Я попытаюсь дать хороший ссылочный ответ.

Претензии

Как видно из этого более ясного объяснения формулы изобретения, под эффективностью понимается то, что тепло свечи удерживается горшками и медленно высвобождается . Существует также вторичное утверждение, что это делает систему достаточно эффективной для обогрева открытого пространства. Нет никаких утверждений, что общая выходная мощность увеличивается.

https://www.youtube.com/watch?v=nzKbFzUEWkA

Сохраняется ли тепло дольше?

Кажется самоочевидным, что это так, в течение некоторого времени. Так что там есть улучшение. Такой эффект, собственно, и является востребованным свойством утеплителей. Тем не менее, глина и воздух не являются хорошими носителями тепла, и в коммерческих обогревателях лучше выбирать масло:

Для конвекционных (неизлучающих) обогревателей лучшие типы содержат жидкость-теплоноситель, например масло, которое нагревается электрическим элементом. Жидкий теплоноситель обеспечивает некоторое накопление тепла, позволяя нагревателю работать меньше и обеспечивать более постоянный источник тепла.

- источник

Это происходит просто из-за удельной теплоемкости материалов : воздух (1005 Дж/кг°К) хуже , чем глина (1381 Дж/кг°К), хуже, чем минеральное масло (1670 Дж/кг°К).

Хватит ли мощности нагрева?

Тепловая мощность измеряется в БТЕ [что на несколько процентов больше, чем 1 кДж], в то время как точные данные о том, сколько БТЕ требуется на комнату, зависят от размера, его изоляции, а также эффективности и расположения нагревательного агрегата. стандартные расчеты и примеры, которые используются для расчета теплового узла в домах. Например, в приведенном выше источнике приведены типичные характеристики нагревателя от 10 до 40 кБТЕ/ч (около 3-11 киловатт). По моему опыту, часто достаточно нагревателя мощностью 2 кВт (6800 БТЕ/ч), поэтому я буду использовать это как нижний предел.

Мощность обогревателей обычно колеблется от 10 000 БТЕ до 40 000 БТЕ в час и обычно работает на электричестве, пропане, природном газе и керосине (информацию о дровяных и пеллетных печах см. в разделе Отопление на дровах и пеллетах).

Итак, сколько свечей нам нужно для производства 10 кБТЕ/ч? Оказывается, энергоотдача свечей хорошо изучена :

Из измерений средней скорости потери массы (0,105 г/мин) и hc _eff (43,8 кДж/г) была рассчитана установившаяся мощность тепловыделения от свечи 77±9 Вт.

Что можно преобразовать в 263 БТЕ/ч.

Следовательно, при делении комнатный обогреватель на 6,8 кБТЕ соответствует 26 свечам. Легко видеть, что теплота, выделяемая 4 свечами, как в формуле изобретения, в 6,5 раз меньше , чем у электрического обогревателя, и, следовательно, совершенно недостаточна для обогрева помещения.

Безопасность

Такой самодельный обогреватель также небезопасен. Я добавляю это, даже если немного не по теме, чтобы убедиться, что любой будущий посетитель получит предупреждение. Из первого источника .

Не рекомендуется использовать невентилируемые устройства для сжигания в вашем доме, потому что они вносят нежелательные продукты сгорания в жилое пространство, включая оксиды азота, окись углерода и водяной пар, и истощают воздух в помещении. […]

Электрические обогреватели помещений, как правило, дороже в эксплуатации, чем обогреватели внутреннего сгорания, но они являются единственными невентилируемыми обогревателями, которые безопасно использовать в вашем доме.

Оригинальное видео и сообщение на форуме гораздо лучше объясняют, что происходит, и утверждают, что четыре (4) чайные свечи используются для обогрева меньшего внутреннего цветочного горшка, у которого верхнее сливное отверстие заблокировано, в то время как большой внешний цветок Горшок используется для создания эффекта конвекции , при котором воздух проходит мимо теплого внутреннего горшка и выходит сверху. Рассказчик объясняет эффект следующим образом:

Итак, у вас есть внутренняя сердцевина цветочного горшка, которая очень сильно нагревается, а затем у вас есть вот эта [указывает на внешний горшок], которая не сильно нагревается, но нагревается. Но то, что вы получаете, это конвекция здесь [указывает на дно кастрюли] и наверху, и она действительно хорошо вытекает.

В видео также отмечается, что в то же время работает компьютер, а комната не слишком велика, так как в ней есть только кровать размера «queen-size» и письменный стол. Это также не очень новая идея, поскольку во время Второй мировой войны Великобритания отстаивала ту же идею для использования в убежищах .

