Ένα BTU, συντομογραφία για τη βρετανική θερμική μονάδα, είναι ένα βασικό μέτρο της θερμικής (θερμικής) ενέργειας. Ένα BTU είναι η ποσότητα ενέργειας που απαιτείται για να αυξηθεί η θερμοκρασία 1 λίβρας (0.45 kg) νερού κατά 1° Fahrenheit (0.55° Κελσίου). Με άλλα λόγια, εάν 16 ουγγιές (0.47 λίτρα) νερού στους 59°F (15°C) χύνονταν σε ένα σκεύος εστίας και ο καυστήρας αερίου ήταν ενεργοποιημένος, θα χρειαζόταν 1 BTU για να αυξηθεί η θερμοκρασία του νερού στους 60° F (15.6°C). Εάν το τηγάνι αφέθηκε στη φλόγα αερίου, το νερό θα έφτανε τελικά στο σημείο βρασμού των 212°F (100°C), το οποίο θα χρειαζόταν περίπου 153 BTU. Αυτή η μη μετρική μονάδα μέτρησης χρησιμοποιείται συνήθως μόνο σε ορισμένες χώρες — συμπεριλαμβανομένων των ΗΠΑ — και χρησιμοποιείται κυρίως για την αξιολόγηση της παραγωγής θερμότητας των καυσίμων και των συσκευών.
Ορισμός και μετατροπές
Η ακριβής ποσότητα θερμότητας που απαιτείται για την επίτευξη αύξησης της θερμοκρασίας κατά 1°F (0.55°C) ποικίλλει ελαφρώς ανάλογα με την αρχική θερμοκρασία του νερού. Δεν υπάρχει καθολική συμφωνία σχετικά με το τι πρέπει να είναι αυτό, επομένως ο ορισμός ποικίλλει ανάλογα με τον τόπο και το πλαίσιο. Στις ΗΠΑ, χρησιμοποιείται γενικά μια αρχική θερμοκρασία 59°F (15°C), αλλά στον Καναδά είναι 60°F (15.6°C). Σε άλλες περιπτώσεις, μπορεί να είναι ένας μέσος όρος για ένα εύρος θερμοκρασιών ή μπορεί να εξισωθεί με μια συγκεκριμένη τιμή σε τζάουλ, που είναι οι μονάδες SI για την ενέργεια.
Ανάλογα με τον ορισμό που χρησιμοποιείται, 1 BTU ισούται με μεταξύ 1,054.35 και 1,059.67 joules. Η ενέργεια, και συγκεκριμένα η θερμότητα, μετριέται μερικές φορές σε θερμίδες, με 1 θερμίδα να είναι η ποσότητα θερμότητας που απαιτείται για να αυξηθεί η θερμοκρασία 0.035 ουγγιών (1 γραμμάριο) νερού κατά 1.8°F (1°C). Ένα BTU ισοδυναμεί με 252 θερμίδες. Όσον αφορά την ισχύ, 1 βρετανική θερμική μονάδα είναι περίπου 0.000293 κιλοβατώρες, ή λίγο λιγότερο από το ένα τρίτο της βατώρας.
Ένα μόνο BTU είναι μια πολύ μικρή μονάδα ενέργειας. Οι συσκευές και οι συσκευές που έχουν ονομασίες βρετανικών θερμικών μονάδων συχνά εμφανίζουν τιμές που είναι χιλιάδες ή δεκάδες χιλιάδες. Για να πάρετε μια ιδέα για το πόση ενέργεια αντιπροσωπεύει μια μεμονωμένη μονάδα, είναι περίπου ισοδύναμο με την καύση ενός σπίρτου.
Υπάρχουν άλλες, μεγαλύτερες μονάδες που αποτελούν μέρος του ίδιου συστήματος. Ένα MBTU είναι 1,000 βρετανικές θερμικές μονάδες, αλλά δεν χρησιμοποιείται συχνά επειδή το πρόθεμα “M”, στις μονάδες SI, αντιπροσωπεύει συνήθως ένα εκατομμύριο, γεγονός που προκαλεί σύγχυση. Ένα MMBTU χρησιμοποιείται μερικές φορές για να αντιπροσωπεύει ένα εκατομμύριο από αυτές τις μονάδες. Ένα therm είναι 100,000 BTU.
Χρήση
Παρά το όνομά της, η βρετανική θερμική μονάδα χρησιμοποιείται σπάνια στη Βρετανία. Είναι μια προμετρική μέτρηση και ως εκ τούτου χρησιμοποιείται κυρίως σε χώρες όπου αυτό το σύστημα δεν έχει υιοθετηθεί πλήρως. Στον κόσμο της επιστήμης, το joule είναι η μονάδα που χρησιμοποιείται συνήθως για την αναπαράσταση της ενέργειας, αλλά σε ορισμένες χώρες, ιδίως στις ΗΠΑ και τον Καναδά, η βρετανική θερμική μονάδα είναι η τυπική μέτρηση της παραγωγής θερμότητας για συσκευές όπως θερμάστρες και ψησταριές αερίου και για καύσιμα όπως ο άνθρακας, το πετρέλαιο και το φυσικό αέριο. Χρησιμοποιείται επίσης ως μέτρηση της επίδρασης ψύξης των ψυγείων και του κλιματιστικού: μπορεί να δοθεί βαθμολογία ως προς το πόσα BTU μπορούν να αφαιρέσουν από το περιβάλλον τους.
