarf tvöfalt meira vatn á tímaeiningu til að halda sama hita í húsinu.

Hér er þó enn þess að geta að hönnun hitakerfa í húsum er yfirleitt meðal annars miðuð við hitastig vatnsins. Húseigandi sem yrði fyrir þeirri breytingu sem hér var lýst gæti nýtt vatnið betur til dæmis með því að stækka ofna og stuðla að því að úttaksvatnið verði kaldara. Þannig mundi það muna talsverðu ef honum tækist að nýta vatnið í húsinu niður í 30-35°C í stað 40°C.

Mynd:

Höfundur

Þorsteinn Vilhjálmsson

Þorsteinn Vilhjálmsson

prófessor emeritus, ritstjóri Vísindavefsins 2000-2010 og ritstjóri Evrópuvefsins 2011

Útgáfudagur

20.3.2003

Spyrjandi

Guðmundur Ólafsson

Efnisorð

Tilvísun

Þorsteinn Vilhjálmsson. „Ef 80°C heitt vatn sem nýtt er til hitunar kólnar um 25% eykst þá vatnsþörfin um þriðjung ef halda á sama hitastigi og áður?“ Vísindavefurinn, 20. mars 2003. Sótt 24. apríl 2024. http://visindavefur.is/svar.php?id=3264.

Þorsteinn Vilhjálmsson. (2003, 20. mars). Ef 80°C heitt vatn sem nýtt er til hitunar kólnar um 25% eykst þá vatnsþörfin um þriðjung ef halda á sama hitastigi og áður? Vísindavefurinn. Sótt af http://visindavefur.is/svar.php?id=3264

Þorsteinn Vilhjálmsson. „Ef 80°C heitt vatn sem nýtt er til hitunar kólnar um 25% eykst þá vatnsþörfin um þriðjung ef halda á sama hitastigi og áður?“ Vísindavefurinn. 20. mar. 2003. Vefsíða. 24. apr. 2024. <http://visindavefur.is/svar.php?id=3264>.

Chicago | APA | MLA

Þessi síða notar vafrakökur Nánari upplýsingar

Ég samþykki
Spyrja

Sendu inn spurningu LeiðbeiningarTil baka

Hér getur þú sent okkur nýjar spurningar um vísindaleg efni.

Hafðu spurninguna stutta og hnitmiðaða og sendu aðeins eina í einu. Einlægar og vandaðar spurningar um mikilvæg efni eru líklegastar til að kalla fram vönduð og greið svör. Ekki er víst að tími vinnist til að svara öllum spurningum.

Persónulegar upplýsingar um spyrjendur eru eingöngu notaðar í starfsemi vefsins, til dæmis til að svör verði við hæfi spyrjenda. Spurningum er ekki sinnt ef spyrjandi villir á sér heimildir eða segir ekki nægileg deili á sér.

Spurningum sem eru ekki á verksviði vefsins er eytt.

Að öðru leyti er hægt að spyrja Vísindavefinn um allt milli himins og jarðar!

=

Senda grein til vinar

=

Ef 80°C heitt vatn sem nýtt er til hitunar kólnar um 25% eykst þá vatnsþörfin um þriðjung ef halda á sama hitastigi og áður?
Svarið er nei; þetta er engan veginn svona einfalt og til þess liggja nokkrar ástæður.

Spyrjandi virðist hugsa sér að vatnið kólni um 25% af 80°C eða væntanlega um 20°C. Þess konar prósentureikningur er hins vegar í rauninni ónothæfur um hitabreytingu, eða hvernig ættum við þá til dæmis að lýsa breytingu úr 10 stiga hita í 20 stiga frost?

Varmafræði er ein af undirgreinum eðlisfræðinnar og varð til og mótaðist á 19. öld. Samkvæmt henni stafar hiti af hreyfingum efniseinda og orkan í þessum hreyfingum er í beinu hlutfalli við hitann miðað við alkul, svokallaðan alhita (absolute temperature) eða Kelvinhita sem er mældur í kelvínum (K). Frostmark vatns, sem Selsíuskvarðinn er miðaður við, kemur þarna ekkert við sögu.

Venslin milli kelvína og selsíusstiga eru í rauninni einföld:
hiti í kelvínum (K) = hiti í selsíusstigum (°C) + 273,14
Af þessu má sjá að
0 K = -273,14°C
og það er svokallað alkul; ekkert efni getur orðið kaldara en það.

Þegar vatn kólnar úr 80°C í 60°C lækkar alhiti þess samkvæmt þessu úr um það bil 353 K í um það bil 333 K eða um tæp 6% í kelvínum og orka vatnssameindanna minnkar í því hlutfalli. Við sjáum í leiðinni að þessum prósentureikningi getum við líka beitt viðstöðulaust í dæminu sem nefnt var hér á undan um lækkun úr +10°C í -20°C (úr 283 K í 253 K).

En með þessum hlutfallareikningi um orkuinnihald vatnsins er ekki öll sagan sögð um vatnsþörf og slíkt.

Hitaveita Hlíðamanna.

Heita vatnið í mörgum hitaveitum hér á landi er, eins og spyrjandi hefur greinilega í huga, um það bil 80-90°C þegar það kemur inn í húsið sem á að hita. Í hitakerfi hússins lækkar hiti þess niður í 35-40°C. Varmaorkan sem vatnið skilar til hússins er í hlutfalli við þennan hitamun en ekki hitann sjálfan, hvort sem hann er reiknaður í selsíusstigum eða kelvínum.

Hugsum okkur að hitaveituvatn sem fer inn í tiltekið hús hafi verið 80°C heitt og hafi kólnað niður í 40°C í húsinu. Hiti inntaksvatnsins frá hitaveitunni lækki síðan í 60°C en hiti úttaksvatnsins haldist óbreyttur. Hitamunurinn hefur þá helmingast og á móti þarf tvöfalt meira vatn á tímaeiningu til að halda sama hita í húsinu.

Hér er þó enn þess að geta að hönnun hitakerfa í húsum er yfirleitt meðal annars miðuð við hitastig vatnsins. Húseigandi sem yrði fyrir þeirri breytingu sem hér var lýst gæti nýtt vatnið betur til dæmis með því að stækka ofna og stuðla að því að úttaksvatnið verði kaldara. Þannig mundi það muna talsverðu ef honum tækist að nýta vatnið í húsinu niður í 30-35°C í stað 40°C.

Mynd:...