Вот простой нагреватель для цветочного горшка
. Поставьте свечу в 6-дюймовый цветочный горшок так, чтобы отверстие не было закрыто; сверху поставить второй цветочный горшок. Верхний горшок вскоре прогревается, выделяя много тепла. Поднимите нижний горшок над землей.

Также важно отметить, что чайные свечи названы так потому, что одним из их назначений является подогрев чая или в мармитах, и продукты продаются с учетом этого .

Судить об эффективности устройства сложно; однако один анализ горящей свечи показал, что большая часть тепла распространяется столбом по самой свече,

С этой точки зрения, все, что позволяет теплу, выделяемому свечами, циркулировать в пространстве, повышает субъективную эффективность по сравнению с простыми свечами. Однако, как отмечено в ответе Sklivvz , теплоотдача свечей хорошо изучена ,

Из измерений средней скорости потери массы (0,105 г/мин) и hcэфф (43,8 кДж/г) была рассчитана установившаяся мощность тепловыделения от свечи 77±9 Вт.

что составляет около 262,7 БТЕ/ч или 1050,9 БТЕ/ч для четырех из них.

В этот момент важно обратить внимание на тот факт, что создатель этого утверждения использует его, работая на компьютере в своей комнате. Настольный компьютер выделяет тепло, которое может повлиять на температуру в помещении. Если мы используем консервативное значение 145 Вт тепла или 494,8 БТЕ/ч , основанное на преобразовании , которое также влияет на комнатную температуру.

Согласно калькулятору БТЕ , 341 БТЕ (99 Вт) необходимы для повышения температуры в комнате размером 2x4x3 метра (очень приблизительная оценка, основанная на явной кровати размера "queen-size" и столе, присутствующих на видео) с нормальной изоляцией 1°C. Это означает, что в идеальных условиях свечи могут повысить температуру в комнате на 3°C, а компьютер может выделить еще 1°C тепла. Таким образом, в небольшом помещении вполне вероятно , что в небольшом, более холодном зимнем помещении (т.е. ниже 20°C) комбинированного повышения температуры на 4°C может быть достаточно. Однако такой эффект будет сильно зависеть от размера комнаты, расположения обогревателя, сквозняков и личных предпочтений в отношении температуры в помещении.

Да, он более эффективен, чем просто чайные свечи, хотя и является очень небольшим источником тепла.

Вы замечаете, что «все нагреватели на 100% эффективны». Отчасти это так: все обогреватели преобразуют практически всю подводимую энергию в тепло, достигая, таким образом, почти 100% эффективности. Однако, если это тепло просто поднимается к потолку за счет конвекции, оно не сильно согревает комнату или ее обитателей. Лучистое тепло поступает непосредственно от источника к людям и предметам в помещении и гораздо эффективнее, как отмечено в Википедии:

Внутренняя температура воздуха в зданиях с лучистым отоплением может быть ниже, чем в зданиях с традиционным отоплением, для достижения того же уровня комфорта тела, если отрегулировать так, чтобы воспринимаемая температура была фактически одинаковой.

Эта система кажется более эффективным способом обогрева, чем открытое пламя свечи, потому что пламя нагревает глиняный горшок, который излучает тепло в комнату. Однако общая подводимая теплота все еще очень мала, как отмечено ниже.

Дизайн можно рассматривать как гораздо меньшую и упрощенную версию каменного камина. Обычный камин очень неэффективен, потому что большая часть тепла уходит в дымоход за счет конвекции. Как отмечено здесь ,

В лучшем случае открытый камин эффективен не более чем на 20 процентов.

На самом деле эффективность может быть намного ниже и даже отрицательной, если через дымоход вытягивается большое количество комнатного воздуха.

Открытая свеча работает аналогично, если рассматривать ее как нагреватель. Этот эталон определил количество энергии, излучаемой свечой, посредством лабораторных испытаний:

Радиационная доля была определена путем нахождения отношения радиационного излучения и mx Hc [ моё примечание: это общее количество тепла, выделяемого при сгорании ], которое дало значение 0,17 +/- 0,01.

Таким образом, 17 % тепла, выделяемого открытым пламенем свечи, излучается в окружающую среду, а остальные 83 % уносятся конвекцией. Эти конвективные потери эквивалентны конвективным потерям в дымоходе для открытого камина, поскольку они быстро поднимаются к потолку, где эффективно теряются.

