Британская тепловая единица (БТЕ): определение и применение

Введение

Единица энергии

Британская тепловая единица (Btu) — это мера тепла, являющегося одной из форм энергии. Изначально она определялась как количество тепла, необходимое для повышения температуры одного фунта воды на один градус по Фаренгейту. Она также входит в систему американских обычных единиц измерения. Единицей энергии в системе СИ является джоуль (J); один Btu равен примерно 1055 Дж (в диапазоне от 1054 до 1060 Дж в зависимости от конкретного определения Btu; см. ниже). Хотя в научной работе единицы тепла часто заменяются единицами энергии, они по-прежнему используются в некоторых областях. Например, в Соединенных Штатах цена природного газа указывается в долларах за количество природного газа, которое при сжигании даст 1 миллион Btu (1 "MMBtu") тепловой энергии. Существует несколько различных определений Btu, которые незначительно отличаются. Это отражает тот факт, что изменение температуры массы воды при добавлении определенного количества тепла (вычисляемого в единицах энергии, обычно джоулях) в некоторой степени зависит от начальной температуры воды. Как видно из таблицы ниже, определения Btu, основанные на различных температурах воды, могут различаться до 0,5%. Вариант Энергия (Дж) Примечания Термохимическая ≈1054,35 Изначально термохимическая Btu определялась как тепло, необходимое для повышения температуры одного фунта воды от точки замерзания до точки кипения, деленное на 180 (изменение температуры составляет 180 °F). Основой для ее современного определения в единицах СИ является концептуально аналогичная термохимическая калория, первоначально определяемая как тепло, необходимое для повышения температуры одного грамма воды от замерзания до кипения, деленное на 100 (изменение температуры составляет 100 °C). Термохимическая калория точно равна 4,184 Дж по определению Международной организации по стандартизации (ISO). ≈1054,80 Используется для ценообразования на американский природный газ. ≈1054,68 В основном используется в Канаде. ≈1059,67 Btu затем рассчитывается из калории, как это делается для термохимических определений Btu и калории, как указано в международном стандарте ISO 314 «Количества и единицы измерения. Часть 4: Тепло» и британском стандарте BS 350: Часть 1:1974 «Коэффициенты преобразования и таблицы».

The British thermal unit (Btu) is a measure of heat, which is a form of energy. It was originally defined as the amount of heat required to raise the temperature of one pound of water by one degree Fahrenheit. It is also part of the United States customary units. The SI unit for energy is the joule (J); one Btu equals about 1,055 J (varying within the range of 1,054–1,060 J depending on the specific definition of BTU; see below). While units of heat are often supplanted by energy units in scientific work, they are still used in some fields. For example, in the United States the price of natural gas is quoted in dollars per the amount of natural gas that would give 1 million Btu (1 "MMBtu") of heat energy if burned. There are several different definitions of the Btu that differ slightly. This reflects the fact that the temperature change of a mass of water due to the addition of a specific amount of heat (calculated in energy units, usually joules) depends slightly upon the water's initial temperature. As seen in the table below, definitions of the Btu based on different water temperatures vary by up to 0.5%. Variant Energy (J) Notes Thermochemical ≈1,054.35 Originally, the thermochemical Btu was defined as the heat required to raise the temperature of one pound of water from its freezing point to its boiling point, divided by 180 (the temperature change being 180 °F). The basis for its modern definition in terms of SI units is the conceptually similar thermochemical calorie, originally defined as the heat required to raise the temperature of one gram of water from freezing to boiling divided by 100 (the temperature change being 100 °C). The thermochemical calorie is exactly 4.184 J by definition of the International Organization for Standardization (ISO). ≈1,054.80 Used for American natural gas pricing. ≈1,054.68 Mainly Canadian. ≈1,059.67 The Btu is then calculated from the calorie as is done for the thermochemical definitions of the BTU and the calorie, as in International standard ISO 31 4 Quantities and units—Part 4: Heat and British Standard BS 350:Part 1:1974 Conversion factors and tables.

