Книги по аквариумистике

Нагрев

Стандартная ситуация для большей части аквариумов такова: в аквариумах с теплой водой при помощи нагревателя поддерживается постоянная температура, которая выше, температуры в помещении. Расположенная ниже диаграмма показывает потребность в мощности нагрева аквариума при различных смещениях температуры по отношению к окружающей среде.

Необходимая мощность нагревателя в зависимости от размеров аквариума и оптимальная разница температур между аквариумом и помещением

При этом, прежде всего нужно обращать внимание на два различных условия.

1. Равновесие между получаемым и отдаваемым теплом.

Нагреватель должен получить то количество тепла, которое вода отдала в пространство в форме теплового излучения. Отклонение температуры воды от заданной температуры проверяется термостатом. Термостат автоматически включает нагреватель, если достигнута нижняя температурная граница. Большая часть термостатов имеет разницу для выключения ±1 °С. Это означает, что нагреватель от нижней точки включения до верхней точки выключения должен нагревать воду на 20 °C. Из этого рассчитывается равновесное количество тепла.

2. Нагрев воды до верхней точки включения равняется энергии, необходимой для повышения температуры до заданного значения.

Это можно сравнить с энергией, которая необходима, для того чтобы автомобиль, двигающийся с постоянной скоростью и энергией, внезапно ускорить.

Эти взаимодействия (связи) можно обобщить следующим образом. Прежде всего, становится ясно, что тепловое излучение или потеря тепла длятся долго, следовательно, и время, в течение которого работает нагреватель, длительно. Потери полученной энергии зависят, прежде всего, от теплоизоляционной способности стола и аквариума. Размер этих потерь свидетельствует о переходе тепла через стекло в окружающее пространство. Чем лучше изолирован аквариум, тем меньше излучается тепла. Однако, если все стороны аквариума открыты для обозрения, то есть не изолированы, то аквариум отдает много тепла. Теплопроводность материала определяется величиной «лямбда», которая измеряется как W/m x K. При этом «т» означает толщину стенки, то есть толщину стекла в метрах (12 мм = 0,012 м), а К означает разницу температур между водой и окружающим воздухом. Типичные значения для «лямбда» приводятся в расположенной ниже таблице. Наряду с теплопроводностью материала важным критерием является переход тепла от внешней стенки стекла в окружающую среду. Это характеризуется коэффициентом теплопередачи «альфа», который составляет примерно 7 ккал/м² час К или 8,12 Вт/м² К (калория не является единицей измерения в системе «СИ»).

Теплопроводность различных материалов

Из значения «лямбда» и «альфа» рассчитывается значение К Вт/м²К. Итак, значение К для стекла толщиной 12 мм равно 7,25 Вт/м²К. Если, например, столитровый аквариум с размером 0,63 м x 0,4 с поверхностью 1,32 м² имеет разницу температур 1 °С, то потеря тепла в аквариуме вычисляется по формуле

Q=7,25 Вт/м² x 132 м² x 1К = 10 Вт

или при разнице температур 5 °С

Q=7,25 Вт/м² х 1,32 м² х 5К = 50 Вт

Теперь представим себе, что нижняя точка включения регулятора была достигнута, и нагреватель опять включается. Если мы включаем нагреватель с мощностью 50 Вт при температуре окружающего пространства на 5 °C ниже, чем вода в аквариуме, to мы всего лишь исключили бы дальнейшее снижение температуры воды. При такой мощности нагрева мы не могли бы даже подогреть воду. Какая мощность нагрева нужна нам, для того чтобы температура достигла верхней точки? Количество тепла, равное 1 ккал, необходимо, чтобы один литр воды в течение часа нагрелся на 1 °С. В нашем расчетном примере мы хотели 100 литров нагреть на 2 °С, так как точка выключения регулятора лежит на 2 °С выше, чем точка включения. Наша расчетная задача означает, что

Q = m x ΔT x c = 100 кг x 2 К x 1,163 Вт/кг К = 233 Вт/ч

Так как мы увеличиваем нагрев в течение некоторого времени, чтобы не подвергать животных внезапному изменению температуры, то верхняя точка выключения регулятора должна достигаться только спустя 2 часа. Поэтому нам необходима мощность нагрева 116,5 Вт для повышения температуры в течение 2 часов.

Чтобы фактически рассчитать используемую мощность нагрева, мы должны энергию потерь тепла (50 Вт) и энергию необходимую для повышения температуры просуммировать и получить общую мощность 166,5 Вт. Если будем проводить нагрев в течение 3 часов, то необходимая мощность нагрева уменьшится 50 Вт + 233/3 Вт = 128 Вт. (Для напоминания: эта величина основывается на разнице температур между водой и воздухом 5 °C). Слишком быстрый рост температуры, как уже упоминалось нежелателен. Но нужно выбирать не слишком длительное время, так как есть опасения, что принятые в рамках величины изменяются. Что, например, произойдет, если в зимний отпуск из-за экономии энергии нагрев помещения опустится на 10 °C? Разница между температурой воды и помещения составит 15 °C, так что тепловое излучение аквариума экстремально изменится. При мощности нагрева, которую мы в последнем примере рассчитали на основании разницы температуры воды 5 °С, температура воды стала бы равной 15 °С, что, конечно, слишком мало. Если мы сделаем расчеты по первому уравнению при разнице температур в 15 °С, то мы установим, что нуждаемся в 150 Вт только дли того, чтобы держать температуру воды. Необходимая мощность нагрева за 3 часа составила бы 150 Вт + 233/3 Вт = 228 Вт, то есть на 100 Вт больше чем в последнем расчетном примере. Для такого времени нужно было бы вводить дополнительно второй нагреватель. Излучение тепла аквариумом определяется, конечно, видом аквариумных стенок. Тепловое излучение может уменьшиться, если неиспользуемые смотровые стекла хорошо изолировать.

Предыдущая || Следующая || Оглавление