Значительно улучшенная конструкция камина заставляет дымовые газы течь по окольному пути, сделанному из каменных материалов, которые поглощают тепло от газов и излучают его в комнату. Это повышает общую эффективность нагрева до гораздо более высоких уровней. Вот исследование, которое показало, что один каменный камин достиг эффективности нагрева чуть менее 80%. Печь в разрезе выглядит так:

Потоки газа аналогичны расположению цветочного горшка, как показано здесь:

Таким образом, свеча и цветочный горшок функционируют как небольшой каменный камин, уменьшая конвективные потери и увеличивая излучение в комнату, в отличие от открытой свечи, которая работает как открытый камин, где большая часть тепла теряется за счет конвекции вверх. печная труба.

Хотя цветочный горшок действительно увеличивает эффективность свечей как обогревателей, несколько расчетов могут показать, как мало тепла он на самом деле производит:

Чайные свечи сделаны из парафина и обычно имеют диаметр около 38 мм и высоту 16 мм и горят от 3 до 5 часов (согласно Википедии) . Парафин имеет плотность около 900 кг/м3 и теплоту сгорания около 46 МДж/кг. пробежавшись по математике, мы получаем 0,75 МДж/свеча, а если предположить, что время горения составляет 4 часа и эффективность сгорания составляет 100% (что близко, хотя и не точно), то выходная мощность составляет 187 500 Дж/ч, или 52 Вт.

Если одновременно горят 4 свечи, это составляет 208 Вт, что, вероятно, довольно близко к теплу, выделяемому двумя компьютерами и двумя настольными лампами в комнате, показанной на видео.

Не лучше ли поставить лампочку в цветочный горшок? Возможно, потому что при этом не образуются побочные продукты горения, такие как угарный газ, что неизбежно происходит с пламенем. Но с чисто экономической точки зрения использование свечей может оказаться дешевле, если заявленная цена верна. Если свечи действительно стоят 1 фунт стерлингов за 100, то тепло стоит около 5 пенсов за кВт-ч, что ниже 14 пенсов, которые я нашел, взглянув на британские тарифы на электроэнергию. Тем не менее, самый дешевый источник, который я нашел для этих свечей в США, стоит 6 долларов за 100 (3,75 фунтов стерлингов за 100). При этой цене тепло свечи стоит около 18 пенсов за кВт-ч, что больше, чем электричество.

Наконец, в этой идее нет ничего нового. Поиск в Google «Candle Heater» выдает всевозможные сайты, например, этот с цветочными горшками .

На сколько 4 свечи обогреют комнату? Зависит, но, наверное, не сильно.

Согласно Википедии, свечи выделяют тепло мощностью примерно 80 Вт . Источник , на который ссылается Википедия, на самом деле указывает 77 Вт +/- 9 Вт на странице 277.

Одновременное горение 4 свечей в течение 8 часов дает 2,464 кВтч. (4 свечи х 8 часов х 0,077 кВт)

Формула того, на сколько это количество энергии может нагреть воздух:

amount of heat = [specific heat of air][4] x [mass of air][5] x temperature difference

или

temperature difference = amount of heat
                         ----------------------------------
                         specific heat of air x mass of air

Я оцениваю комнату в видео как 15 м ³ (4 м в длину x 2,5 м в высоту x 3 м в ширину x 0,5, потому что она треугольная).

2,464 кВтч = 8870 кДж.

temperature difference = 8,870 kJ
                         ----------------------------------
                         1.0035 kJ/kg.K x 18 kg

Что дает количество нагрева примерно 491 ° C, если вы предполагаете, что в системе нет потерь тепла. Конечно, это необоснованное предположение.

Расчет тепловых потерь немного сложнее и требует знания того, какая изоляция у помещения, какие температуры существуют по другую сторону каждой стены и какие могут быть сквозняки.

Используя упрощенную модель и значения теплопроводности, указанные в этом сообщении в блоге, и эти значения размеров комнаты в видео:

• этаж: 12м ²
• стены: 7,5м ²
• основная стена: 10м ²
• крыша: 15м ²

Мы можем поддерживать разницу температур в 12 °C внутри и снаружи, используя 308 Вт, выделяемые четырьмя свечами вместе взятыми.

Добавление в комнату окна площадью ^{2 м 2 с использованием} значения теплопроводности из Википедии кардинально меняет результат. Благодаря этому окну, пропускающему тепло, четыре свечи могут поддерживать разницу между внутренней и внешней средой всего в 1 °C.

Даже если предположить, что воздух неподвижен и прогревается только половина помещения, это всего 2 °C.

Ответ

Это сложно, но если у вас нет очень хорошо изолированной комнаты, четыре свечи вряд ли что-то изменят.