Префиксы

Единицы kBtu используются для отслеживания энергопотребления зданий и расчета размеров систем отопления. Индекс энергоэффективности (EUI) выражается в kBtu на квадратный фут отапливаемой площади. "k" обозначает 1000. Единица Mbtu используется в сфере природного газа и других отраслях для обозначения 1000 Btu. Однако существует неоднозначность, поскольку в метрической системе (СИ) префикс "M" обозначает "мега", то есть один миллион (1 000 000). Тем не менее, "ММБту" часто используется для обозначения одного миллиона Btu, особенно в нефтегазовой промышленности. Энергетические аналитики, привыкшие к метрическому "k" ("кило") для обозначения 1000, чаще используют MBtu для обозначения одного миллиона, особенно в документах, где M обозначает один миллион в других энергетических или стоимостных единицах, таких как MW, MWh и доллары. Единица "терм" используется для обозначения 100 000 Btu. Декатерм равен 10 термам или одному ММБту (миллиону Btu). Единица "квад" обычно используется для обозначения одного квадриллиона (10¹⁵) Btu.

Для природного газа

В ценах на природный газ канадское определение гласит, что 1 000 000 ≡ 1,054615. Энергетическое содержание (высокая или низкая теплотворная способность) объема природного газа меняется в зависимости от его состава, что означает отсутствие универсального коэффициента пересчета энергии в объем. Теплотворность в среднем для природного газа составляет ≈ 1030 БТЕ (от 1010 до 1070 БТЕ, в зависимости от качества при сжигании). В качестве грубого приближения, 1 000 000 единиц природного газа ≈ 1. Для перевода цены на природный газ 1000 ≈ 36,9 млн БТЕ и 1 000 000 ≈ 27,1.

Ассоциированные единицы

1 тонна охлаждения, общепринятая единица в североамериканских холодильных и кондиционирующих системах, – это скорость теплопередачи, необходимая для замораживания одного объема воды в лед за 24 часа. В Соединенных Штатах и Канаде тепловое сопротивление (R-value), характеризующее эффективность теплоизоляции, обычно указывается в квадратных футах градусочасов Фаренгейта на британскую тепловую единицу (ft²⋅°F⋅h/Btu). Для одного квадратного фута изоляции, при каждом градусе разницы температур, через изолятор протекает один Btu тепла в час. 1 терм определяется в Соединенных Штатах и Европейском Союзе как 100 000 Btu, при этом США используют это значение, а ЕС – BTUIT. Законодательство Великобритании было изменено, чтобы заменить термы на джоули с 1 января 2000 года. По состоянию на 2013 год терм все еще использовался при ценообразовании на природный газ в Великобритании. 1 квад (сокращение от квадриллиона Btu) равен 10¹⁵ Btu, что приблизительно соответствует 1 эксаджоулю (1,055). Квады используются в Соединенных Штатах для представления годового потребления энергии крупными экономиками: например, в 2005 году экономика США использовала 99,75 квадов. Один квад в год соответствует примерно 33,43 гигаватт. Btu не следует путать с Board of Trade Unit (BTU) – устаревшим британским синонимом киловатт-часа. Btu часто используется для выражения эффективности преобразования тепла в электрическую энергию на электростанциях. Показатели приводятся в количестве тепла в Btu, необходимого для выработки 1 кВт⋅ч электрической энергии. Типичная угольная электростанция работает с эффективностью 32–33%. Центриградовая единица тепла (CHU) – это количество тепла, необходимое для повышения температуры одного фунта воды на один градус Цельсия. Она равна 1,8 Btu или 1899 джоулей. В 1974 году эта единица "все еще иногда использовалась" в Великобритании как альтернатива Btu. Еще одна устаревшая единица энергии в метрической системе – калория, определяемая как количество тепла, необходимое для повышения температуры одного грамма воды на один градус Цельсия.