Hur mycket kyls en yta av per tidsenhet av ett luftflöde?

Det var svårt att fånga vad jag vill ha reda på med rubriken så jag ska utveckla.

Jag äger en lägenhet som har varmvattenelement. Värmen kommer från en varmvattenberedare i källaren och rören är ihopkopplade med grannarnas element, så som jag antar det vanligen är.
Jag gillar värme, och ibland när jag bor där så får jag komplettera med el-element.
Jag gillar också pengar och elen kostar men varmvattnet är gratis.

Vad jag funderade på då är att kapsla in elementen i, för att förklara enkelt, en låda som är öppen upptill och nedtill.
Underifrån vill jag bygga en såkallad "grej", likt en kanal som riktar luft från en fläkt, förslagsvis en datorfläkt, uppåt, i ett så nära laminärt flöde möjligt som går över elementet inom inkapslingen.

Från detta önskar jag vinna två saker. Främst kommer mer värme från elementet att överföras till rummet och sen kommer det då kallare vattnet som återcirkulerar att säga till termostaten i källaren att det är kallare än det egentligen är så att varmvattenberedaren höjer tempersturen på vattnet.

Om man bortser från att det kallare återcirkulerade vattnet säger till källarmackapären att höja temperaturen på utgående vatten, och säger att elementets temperatur är konstant, vilket det förvisso kanske skulle bli ändå, så vill jag ha reda på hur mycket effektivare uppvärmning jag skulle kunna få med detta.

Ett förenklat exempel som jag tror är applicerbart är att om vi har en platta med en yta och en temperatur som är högre än omgivningen.
Hur mycket snabbare kyls den ned, hur mycket, av ett luftflöde med någon storhet, över ytan, än utan luftflöde.

Alltså, säg att jag har en plåtbit av stål med en area på 10 x 10 cm och en tjocklek på whatever som är 100 grader varm i ett rum med en temperatur på 20 grader.
Hur lång tid tar det innan plåtbiten når 50 grader?

I samma fall, men med ett luftflöde över båda sidorna på låt säga 20 m/s, hur snabbt går det då?

Är jag tydlig?
Har jag något fel?
Tankar om hela idén?
Har jag missat någon faktor?
Går det att göra bättre?

Man skulle ju kunna fästa metall på elementet också för att öka ytan, likt kylflänsar. Eller fuska och koppla bort elementet och dra varmvattenflödet till någonting annat med större yta. Men det finns det nog lagar mot skulle jag tro.

Tack på förhand!

Personligen så tror jag du över designar elementet på det där sättet.

Om du istället sätter en reglerbar extra fläkt i utsuget så skapar du ju ett snabbare luftflöde i hela lägenheten. Kompletterar du också ditt element med flänsar så får du snabbare överföring av värmen i elementet till luften.

Om du däremot får en varmare lägenhet genom att göra så är tvivelaktigt, kan fungera.. ingen aning.

Att överdesigna det ser jag inget problem med, och jag tänkte ändå sätta skytt över då elementen är fula.

Njeee, utsuget är uppe vid taket så då skulle hela rummet bli kallare istället av samma anledning som om jag hade öppnat fönster och skapat korsdrag. Då är det bättre att täppa igen ventilen ut.

Flänsar är dock ett bra tips så det ska jag fundera på, men jag vill ändå ha reda på hur effektivt en fläkt vore. De fyller ju egentligen samma funktion. Kontaktyta mot luft per tid.

Det är klart det funkar. Om jag blåser luft på elementet så kommer vattnet som återcirkuleras att bli kallare. Frågan är hur mycket.

Så du vill återcirkulera luften i rummet och bara göra den varmare hela tiden? Hur effektivt elementet är står ju i manualen för elementet.. Lite olika beroende på design osv

Nej, jag vill att så mycket värme som möjligt överförs från elementet till luften. Alltså, jag vill kyla det med ett luftflöde så att varmvattnet som försvinner tillbaka ner till varmvattenberedare blir kallare än om jag inte hade kylt elementet med ett luftflöde.

I princip har jag ett varmvattenrör som går genom rummet. Vattnet som kommer in är låt säga 40 grader och vattnet som går ut är låt säga 30 grader.
Temperaturen i rummet är låt säga 20 grader då det inte är perfekt isolerat mot utsidan som är låt säga 10 grader.

