หน่วยความร้อนอังกฤษ

หน่วยพลังงานที่ล้าสมัย ประมาณ 1,054.3503 จูล
(เปลี่ยนทางจาก บีทียู)

หน่วยความร้อนอังกฤษ (อังกฤษ: British thermal unit) หรือมักเรียกว่า บีทียู (BTU) เป็นหน่วยวัดปริมาณความร้อนแบบหนึ่งของอังกฤษ ซึ่งนิยมใช้ในระบบปรับอากาศ กำหนดเป็นปริมาณความร้อนที่จำเป็นในการเพิ่มหรือลดอุณหภูมิของน้ำ 1 ปอนด์ (ประมาณ 0.45 กิโลกรัม) 1 องศาฟาเรนไฮต์ (ประมาณ 0.55 องศาเซลเซียส) นอกจากนี้ระบบนี้เป็นส่วนหนึ่งของหน่วยวัดมาตรฐานของสหรัฐอเมริกา[1] ในระบบหน่วยวัดระหว่างประเทศ (SI) หน่วยพลังงานคือจูล (J) 1 บีทียู เท่ากับประมาณ 1,055 จูล (ความจริงมีค่าอยู่ระหว่าง 1,054 - 1,060 จูล ขึ้นอยู่กับคำจำกัดความเฉพาะของบีทียู)

สำหรับเครื่องปรับอากาศ มักวัดกำลังความเย็นหรือความสามารถในการดึงความร้อนออกจากห้องในหน่วยบีทียูต่อชั่วโมง (BTU/h) ซึ่งเทียบเท่ากับหน่วยวัตต์ (W) ในระบบสากล ตัวอย่างเช่น เครื่องปรับอากาศขนาด 12,000 BTU/h หมายความว่าเครื่องปรับอากาศเครื่องนั้นสามารถดึงความร้อนออกจากห้องได้ 12,000 บีทียู ภายในเวลา 1 ชั่วโมง

อย่างไรก็ตาม ในทางปฏิบัติ การเรียกหน่วย BTU/h ว่า "บีทียูต่อชั่วโมง" ซึ่งผิดหลักวิชาการ หน่วยที่ถูกต้องตามหลักวิชาการควรเป็น "หน่วยความร้อนต่อชั่วโมง" แต่เป็นที่ยอมรับกันโดยทั่วไป

แม้ว่าในงานทางวิทยาศาสตร์ทั่วไป หน่วยพลังงานจะถูกใช้แทนหน่วยความร้อน แต่ในบางสาขายังคงมีการใช้หน่วยความร้อนอยู่ ตัวอย่างเช่น ในสหรัฐอเมริกา ราคาก๊าซธรรมชาติจะแสดงเป็นดอลลาร์ต่อปริมาณก๊าซธรรมชาติที่สามารถให้พลังงานความร้อน 1 ล้านบีทียู (1 MMBtu) เมื่อถูกเผา[2][3]

คำจำกัดความ

แก้

ในอดีต บีทียูถูกกำหนดให้เป็นปริมาณความร้อนที่จำเป็นในการเพิ่มอุณหภูมิของน้ำของเหลว 1 ปอนด์ (ประมาณ 0.45 กิโลกรัม) ขึ้น 1 องศาฟาเรนไฮต์ (ประมาณ 0.55 องศาเซลเซียส) ภายใต้ความดันคงที่ 1 หน่วยบรรยากาศ[4] บีทียูมีคำจำกัดความที่แตกต่างกันหลายประการ ซึ่งมีความแตกต่างกันเล็กน้อย สาเหตุหลักมาจากการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิของน้ำที่มีมวลเท่ากัน เนื่องจากการเติมความร้อนในปริมาณที่กำหนด (วัดเป็นหน่วยพลังงาน เช่น จูล) จะขึ้นอยู่กับอุณหภูมิเริ่มต้นของน้ำเล็กน้อย ดังที่แสดงในตารางด้านล่าง ค่าของบีทียูจะเปลี่ยนแปลงไปตามอุณหภูมิเริ่มต้นของน้ำ โดยมีความแตกต่างสูงสุดถึง 0.5%