Я также попытаюсь ответить на невысказанный вопрос: «Чайные свечи дешевле, чем обычное отопление?» ради интереса.

В видео говорится, что чайные свечи горят 4 часа, поэтому общее количество свечей в день составляет 8 свечей по цене 8 пенсов.

Текущие цены на газ и электричество в Лондоне ( от uSwitch ):

• Тарифы на электроэнергию 13,550 пенсов за кВтч
• Тарифы на газ 4,162 пенса за кВтч

Такое же количество тепла с использованием электрического нагревателя (при условии эффективности 100%) будет стоить примерно 33 пенса.

Такое же количество тепла с использованием газового обогревателя (при условии эффективности 100%) будет стоить примерно 10 пенсов.

Чайные свечи дешевле, но ненамного. И только если ехать или ходить пешком в Икею.

Если предположить, что дешевые свечи производят меньше тепла (68 Вт), общее количество тепла, выделяемого 8 чайными свечами в течение дня, составит 2,176 кВтч. Стоимость такого большого количества газа составляет примерно 9 пенсов, что все же дороже, чем чайные свечи за 8 пенсов.

Прибавляя значение, основанное на расчете Марка, согласно которому чайная свеча излучает 52 Вт, эквивалентное количество газа будет стоить 7 пенсов.

Чайные свечи в настоящее время стоят 1,75 фунта стерлингов за 100 штук на веб-сайте Ikea, что меняет стоимость нагрева с 8 пенсов в день до 14 пенсов в день.

Зажигать чайные свечи было бы удобнее на лодке или на чердаке, куда могут не подвести газ и электричество.

Резюме:

• основной физический эффект, который я вижу от цветочного горшка, - это увеличение мощности нагрева из-за более высокой скорости горения.
• Но сжигать свечи (или любое другое топливо) в помещении без надлежащей выхлопной трубы/дымохода – не лучшая идея!
• А четыре свечи, сожженные за 8 часов, примерно на порядок ниже рекомендуемой строительной мощностью установленной тепловой мощности.

Я только что взвесил чайные свечи

• некоторые старые по 17 г - выглядят выше обычного (на коробке написано, что они продавались по 1 DM/10 шт, но это было как минимум 25 лет назад)
• более новые: по 14 г - я буду использовать их для расчетов.

Теплота сгорания парафина приблизительно на 46,00 МДж/кг выше и на 41,50 МДж/кг ниже теплотворной способности соответственно . Таким образом, каждая из 14-граммовых свечей может дать ок. 650 кДж или примерно 2,5 МДж в 4 чайных свечах (HHV). Для LHV получаем 580 кДж/свеча и 2,3 МДж на 4 свечи. Более высокая теплотворная способность HHV рассчитывается исходя из предположения, что весь водород парафина в конце концов превратится в жидкую воду, а более низкая теплотворная способность LHV оставляет воду в виде пара.

Обогревая комнату зимой, вы, вероятно, получите ВТВ, но это означает, что комната будет отсыревать (если только вы не проветрите ее, а затем потеряете свое драгоценное тепло через воздухообмен).

Уже без цветочных горшков свеча с правильно обрезанным фитилем не будет коптить, поэтому потери от неполного сгорания можно считать ничтожными. Потери излучения также незначительны, особенно если вы закрываете шторы, потому что вы находитесь в опасной ситуации с отоплением. Таким образом, мы можем сказать, что свеча уже без цветочного горшка является 100% энергоэффективным обогревателем.

Таким образом, цветочный горшок не может повысить энергоэффективность сжигания свечей.

Тем не менее, есть некоторые эффекты, которые может иметь конструкция цветочного горшка:

• Физико-химически, если конструкция цветочного горшка работает как дымоход и, возможно, даже как дымоход, который предварительно нагревает воздух, то свеча может гореть быстрее (более высокая мощность). Конечно, он соответственно быстрее сгорит.
  (литература: обратитесь к учебнику по промышленной химии, где обсуждаются конструкции печей)

• Я не думаю, что цветочный горшок сильно помогает против конвекции. Однако у меня нет измерений, подтверждающих это. Но, если это будет желаемым эффектом, печь должна быть размещена на полу прямо под окном, где восходящая конвекция от печи работает против холодной нисходящей конвекции от окна (или, может быть, немного выше перед окном). окно, так что мы можем получить выгоду от радиационного отопления).
  Это было бы утверждение о помощи в юридическом позиционировании , что верно (я помню, что мы изучали эти концепции позиционирования обогревателя с обычными конвекционными обогревателями в начальной школе).