Jag vill att så mycket energi som möjligt av det inkommande 40-gradiga vattnet ska stanna i rummet, vilket innebär att vattnet som går ut måste vara kallare.

För att överföra mer av värmen från röret till rummet så måste jag öka en enhet varmvattens kontaktyta mot luften över tid.
T.ex. genom att sätta kylflänsar på röret. Jag kan förlänga röret inom rummet. Jag kan låta flödet gå fortare och jag kan låta mer luft komma i kontakt med röret.

Så om vattnet från röret in i rummet är 40 grader och 30 grader ut från rummet så kan jag blåsa på röret så mer sval luft kommer i kontakt med det varma röret och då värms upp. Då blir vattnet ut lägre än 30 grader eftersom värmeöverföringen inte endast sker till redan varm stillastående luft runt röret, utan till mer luft som är svalare som flödar. Vilket är detsamma som att ha en större kontaktyta.

Det är samma sak att ha ett element med större kontaktyta som att ha ett mindre element med ett större flöde över. "Kontaktytan" är hur mycket kontakt källan har med sin omgivning, över tid, eftersom värmeöverföring tar tid.
Gör du källan större så blir kontakten med omgivningen större och mer energi överförs än under samma tid med en mindre källa.
Likadant så överför en källa mer energi till sin omgivning om de rör sig relativt varandra, än om de stod stilla, eftersom mer omgivning kommer ha kontakt med källan under samma tid.

Optimalt vore om utgående temperatur var den temperaturen jag ville ha i rummet. Så det kan ju aldrig bli varmare än inkommande temperatur.

Elementets effektivitet beror på vad man ställer in termostaten på. Den reglerar sedan effekten efter temperaturen på det återcirkulerade vattnet, så om det är svinkallt utomhus och det återcirkulerade vattnet är 15 grader så fattar varmvattenberedaren att den ska höja utgående temperatur till elementen så rummen värms upp mer, vilket den ser när mindre värme hunnit överföras till rummen så det återcirkulerade vattnet istället är 20 grader. Detta eftersom en mängd vatten som befinner sig i en omgivning under en tid svalnar snabbare om temperaturskillnaden är större.
Så det står inte i någon manual hur effektivt elementen är utan effekten varierar beroende på termostatens värde från det återcirkulerade vattnet där utgående varmvattens värme relativt detta värde beror på vad man ställt in att det ska vara för temperatur i rummen.

Ett elements design har absolut ingenting att göra med huruvida denna principen är gällande eller inte.
Eller menar du att effekten beror på design? I så fall... Ja... Det är det tråden handlar om, att förändra designen.

Jag är väl insatt i hur termodynamikens lagar ser ut och formler för dom. Då jag delvis arbetat i området i många år och ytterligare innan dess överklockat processorer osv sedan man var liten parvel.

Och ett vanligt element som står i random lägenhet är inte speciellt effektivt. Materialet i elemetet är inte optimerad för att överföra värmen från vattnet till luften däromkring - vilket också är din största begränsande faktor.

Så om du tänker på elementet som en CPU som ska kylas av så spelar det inte så stor roll hur många fläktar du blåser på elementet då luft överför värme ganska dåligt och är mer en isolator. Ytan exponerad mot materialet är a->o = dvs flänsar. Det är därför allt som ska kylas har flänsar. Från motorer till CPUer ALLT. Gamla element har inte flänsar = ineffektiv värme överföring (DESIGN).

Vidare vill du alltså stänga in värmen i rummet = återcirkulering och då vill du skapa en cirkel av luften i rummet med start att blåsa värmen nedåt och sedan från elementet = helt tvärtom mot hur en datorlåda fungerar.

Hänger du med?

steg 3 handlar om isolering av rummet och då är det tätning av fönster, dörrkarmar osv osv som gäller. Speciellt fönstret då fönstret alltid är den största källan till värmeförluster i ett rum / lägenhet. (Vilket också är en anledning till att alla element sitter under fönstret).

Fysik, matematik och teknologi: allmänt --> Matematiska och naturvetenskapliga uppgifter
/Moderator

Då borde du kunna svara på min fråga.

En processor är inte en applicerbar jämförelse då ingen energi från denna lämnar rummet.