ประเภท พลังงาน (J) หมายเหตุ
เทอร์โมเคมี ≈1,054.35[a] ในอดีต เทอร์โมเคมีบีทียูถูกกำหนดให้เป็นปริมาณความร้อนที่จำเป็นในการเพิ่มอุณหภูมิของน้ำ 1 ปอนด์ (ประมาณ 0.45 กิโลกรัม) จากจุดเยือกแข็ง (0 °C) ถึงจุดเดือด (100 °C) หารด้วย 180 (อุณหภูมิเปลี่ยนแปลงอยู่ที่ 180 องศาฟาเรนไฮต์) คำจำกัดความสมัยใหม่ของเทอร์โมเคมีบีทียู มีพื้นฐานมาจาก เทอร์โมเคมีแคลอรี่ ซึ่งมีแนวคิดคล้ายคลึงกัน เทอร์โมเคมีแคลอรี่ถูกกำหนดให้เป็นปริมาณความร้อนที่จำเป็นในการเพิ่มอุณหภูมิของน้ำ 1 กรัม (0.001 กิโลกรัม) จากจุดเยือกแข็ง (0 °C) ถึงจุดเดือด (100 °C) หารด้วย 100 (อุณหภูมิเปลี่ยนแปลงอยู่ที่ 100 องศาเซลเซียส) ตามคำจำกัดความขององค์การระหว่างประเทศว่าด้วยการมาตรฐาน (ISO) 1 เทอร์โมเคมีแคลอรี่ เท่ากับ 4.184 จูล (J)[4] เทอร์โมเคมีบีทียูคำนวณโดยการแปลงจากกรัมเป็นปอนด์ และจากเซลเซียสเป็นฟาเรนไฮต์[5]
59 องศาฟาเรนไฮต์ (15.0 องศาเซลเซียส) ≈1,054.80[6] ใช้สำหรับการกำหนดราคาก๊าซธรรมชาติของสหรัฐอเมริกา[3]
60 องศาฟาเรนไฮต์ (15.6 องศาเซลเซียส) ≈1,054.68[7] ส่วนใหญ่ใช้ในแคนาดา[ต้องการอ้างอิง]
39 องศาฟาเรนไฮต์ (3.9 องศาเซลเซียส) ≈1,059.67[7] ใช้วัดค่าแคลอรี่ของน้ำที่ความหนาแน่นสูงสุด (4 องศาเซลเซียส, 39.2 องศาฟาเรนไฮต์).[ต้องการอ้างอิง]
International Steam Table (IT) ≈1,055.06[b] ในช่วงแรกๆ มีความพยายามที่จะกำหนดหน่วยความร้อนโดยตรงในรูปของหน่วยพลังงาน แทนที่จะพึ่งพาคุณสมบัติของน้ำ การประชุม International Steam Table Conferences เป็นเวทีสำคัญสำหรับความพยายามนี้

การประชุมเหล่านี้เริ่มต้นด้วยคำจำกัดความง่ายๆ ว่า 860 แคลอรี่ "ไอที" เท่ากับ 1 วัตต์-ชั่วโมงสากลพอดี (ซึ่งแตกต่างจากวัตต์-ชั่วโมงสมัยใหม่) คำจำกัดความนี้ถูกพัฒนาต่อมาเป็น 1 แคลอรี่ไอที เท่ากับ 4.1868 จูล พอดี[4][8] บีทียูสามารถคำนวณจากแคลอรี่ได้ โดยใช้วิธีเดียวกับที่ใช้ในคำจำกัดความความร้อนเคมีของบีทียูและแคลอรี่ วิธีการนี้สอดคล้องกับมาตรฐานสากล ISO 31-4 ปริมาณและหน่วย - ส่วนที่ 4: ความร้อน และมาตรฐานอังกฤษ BS 350: ส่วนที่ 1: 1974 ปัจจัยการแปลง และตาราง[5][9][10]

คำนำหน้า

แก้

kBtu (กิโลบีทียู) เป็นหน่วยวัดปริมาณความร้อน นิยมใช้ติดตามการใช้พลังงานของอาคารและคำนวณขนาดระบบทำความร้อน ดัชนีการใช้พลังงาน (EUI) วัดเป็น kBtu ต่อตารางฟุตของพื้นที่ปรับอากาศ แสดงประสิทธิภาพการใช้พลังงานของอาคาร เปรียบเทียบกับอาคารอื่น "k" ย่อมาจาก 1,000 หมายความว่า 1 kBtu เท่ากับ 1,000 บีทียู[11]

Mbtu (เมกะบีทียู) นิยมใช้ในอุตสาหกรรมก๊าซธรรมชาติและอุตสาหกรรมอื่นๆ หมายถึง 1,000 บีทียู[12][13] ในระบบเมตริก (SI) "M" ย่อมาจาก "เมกะ-" หมายถึง 1 ล้าน (1,000,000) แต่ในอุตสาหกรรมน้ำมันและก๊าซ มักใช้ "MMbtu" เพื่อระบุ 1 ล้าน Btu[14]

นักวิเคราะห์พลังงาน ที่คุ้นเคยกับระบบเมตริกที่ "k" ย่อมาจาก "กิโล-" มักใช้ MBtu แทน 1 ล้าน Btu แทนที่จะใช้ MMBtu นักวิเคราะห์เหล่านี้อาจคุ้นเคยกับการใช้ "M" แทน 1 ล้าน ในหน่วยพลังงานอื่นๆ เช่น MW, MWh และ $[15]