• С физиологической и, вероятно, также с психологической точки зрения важным отличием конвекторного отопления от печного является то, что в печном теплопередача в большей степени осуществляется излучением, а не теплопроводностью и конвекцией (по воздуху). Поэтому восприятие тепла может сильно различаться, даже если температура воздуха не сильно изменилась.

  Восприятие человеком тепла, холода или теплового комфорта зависит не только от температуры воздуха. Солнечная радиация, скорость ветра, влажность, а также тепловое излучение атмосферы и земли (Landsberg 1972, VDI 1998) оказывают решающее влияние в часто сопоставимом порядке.

  ( JENDRITZKY, G., STAIGER, H., BUCHER, K., GRETZ, A., LASCHEWSKI, G., 2000. Воспринимаемая температура: метод Deutscher Wetterdienst для оценки холодового стресса и тепловой нагрузки для человека. Тело. Интернет-семинар по Windchill, Environment Canada )

  Таким образом, чтобы получить комфортное количество тепла, прямым излучением мы можем нагревать только тогда, когда находимся в помещении и нуждаемся в тепле, и, возможно, лучше доставлять его туда, где оно нам нужно (в отличие от нагревания всего воздуха и всего помещения). стен, с соответствующими повышенными потерями тепла).

  Однако я не понимаю, почему цветочный горшок поможет с радиационной частью (над открытыми свечами). Более последовательной реализацией этой идеи по доставке тепла туда, где оно нам нужно, являются карманные печи.

Я не нашел хорошей литературы о разнице между радиационным теплом и температурой воздуха, но эти слайды на немецком языке содержат интересные данные о зонах комфорта в зависимости от температуры воздуха и поверхности (стены) и утверждают, что радиационное отопление может сэкономить 15 - 30% тепла. энергии, и этот производитель радиационных обогревателей утверждает, что воспринимаемая температура с радиационным обогревателем на 2–3 °C выше температуры воздуха, и что, как правило, следует устанавливать 40–60 Вт/м² (при предполагаемой высоте помещения 2,5 м).

Взяв 15 м² из ответа @Ladadadada , они утверждают, что требуется мощность нагрева 600–900 Вт. Это будет сжигание ок. 3 1/3 - 5 свечей в час. Однако в этом расчете не учитывается, что если вы будете сжигать свечи с такой скоростью, вам нужно начать думать об отработавших газах в воздухе вашей комнаты: 5 свечей весят 70 г и требуют для горения около 150 л кислорода (и произведут около 100 л СО_2 и еще 100 л водяного пара (или 26 мл жидкой воды)).

В этом документе о качестве воздуха в помещении (Gesundheitliche Bewertung von Kohlendioxid in der Innenraumluft, Bundesgesundheitsbl - Gesundheitsforsch - Gesundheitsschutz, 2008, 51:1358–1369, DOI 10.1007/s00103-008-0707-2) немецкого Umweltbundesamt концентрируется воздух на открытом воздухе . CO2 обычно составляет около 400 частей на миллион, в то время как в помещении было обнаружено в среднем от 800 до 3000 частей на миллион. 1400 частей на миллион считается пределом плохого качества воздуха в помещении (хорошее качество воздуха в помещении составляет < 800 частей на миллион). Таким образом, мы можем производить 1000 частей на миллион (1 л/м³), пока не будет достигнут предел плохого воздуха. При нашем расчетном общем объеме помещения в 37,5 м³ это достигается за 22,5 мин. Нам нужно будет полностью проветривать комнату почти 3 раза в час - это полностью сведет на нет наши усилия по обогреву!
Конечно, если бы мы могли по-прежнему сократить это до проветривания комнаты только каждый час или около того, но мы уже были бы в атмосфере, в которой исследования (см. статью выше) обнаружили, что школьники хуже справляются с когнитивными задачами.

Так что да, это действительно не лучшая идея - пытаться обогревать комнату путем сжигания, не выводя пары через надлежащую вытяжку!

По оценкам @Mark, каждая чайная свеча (при такой скорости горения, которая длится 4 часа) производит около 50 Вт тепла. Это на том же уровне или несколько ниже, чем у человека, выполняющего офисную работу . Другими словами, вместо того, чтобы зажигать 4 чайные свечи в течение 4 часов, вы также можете попросить 2 или 3 приятелей присоединиться к вам — они будут иметь такой же согревающий эффект.
Я рассчитал этот пример, потому что он, вероятно, позволяет нам иметь лучшее интуитивное представление о том, сколько тепла мы можем (или, скорее, не можем) ожидать от свечей.