BTU
Обозначение: BTUСША, Великобритания
Что такое BTU (BTU)?
Формальное определение
Британская тепловая единица (обозначение: BTU или Btu) — единица измерения тепловой энергии, определяемая как количество энергии, необходимое для нагрева одного фунта воды на один градус Фаренгейта при постоянном давлении в одну атмосферу. В единицах СИ одна BTU равна приблизительно 1055,06 джоулей.
BTU занимает в имперской системе аналогичное место тому, которое калория занимает в метрической: обе единицы определяются через теплоёмкость воды. Калория использует один грамм воды и один градус Цельсия, BTU — один фунт воды и один градус Фаренгейта.
Варианты
Существует несколько вариантов BTU. Международная табличная BTU (BTU_IT) определена как точно 1055,05585262 Дж. Термохимическая BTU (BTU_th) равна приблизительно 1054,35 Дж. Для большинства практических задач разница между ними пренебрежимо мала.
Этимология
Историческое происхождение
Несмотря на название, BTU не получила широкого распространения в самой Британии. Термин появился в начале XIX века в контексте паровой инженерии. Слово «British» отражает принадлежность к британской имперской системе мер, «thermal» происходит от греческого «θέρμη» (therme — тепло), «unit» — от латинского «unitas» (единство).
Распространение в Америке
Парадоксально, но BTU стала гораздо более распространённой в США, чем в Великобритании. По мере перехода Великобритании на метрическую систему джоуль и кВт·ч заменили BTU. В США BTU глубоко укоренилась в индустрии HVAC, ценообразовании природного газа и строительных энергетических нормах.
История
Истоки в термодинамике
Концепция BTU зародилась в XVIII–XIX веках с развитием науки о теплоте. Джозеф Блэк ввёл понятия скрытой теплоты и удельной теплоёмкости в 1750–1760-х годах. Опыты Джеймса Джоуля в 1840-х годах, продемонстрировавшие механический эквивалент теплоты, заложили основу для точного определения тепловых единиц.
В начале XX века BTU стала центральной единицей зарождающейся индустрии HVAC в США. Уиллис Кэрриер, изобретший современное кондиционирование воздуха в 1902 году, использовал расчёты в BTU. «Тонна холодопроизводительности» — 12 000 BTU/ч — стала стандартной единицей мощности кондиционеров.
Современное положение
В то время как большая часть мира перешла на единицы СИ, BTU остаётся прочно укоренённой в американской инженерной практике. Министерство энергетики США, Агентство по охране окружающей среды и Администрация энергетической информации используют метрики на основе BTU.
Современное применение
Индустрия HVAC
BTU — основная единица для оценки отопительного и охлаждающего оборудования в США. Бытовые печи рассчитаны на 40 000–120 000 BTU/ч. Оконные кондиционеры — от 5 000 до 25 000 BTU/ч. Одна «тонна» кондиционирования равна 12 000 BTU/ч.
Природный газ
Природный газ в США продаётся по энергосодержанию в термах (100 000 BTU). Один кубический фут газа содержит около 1030 BTU. Нефтяная промышленность использует BTU для сравнения энергосодержания топлив: галлон бензина — около 120 000 BTU, галлон дизеля — около 137 000 BTU.
Строительные нормы
Американские строительные энергетические нормы используют метрики на основе BTU. Показатель энергоёмкости зданий (EUI) выражается в kBTU на квадратный фут в год.
Применение в быту
Отопление и охлаждение дома
При покупке отопительного и охлаждающего оборудования в США рейтинги BTU определяют выбор. Общее правило: дому требуется 25–30 BTU мощности отопления на квадратный фут в холодном климате. Для дома площадью 200 м² — печь мощностью 50 000–60 000 BTU/ч.
Грили и готовка
Газовые грили в США рассчитаны в BTU/ч — обычно от 25 000 до 60 000 BTU/ч. Более высокий рейтинг не означает лучшую готовку — он показывает, сколько газа сжигает гриль.
Камины и обогреватели
Портативные обогреватели, газовые камины и пеллетные печи — все оцениваются в BTU/ч. Типичный электрический обогреватель даёт около 5 120 BTU/ч (1 500 Вт). Газовая каминная вставка — 20 000–40 000 BTU/ч.
В науке и промышленности
Термодинамика и теплопередача
BTU используется в расчётах теплопередачи, горения и термического КПД. Теплопроводность изоляционных материалов в США выражается в BTU·in/(h·ft²·°F). R-значение изоляции — величина, обратная коэффициенту теплопередачи.
Энергетическая экономика
Энергетические экономисты используют «квад» — один квадриллион BTU (10¹⁵ BTU) — как единицу для национальной и мировой энергетической статистики. Общее потребление первичной энергии в США составляет около 100 квадов в год.
Интересные факты
Несмотря на название, «Британская» тепловая единица редко используется в современной Британии. BTU сохранилась преимущественно в американской инженерной практике.
Одна BTU — приблизительно энергия, выделяемая при сгорании одной деревянной кухонной спички.
Холодопроизводительность кондиционеров в «тоннах» происходит от BTU: одна тонна (12 000 BTU/ч) — скорость поглощения теплоты, необходимая для таяния одной короткой тонны льда за 24 часа.
Один галлон бензина содержит около 120 000 BTU энергии — достаточно для обогрева небольшой комнаты 2–3 часа.
США потребляют около 100 квадриллионов BTU первичной энергии в год. При 100% преобразовании в электричество это составило бы около 29 300 ТВт·ч.
Первая система кондиционирования Уиллиса Кэрриера (1902) имела холодопроизводительность около 108 000 BTU/ч — примерно три современных бытовых кондиционера.
Таблица конвертаций
| Единица | Значение | |
|---|---|---|
| Джоуль (J) | 1 055,06 | Конвертировать → |
| Киловатт-час (kWh) | 0,000293 | Конвертировать → |
| Калория (cal) | 252,164 | Конвертировать → |
| Фут-фунт (ft·lb) | 778,169 | Конвертировать → |
| Килоджоуль (kJ) | 1,05506 | Конвертировать → |