หน่วย 'เทอร์ม' ใช้แทน 100,000 บีทียู[12] เดคาเธิร์มคือ 10 เทอร์ม หรือหนึ่ง MMBtu (ล้านบีทียู) และโดยทั่วไปหน่วยควอด (หน่วยวัด)จะใช้แทนหนึ่งพันล้านล้าน (1015) บีทียู[14]

การแปลงหน่วย

แก้

หนึ่งบีทียูมีค่าประมาณ:

บีทียูสามารถประมาณได้จากความร้อนที่เกิดจากการเผาไหม้ไม้ขีดไฟอันเดียว หรือปริมาณพลังงานที่ใช้ในการยกน้ำหนัก หนึ่ง-ปอนด์ (0.45-กิโลกรัม) 778 ฟุต (237 เมตร)[16]

สำหรับก๊าซธรรมชาติ

แก้
  • สำหรับราคาก๊าซธรรมชาติตามแนวนิยามของแคนาดา: 1,000,000 Btu1.054615 GJ[17]
  • พลังงานความร้อนของก๊าซธรรมชาติ ขึ้นอยู่กับองค์ประกอบของก๊าซ ไม่มีปัจจัยการแปลงพลังงานเป็นปริมาตรสากล ผลผลิตก๊าซธรรมชาติโดยเฉลี่ย 1 ลูกบาศก์ฟุต (28 ลิตร) ≈ 1,030 บีทียู (ระหว่าง 1,010 บีทียูถึง 1,070 บีทียู ขึ้นอยู่กับคุณภาพเมื่อเผา)
  • จากการประมาณการเบื้องต้น ก๊าซธรรมชาติ 1,000 ลูกบาศก์ฟุต (28 ลูกบาศก์เมตร) ให้ผลผลิต ≈ 1,000,000 Btu1 GJ (กิกะจูล)
  • สำหรับการแปลงราคาก๊าซธรรมชาติ 1,000 m3 ≈ 36.9 ล้าน Btu และ 1,000,000 Btu27.1 m3

หน่วยวัดกำลังมาตรฐานสำหรับระบบทำความร้อนและความเย็นในระบบ SI คือ วัตต์ (W) อย่างไรก็ตาม ยังมีหน่วยอื่นที่ใช้ควบคู่ไปด้วย เช่น บีทียูต่อชั่วโมง (Btu/h) ซึ่งนิยมใช้ในอเมริกาเหนือและสหราชอาณาจักร โดยเฉพาะสำหรับเครื่องปรับอากาศ แม้ว่าบางครั้ง "Btu/h" จะย่อว่า "Btu" เท่านั้น[18] MBH หรือหลายพันบีทียูต่อชั่วโมงก็เป็นเรื่องปกติเช่นกัน[19]

  • 1 W คือประมาณ 3.412142 British thermal unit ต่อ ชั่วโมง[20]
  • 1,000 Btu/h คือประมาณ 0.2931 กิโลวัตต์
  • 1 hp คือประมาณ 2,544 British thermal unit ต่อ ชั่วโมง