Det stämmer att elementets ytbehandling är dålig. Det saknar dock relevans till mitt förenklade exempel. Jag har dock tänkt på detta också och funderat på om man ska ta bort färgen för att ersätta denna med något som leder värme bättre.

Med din påstådda erfarenhet och kunskap i ämnet så är det något förbluffande att du påstår att luftflödet inte spelar så stor roll men flänsar gör det, då mekanismen bakom är densamma.
Allt handlar som sagt om kontaktyta mellan källan och omgivningen per tidsenhet. Det spelar ingen roll om källan är större så den rör vid en större mängd luft under en tid än om källan skulle vara mindre, eller om ännu mer luft, som dessutom har större temperaturskillnad än stillastående luft runt en större källa, är i kontakt med en mindre källa.
För att jämföra med processorer så är du ju medveten om att kylning utan fläktar kräver större kylflänsar än kylning med fläktar.

Luft må inte vara en speciellt bra ledare av värme, men du är ju också medveten om att man kyler motorer med luft? Blåser på varm mat? Säljer el-element med fläktar? Man ökar ju temperaturskillnaden mellan källan och omgivningen om man byter ut luften i källans närhet mot svalare, så rmeöverföringens storhet blir större per tidsenhet.

Gamla element har kanske inte vad man skulle vardagligt skulle kalla kylflänsar, men de är designade för att ha en större yta mot luften, vilket är enligt exakt samma princip.

Nej, jag ska blåsa nedifrån och upp, precis som jag skrev.

Ja, jag vill naturligtvis att värmen stannar i rummet vilket alla som värmer upp ett rum vill.

Den "återcirkulerande" luften från golvet och upp kommer alltid att ha en större temperaturskillnad relativt elementet än den stillastående luften runt elementet. Eller snarare den av värmen långsammare stigande luften över elementet. Ökar jag flödet öher elementet så är mer luft per tid i kontakt med elementet som har en större temperaturskillnad än utan, så mer energi från elementet kommer överförts till luften.

Jag vet att fönstren är vad som släpper ut mest värme samt att det är anledningen till att man ofta placerar element där. Hur nu det är relevant.

Du kan termodynamikens lagar och formler samt har arbetat med det, men argumenterar ändå emot självklarheter?

Kylflänsars värmeöverföringskapacitet är relaterad till storleken på kylflänsen där en större kylfläns har större yta med metall vars partiklars kinetiska energi interagerar med fler luftpartiklar och dä överför sin kinetiska energi emellan partiklar oftare under samma tid som en mindre kylfläns som inte tillåter lika många interaktioner med sin omgivning.
Detta plus att storheten på den kinetiska energin som fördelas i en interaktion är större om skillnaden är större. Alltså, en kopp kaffe når halva sin temperatur utomhus på vintern än inomhus, vilket motsvarar att luftpartiklarna som rör sig långsamt över ytan på en värmekälla kommer ha en lägre skillnad i kinetisk energi relativt källan så överföringen går långsammare.

Exemplet med en dator är inte heller applicerbart då en dator i ett rum är ett slutet system, så att all värmeenergi från datorn, oaktat kylning, kommer stanna kvar i rummet.

I min situation så har jag i princip ett rör med varmt vatten som går in i ett rum, strålar bort lite energi inom rummet, och sedan försvinner vatten som fortfarande är varmare än inom rummet ut ur rummet igen eftersom all energi inte hunnit överföras till rummet.

För att mer energi ska överföras till rummet så behöver jag en större storhet interaktioner mellan det varma röret och luften. Detta genom fler kinetiska interaktioner mellan partiklar med så stor skillnad i kinetisk energi som möjligt.

En varmluftsugn är effektivare än en vanlig ugn. En kaffekopp som står utomhus svalnar snabbare om det blåser mycket.

Har vi en massa med en värmeenergi i en omgivning så kommer fler interaktioner med större skillnad i kinetisk energi mellan massan och omgivningen innebära att den varmare massan snabbare sjunka intemperatur, än färre interaktioner med mindre skillnad i kinetisk energi.