Οι βαθμολογίες που εμφανίζονται στις συσκευές είναι στην πραγματικότητα BTU ανά ώρα, ενώ αυτές για τα καύσιμα είναι ανά μονάδα βάρους, που μπορεί να είναι σε λίβρες ή τόνους, ή ανά μονάδα όγκου, που μπορεί να είναι σε γαλόνια, κυβικά πόδια ή βαρέλια. Για παράδειγμα, ένας αερόθερμος μπορεί να είναι 34,000 BTU/ώρα. Στην περίπτωση των καυσίμων, ορισμένες τυπικές τιμές είναι 35 εκατομμύρια BTU ανά τόνο για τον άνθρακα, 5.6 εκατομμύρια ανά βαρέλι για το αργό πετρέλαιο και 1,030 ανά κυβικό πόδι για το φυσικό αέριο.
Υπολογισμός Απαιτήσεων Θέρμανσης και Ψύξης
Η ικανότητα μιας πηγής θερμότητας να επιφέρει μια δεδομένη αύξηση της θερμοκρασίας μιας ουσίας εξαρτάται όχι μόνο από την ενέργεια της πηγής θερμότητας, αλλά και από την ειδική θερμότητα της ουσίας. Διαφορετικά υλικά μπορεί να έχουν πολύ διαφορετικές ειδικές θερμότητες. Για παράδειγμα, απαιτείται πολύ περισσότερη ενέργεια για τη θέρμανση του νερού παρά για τη θέρμανση των μετάλλων. Για έναν θερμαντήρα, η εν λόγω ουσία είναι συνήθως αέρας. Οι ειδικές θερμότητες δίνονται συνήθως σε μονάδες μέτρησης/SI, όπως kilojoules ανά κιλό, ενώ η βαθμολογία ενός θερμαντήρα μπορεί να είναι σε BTU ανά ώρα. Για να υπολογιστεί η ενεργειακή απαίτηση για θέρμανση ενός δωματίου κατά ένα ορισμένο ποσό από αυτές τις πληροφορίες θα απαιτούσε επομένως την εύρεση της ειδικής θερμότητας του αέρα, τον καθορισμό του όγκου του δωματίου, τον υπολογισμό του βάρους του αέρα και τη μετατροπή των μονάδων όπως απαιτείται.
Για να περιπλέκουμε ακόμη περισσότερο τα πράγματα, η ειδική τιμή θερμότητας για τον αέρα είναι συνήθως αυτή για τον ξηρό αέρα σε κανονική πίεση και για μια δεδομένη αρχική θερμοκρασία. Η πραγματική τιμή θα ποικίλλει ανάλογα με την υγρασία, την πίεση και την αρχική θερμοκρασία. Ευτυχώς, ωστόσο, δεν χρειάζεται να μπείτε σε όλο αυτό τον κόπο: υπάρχουν πίνακες και απλές ηλεκτρονικές αριθμομηχανές που μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τον υπολογισμό των κατά προσέγγιση απαιτήσεων θέρμανσης για ένα δωμάτιο, με βάση τις διαστάσεις, την τοποθεσία, την απαιτούμενη αύξηση θερμοκρασίας και πόσο καλά μονωμένο είναι. Για παράδειγμα, η θέρμανση ενός τυπικού σπιτιού 1,000 τετραγωνικών ποδιών (92.9 τετραγωνικών μέτρων), καλά μονωμένου σπιτιού στη Βοστώνη κατά τη διάρκεια του χειμώνα μπορεί να απαιτήσει περίπου 24,000 BTU ανά ώρα.
Υπολογισμός Κατανάλωσης και Κόστους Καυσίμου
Ο υπολογισμός του κόστους χρήσης ενός θερμαντήρα είναι αρκετά απλός, αν είναι γνωστή η βαθμολογία BTU. Για έναν ηλεκτρικό θερμαντήρα, η βαθμολογία μπορεί απλώς να μετατραπεί σε κιλοβατώρες και το κόστος ανά κιλοβατώρα να ληφθεί από την εταιρεία ηλεκτρισμού. Για μια συσκευή που χρησιμοποιεί καύσιμο, η βαθμολογία μπορεί να συγκριθεί με εκείνη του καυσίμου για να μάθετε πόσο θα καταναλώσει σε μια δεδομένη περίοδο. Για παράδειγμα, η κηροζίνη έχει βαθμολογία 135,000 βρετανικές θερμικές μονάδες ανά γαλόνι, επομένως ένας θερμαντήρας κηροζίνης με βαθμολογία 25,000 BTU θα χρησιμοποιεί 1 γαλόνι (3.78 λίτρα) κηροζίνης σε 5.4 ώρες.