關於部落格
分享心情的點點滴滴
  • 145068

    累積人氣

  • 4

    今日人氣

    1

    追蹤人氣

來談談加溫棒的加熱效率...

首先要說的是,加溫棒的加熱效率,不管是是什麼廠牌,都趨近於100% 所以天底下不會有「比較浪費電」的加溫棒 只會有「沒辦法到達指定溫度」的加溫棒 為什麼加溫棒的加熱效率趨近於100%? 因為,無論是何種形式的能量,最終都會轉換成熱能 舉例來說,汽車燃燒汽油產生動力 可能只有20%的能量轉成動能,其他80%都轉成熱能 而這20%的動能,在行駛的過程中還會不斷經由風阻轉換成空氣擾動、再轉為熱能 所以車子必需要不停的燃燒汽油補充耗損的動能,才能維持往前行進 而所有耗掉的能量,最終全部都會轉換成熱能 幾乎所有的人造機械,都努力的想要避免產生無用的熱能以提高效率 只有加溫棒以產生熱能為唯一目的,效率當然高囉 (笑) 加溫棒的原理,是利用一些電阻比一般銅導線高的材料(如鎳鉻線)來發熱 過程中唯一的耗損,就是在銅導線內轉換出來的熱能(插頭-電線未到加溫棒本體這一段) 因為沒有泡在缸內,所以對缸內的加溫沒有幫助 但是這部分的耗損非常的小,因此若單就加溫棒而言,其加熱效率趨近於100% 所以自然也就沒有什麼「哪個廠牌的加溫棒效率比較高」這種事 因為大家的效率都是一樣趨近於100% 那麼,加溫棒的電,又都是耗到哪裡去了呢? 當你把加溫棒放進缸裡插上插頭 第一件耗電的事情,當然就是把缸內溫度加到你想要的溫度囉 以一個水量60L的魚缸為例,假如原水溫20度,你想加到28度 而加溫器有100W 共需要60L * 1000cc/L * (28-20) = 48萬卡的熱量 而100W的加熱器每秒能提供100j / 4.18j/cal = 23.9卡的熱量 所以在絕熱的情況下,總共需要48萬卡/每秒23.9卡 = 20083秒 = 334分鐘 = 5小時34分才能夠達到設定溫度,耗費0.56度的電能 但是實際上加熱到設定溫度所需的時間,一定會長很多 因為魚缸並不是絕熱的環境,溫度慢慢上升之後魚缸和周圍環境會產生溫差 只要有溫差就會有熱能流失,而且魚缸溫度越高,溫差就越大,熱能流失也就最快 所以溫度上升的速度會越來越緩慢,假如加溫器的功率不夠,(例如標示不實) 甚至可能在達到設定溫度前就已經先達到熱平衡(產生的熱量=流失的熱量) 使得魚缸無論加熱多久都無法達到指定的溫度 舉例來說,假如你的魚缸+加溫棒的組合,最多能夠製造10度的溫差 你的設定溫度是28度,那麼在室溫介於28~18度之間時 魚缸都能夠到達28度的設定溫度 但若是室溫降到17度,那麼加溫棒即使連續運轉,也只能達到27度而已... 加溫棒真正耗電的地方就在於此 溫差越大時,熱能流失越快,加溫棒就必須增加運轉時間以維持溫度 若是要省電,就要將溫度設定低一點,例如定在26度而不是28度 不過若是天氣真的很冷,耗電量其實都很大,80步笑100步而已 算是養魚無法避免的支出吧 再來是功率如何選擇的問題 有的人可能會以水量為基準,不過你會發現一個很有趣的事情 20L需要50W的加溫棒才夠撐過寒流 (夜間室溫12度!= =) 但是60L的魚缸似乎並不需要50W * 3 = 150W這麼高的瓦數... 若是160公升的缸,50W * 8 = 400W也太大了一點!有沒有這麼誇張! 你會發現,越大的缸往往建議加溫棒的瓦數越是跟水量不成比例的低 到底是怎麼回事呢? 其實這跟熱傳導的原理有關,加溫棒最主要的耗電都在補充流失的熱能 熱能傳導的速率除了跟溫差梯度成正比之外,還跟截面積成正比 對魚缸來說,就是魚缸的表面積啦! 所以加溫棒所需的功率,其實是跟魚缸的表面積成正比,而不是跟體積成正比! 表面積大約是二次方成長,體積大約是三次方成長 所以才會有這種乍看之下加溫器功率和魚缸容量不成比例的現象 假如20L魚缸的尺寸是40x25x20,160L的魚缸是90x45x40 那麼表面積分別是3800cm2和18900cm2,比率約是1:5 在20L魚缸使用50W加溫棒的效果,大約相當於在160L魚缸使用250W的加溫棒 假如你家不像我家冬天這麼冷,那麼200W可能就綽綽有餘了!     附錄:加溫棒耗電模擬   模擬條件: 水量:160L 背景溫度:23度 設定溫度:28度 溫度窗口:+-1度 模擬時間:六小時半 熱量流失速率:120cal/每度溫差/每分鐘 (這是之前測我的3尺缸估計出來的,估計方法可以參考普物實驗課本)   比較200W(綠線)及1000W(藍線)加溫棒 使用牛頓冷卻定律來模擬溫度變化、熱量流失、耗電量等等...   最初的六個半小時,兩組的溫度變化
  同上,兩組的熱量流失曲線
  使用200W加溫棒,在六個半小時內的熱量流失為147KCal,1000W則為230KCal     接下來做另一組,同樣是200W和1000W,環境溫度則稍低 做七天,比較熱量流失及耗電量   背景溫度:20度 設定溫度:28度 模擬時間:七天   七天的溫度變化
  熱量流失曲線
  200W組共流失9421KCal熱量,1000W組流失9605KCal熱量   耗電曲線
  200W組七天耗電12.29度 1000W組12.55度 耗電的差異只有小數點零頭的差別     最後一組是一個月耗電量模擬,環境溫度20度 (1) 200W,設定28度 (2) 1000W,設定28度 (3) 200W,設定26度 (4) 1000W,設定26度   模擬結果: (1) 49.31度 (2) 49.35度 (3) 37.04度 (4) 36.95度   兩組200W與1000W的差異都在小數第二位之後,可以忽略 而設定溫度28度的耗電量明顯高於26度
相簿設定
標籤設定
相簿狀態