Så en sfärisk massa på 50 grader i en omgivning av stillastående luft på 20 grader kommer kylas med en hastighet som beror på ytan på sfären som är proportionerlig mot antalet luftpartiklar den kinetiska energin kan överföras till. Står luften still så får omgivande luft i kontakt mot ytan en högre temperatur än 20 grader då den har blivit uppvärmd, och värmeskillnaden mellan massan och omgivningen blir mindre så mindre energi överförs till luften vid kinetiska interaktioner.

I samma situation men med en fläkt som blåser över sfären så kommer massan alltid att ha ny luft på 20 grader som massan kan överföra sin energi till. Så när den omkringliggande luften blivit uppvärmd så att temperaturskillnaden mellan massan och luften mot ytan är lägre så hastigheten massan försöker nå jämvikt med sin omgivning går långsammare så byter vi med hjälp av fläkten den uppvärmda luften som ligger mot massans yta mot ny och svalare luft så att skillnaden i temperatur blir större.

Det sistnämnda fungerar principiellt likadant som om vi istället för att ha en varm sfär i en statisk omgivning plattar till sfären till en platta. Då har samma massa kontakt med en större mängd luft och massan som då är en platta, kan interagera genom att fördela kinetisk energi till mer luft.

Så allt handlar om antalet interaktioner med så stor skillnad i temperatur över tid.

Så i mitt fall med ett element med varmvatten som går in och sen ut så vill jag ha så mycket kontakt mellan elementet och rummets kallaste luft som möjligt.
Då för att en enhet varmvatten ska överföra så mycket energi som möjligt under tiden det befinner sig i elementet, så inte värme som jag vill överföra till rummet istället återcirkuleras tillbaka ner i varmvattenberedaren.

Det låter verkligen inte som att du är så bra på detta. Du får gärna presentera relevanta formler för att räkna ut hur mycket snabbare någonting kyls med ett luftflöde än utan.

Då du tillskriver dig själv vara väl insatt i termodynamikens lagar och dess matematiska formalism med bakgrund av att du arbetat med sådana saker, samt... överklockat processorer, för att sedan avsluta allt så som du gjorde så ska jag lite snabbt ta mig friheten att markera och kommentera allt du sagt som verkar märkligt för någon med kompetens inom området.


Du är väl insatt i termodynamik och föreslår att jag ska blåsa ur den varma luften i hela lägenheten för att på så vis få ett minimalt extra flöde över elementet som då naturligtvis kommer försvinna ut direkt eftersom jag blåser ur all luft genom hela lägenheten.
Det är som att säga att det blir varmare inomhus tack vare elementen om du öppnar alla fönster...

Men du avslutar allt med att det är tveksamt om det fungerar och att du inte vet???

Varför i helvete ska jag då skapa ett snabbare luftflöde i hela lägenheten för?
Eller är du som är väl insatt i termodynamik osäker på om ett element av den beskrivna sorten värmer omgivningen mer om dess yta är större?

Vad är det du försöker säga egentligen?


Tror du att jag menade att luften skulle bli oändligt varm?
Jag skrev att det var ett varmvattenelement. Maxeffekten beror på värmekällan i varmvattenberedaren, men den är knappast någonsin maxad, utan effekten beror på vad man ställt in temperaturen på, vilket styr hur varmt vatten som ska gå till elementen, som mäts genom att se hur mycket återkommande vatten hunnit kylas av.

Så effekten är inte vad som är relevant. Hade jag haft ett elelement på 2000 W så säger det sig självt att man inte kan få det varmare än vad dessa 2000 W ger.
Jag beskrev ju precis hur systemet fungerade i trådstarten.

Det är klart som fan att element av den typen jag beskriver avger olika storheter värme beroende på design. Det är ju det hela tråden handlar om.
Om du menar att t.ex. elelement har olika effekt beroende på design så HOPPAS jag att du menar att elelement med olika effekt har olika effekt. För ett elelement med 2000 W som ser ut som en giraff ger precis lika mycket som ett elelement på 2000W som ser ut som en kebabrulle.

Vad är det för jävla svar?


Kan det möjligen vara så att du läste runt lite i din ungdom när du överklockade processorer, någon gång har kikat lite på några formler och refererar till termodynamikens användande i din jobbkontext när du kokar kaffe?
Annars är det väldigt märkligt att du säger så lite, har så fel, inte bara kan ge ett rakt svar eller att du om du nu hade behärskat ämnet refererar till någonting så simpelt som att du sysslat lite med processorkylning.