เพื่อหลีกเลี่ยงความสับสน ควรระบุหน่วยวัดที่ใช้ให้ชัดเจน

ดูเพิ่มเติม

แก้

โน้ต

แก้
  1. 4.184 × 453.59237 × 5/9
  2. 4.1868 × 453.59237 × 5/9

อ้างอิง

แก้
  1. ในบันทึกย่อ, โวเลจตั้งข้อสังเกตไว้ว่าคำนี้น่าจะมีต้นกำเนิดมาจากประเทศสหรัฐอเมริกา ซึ่งต่อมามีการนำไปใช้ใน บริเตนใหญ่ ดูเพิ่มเติมได้ที่ Woledge, G. (30 พฤษภาคม 1942). "History of the British Thermal chicken (bhuUnit". Nature. 149 (149): 613. Bibcode:1942Natur.149..613W. doi:10.1038/149613c0. S2CID 4104904.
  2. "Henry Hub Natural Gas Spot Price". U.S. Energy Information Administration. เก็บจากแหล่งเดิมเมื่อ 1 สิงหาคม 2017.
  3. 3.0 3.1 บีทียูที่ใช้ในการกำหนดราคาก๊าซธรรมชาติของอเมริกาคือ "ปริมาณความร้อนที่ต้องใช้ในการเพิ่มอุณหภูมิของน้ำบริสุทธิ์ 1 ปอนด์ (มาตรอังกฤษ) จาก58.5 ถึง 59.5 องศาฟาเรนไฮต์ (14.7 ถึง 15.3 องศาเซลเซียส) ที่ความดันคงที่ 14.73 ปอนด์ต่อตารางนิ้ว" ดูเพิ่มเติม "Chapter 220: Henry Hub Natural Gas Futures" (PDF). NYMex Rulebook. New York Mercantile Exchange (NYMex). เก็บ (PDF)จากแหล่งเดิมเมื่อ 10 พฤศจิกายน 2016. สืบค้นเมื่อ 6 มกราคม 2017.
  4. 4.0 4.1 4.2 Smith, J. M.; Van Ness, H. C.; Abbott, M. M. (2003). Introduction to Chemical Engineering Thermodynamics. B. I. Bhatt (adaptation) (6 ed.). Tata McGraw-Hill Education. p. 15. ISBN 0-07-049486-X.
  5. 5.0 5.1 ตามคำจำกัดความ 1 ปอนด์มีค่าเท่ากับ 453.59237 กรัม ดูเพิ่มเติม "Appendix C of NIST Handbook 44, Specifications, Tolerances, and Other Technical Requirements for Weighing and Measuring Devices, General Tables of Units of Measurement" (PDF). United States National Bureau of Standards. p. C-12. คลังข้อมูลเก่าเก็บจากแหล่งเดิม (PDF)เมื่อ 26 พฤศจิกายน 2006. และตามคำจำกัดความ 1 องศาฟาเรนไฮต์ มีค่าเท่ากับ 5/9 1 องศาเซลเซียส
  6. Thompson, Ambler; Taylor, Barry N. "Guide for the Use of the International System of Units (SI) 2008 Edition" (PDF). National Institute of Standards and Technology (NIST). p. 58. เก็บ (PDF)จากแหล่งเดิมเมื่อ 3 มิถุนายน 2016. NIST Special Publication 811.
  7. 7.0 7.1 Sørensen, Bent (2008). Renewable Energy Focus e-Mega Handbook. Academic Press. p. 5. ISBN 9780123747068.
  8. Koch, Werner (2013). VDI Steam Tables (4 ed.). Springer. p. 8. ISBN 9783642529412. Published under the auspices of the Verein Deutscher Ingenieure (VDI).
  9. Cardarelli, Francois (2012). Scientific Unit Conversion: A Practical Guide to Metrication. M.J. Shields (translation) (2 ed.). Springer. p. 19. ISBN 9781447108054.
  10. BS 350:Part 1:1974 Conversion factors and tables, Part 1. Basis of tables. Conversion factors. British Standards Institution. 1974. p. 59.
  11. "VOLUNTARY BUILDING ENERGY PERFORMANCE SCORE SYSTEMS". Oregon Secretary of State Administrative Rules.
  12. 12.0 12.1 "What are Mcf, Btu, and therms? How do I convert prices in Mcf to Btus and therms?". U.S. Energy Information Administration. 6 เมษายน 2016. เก็บจากแหล่งเดิมเมื่อ 25 ธันวาคม 2016. สืบค้นเมื่อ 30 ธันวาคม 2016.
  13. Price, Gary D. (2014). Power Systems and Renewable Energy: Design, Operation, and Systems Analysis. Momentum Press. p. 98. ISBN 9781606505717.
  14. 14.0 14.1 "Energy Units". American Physical Society. เก็บจากแหล่งเดิมเมื่อ 31 ธันวาคม 2016. สืบค้นเมื่อ 26 ธันวาคม 2016.
  15. Cook, Warren C (2018): https://betterbuildingssolutioncenter.energy.gov/sites/default/files/attachments/Home%20Energy%20Score%20Report%20Example.pdf https://www.oregon.gov/energy/Data-and-Reports/Documents/BER-Chapter-1-Energy-Numbers.pdf
  16. Ristinen, Robert A.; Kraushaar, Jack J. (2006). Energy and the Environment. John Wiley & Sons. pp. 13–14. ISBN 978-0-471-73989-0.
  17. "Energy Measurements". Government of Alberta Province. คลังข้อมูลเก่าเก็บจากแหล่งเดิมเมื่อ 20 มกราคม 2017. สืบค้นเมื่อ 7 มกราคม 2017.
  18. Ken Matesz (2010). Masonry Heaters: Designing, Building, and Living with a Piece of the Sun. Chelsea Green Publishing. p. 148.
  19. Arimes, Tom (1994). HVAC and chemical resistance handbook for the engineer and architect : a compilation. Lexington, Ky.: BCT. p. 11-12. ISBN 0-9640967-0-6. OCLC 32314774.
  20. "2009 ASHRAE Handbook – Fundamentals (I-P Edition)". American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers, Inc. เก็บจากแหล่งเดิมเมื่อ 17 ตุลาคม 2015. สืบค้นเมื่อ 21 กันยายน 2015.