Materialet i elementet är det inga problem med då det är metall med hög ledningsförmåga. Antagligen stålplåt. Det finns naturligtvis metaller som leder värme bättre, men det spelar ju ingen som helst roll då det inte har någonting att göra med frågan, alls.
Även om elementet var omslutet i mineralull så var inte frågan om elementet var bra eller inte, utan hur jag gör det bättre.

Du är väl insatt i termodynamik inklusive dess matematiska formalism, men du hävdar att man inte kyler en processor bättre med fläktar eftersom luft inte bara leder värme dåligt, utan isolerar???

VA???

Ytan exponerat mot vilket material? Menar du att en processor utan fläktkylning kyls bättre med större kylflänsar än små så har du av uppenbara skäl rätt i det. Detta eftersom allt som behöver kylas har flänsar.
Då säger du att gamla element inte har flänsar vilket innebär att de har ineffektiv värmeöverföringskapacitet... Varenda jävla existerande varmvattenelement i hela världen är designade för att ha en större yta!
Det finns ju för det första en anledning till att varmvattenelement inte är stora som en knappnål. Just eftersom man vill ha en större yta mot det man vill leda värme till.
Sen är du ju synnerligen korkad om du bara tror att just exakt det utseendet på kylflänsar som finns på datorkomponentskylare är det enda utseendet som fyller funktionen av att vara kylflänsar.

Kolla det här jävla elementet:
https://www.hsb.se/contentassets/3e5e6cb8fee44140bcf9a3ec037174e7/element2.jpg?width=705&scale=both&mode=crop

HUR skiljer sig den designen principiellt från kylflänsar i andra kontexter? Syftet är detsamma, att öka ytan mot omgivningen.

Du som är väl insatt i termodynamik och att koka kaffe förstår ju naturligtvis att värmeöverföringen också är en funktion av tid, och där en större relativ skillnad i temperatur innebär en snabbare värmeöverföring då potentialskillnaden är högre och allt inom fysiken vill nå ett stabilt energiminimum.
Så du säger att ett flöde av luft över en yta inte kyler ytan snabbare, utan tvärtom säger att luft istället isolerar...

Att luft som flödar över en varm yta kyler effektivare är förvisso uppenbart, men vi kan göra ett enkelt tankeexperiment.
Ta en kub metall som är 100 grader. Ställ en lika stor klump metall bredvid och i kontakt med den varma kuben, men som är 0 grader. Låt stå ett tag och värme kommer att ha överförts från den varma kuben till den kalla, så nu är den varma istället 80 grader och den kalla 20 grader.
Allt eftersom temperaturskillnaden blir mindre så sker värmeöverföringen långsammare, så väntar vi lika länge igen så kommer inte den varma kuben bli 60 grader, utan kanske bara 70 grader, och den kalla kommer inte bli 40 grader utan kanske bara 30 grader, och sedan minskar värmeöverföringshastigheten ju mindre skillnaden i temperatur är mellan kuberna.

Ta nu ett liknande exempel med en kub metall som är 100 grader som du ställer en kub av metall som är 0 grader i kontakt med och vänta lika länge som i första fallet så att den varma kuben blir 80 grader och den kalla blir 20 grader.
Byt nu ut den 20-gradiga kalla kuben mot en ny kub som är 0 grader.
Då blir temperaturskillnaden större då den då är mellan 0 och 80 grader istället för mellan 20 och 80 grader. Med en större temperaturskillnad så har man högre värmeöverföringshastighet, så efter samma tid igen så kommer den varma kuben nu istället att vara kanske 65 grader, istället som för i ovanstående fall 70.

Det är exakt samma sak som att kyla någonting med ett luftflöde. Man bibehåller en högre temperaturskillnad så att mer värmeenergi per tidsenhet leds bort än om luften runtomkring hade varit statisk och värmts upp så att temperaturskillnaden skulle bli mindre.

Det är för fan alldeles uppenbart även för någon som inte är väl insatt i termodynamikens matematiska formalism. Så inte nog med att du uppenbarligen inte är insatt i denna så är du dessutom sämre än majoriteten som förstår detta.

Att kyla med flänsar, alltså större yta mot omgivningen är principiellt, alltså, fungerar enligt samma mekanism, som om man kyler med luftflöde då bägge innebär att man uppnår en större temperaturskillnad genom mer kontakt med omgivningen.

Hänger du med?

Sen frågade jag inte om isolering av rummet. Det är irrelevant. Ska vi komma med förslag som inte svarar på min fråga utan endast uppfyller det önskade resultatet att få det varmare så är ett bättre tips att slå upp ett tält bredvid ett element och skära upp en öppning för detta för att bosätta mig där.

Jag har till skillnad från dig studerat termodynamik. Läser du mitt ovanstående svar så har jag gett förslag på hur man kan lösa problemet, vilket naturligtvis måste anpassas efter materialens och gasens värmeledningsförmåga. Vanligen i mitt arbete så utgår jag från tabeller eller datorsimuleringar.

Anledningen till att jag frågar är för att det finns mycket folk här på forumet som är otroligt kompetenta och kan sådana här saker bättre än mig, och det var svar från dessa jag önskade så jag vet att jag gör rätt och kan bedöma effektiviteten. Andra kan även komma med input om hur det går att förbättra.

Jag är medveten om att det existerar på planeten jorden företag med personal som har denna typen av kompetens.

Tack men nej tack, du må sakna avsikt att hjälpa, trots att du svarade i tråden, vilket är lite motsägelsefullt kan man tycka, men din "hjälp" är totalt värdelös då den är direkt fel, så den är inte heller någonting jag önskar. Ditt fån.

Hur kan du ens tro att luftflöde över någonting varmt inte kyler snabbare eftersom luft leder värme dåligt och istället isolerar? HUR kan du tro det? Det har du väl ett helt liv av erfarenhet som talar emot? Det var det dummaste jag hört, och detta från någon som är "väl insatt i termodynamikens matematiska formalism" och har sysslat lite med processorkylning...

Jag önskar jag kunde säga vad jag jobbar med...

Ditt fån.

Fan man blir ju förbannad...

Kan någon annan hjälpa mig?

Om vi har en bit stålplåt med dimensionerna 100 x 100 x 1 mm.
Denna är 100 grader varm i en omgivning av luft som är 0 grader.

Hur mycket snabbare når stålplåten 50 grader om man låter den vara jämfört med om man hade ett flöde 0-gradig luft över bägge sidorna med ett flöde mot ytan på, säg 50 m/s.

Frågan får gärna besvaras med helt andra siffror eller exempel så länge andemeningen bemöts. Ungefärliga svar går också bra.

Jag antar som jag skrev ovan att jag kan hantera problemet genom att ta det stationära problemet med statisk luft runt plåten och räkna på hur mycket energi som överförts till den mot ytan närliggande luften under en väldigt kort tidsperiod som motsvarar tiden den mängden luft är i kontakt mot ytan beroende på flödets hastighet?

Hur många lägenheter är kopplade till systemet? Är det låt säga 200 element så kommer du inte ha någon chans att påverka i någon större utsträckning när det gäller att få högre temp på vattnet i nätet.

En annan invändning är väl att ljudnivå nog kan bli rätt hög. Att flytta luft låter. En tredje invändning är att i varje steg finns ju förluster. Att använda el för att flytta luft som skall leda till..som skall leda till... låter sämre än att helt enkelt göra det du gör idag, att använda el till eget element. Sedan kan du ju placera ditt eget element smart, tex långt från andra element eller just där du vill ha det varmast.

Om jag minns rätt så är det också så att själva värmeöverföringen sker i ett rätt litet område nära själva ytan till elementet. Så mycket el kommer att gå åt till flytt av luft som inte hjälper värmetransporten så värst mycket.

Kollade litet i en bok, q/A = h*(T(element)- T(luft)) är en ekvation som verkar vettig.

Här beror h på olika omständigheter, men som bäst kan du få en faktor 5 ggr högre överföring om du blåser på rejält. Men återigen, ljudnivån!

Edit: tecken samt att det är h som kan bli en faktor 5 ggr högre med flöde. Dock kan T(luft) ändras mellan de två fallen såklart. Möjligen kan du räkna på lufttemp om elementet är helt avslaget och sedan kolla lufttemp när elementet är på. Sedan fundera på hur stor mängd luft som skall värmas. osv.