Обогрев

Теория

Рассмотрим стационарный процесс - т.е. определим потери тепла аквариумом. В этом случае, мощность нагревателя должна быть такой, чтобы он мог возместить теряемую аквариумом мощность. Для определения мощности реального нагревателя полученное значение необходимо увеличить на 10-20% - затраты на нагревание аквариума.

Предполагаем:

• температура воды в аквариуме постоянна по всему объему (вода перемешивается достаточно хорошо)
• аквариум стоит посередине комнаты, т.е. нет сразу за ним холодной стен, в направлении которой будет теряться больше тепла
• комната много больше аквариума, т.е. обратного переизлучения нет от стен комнаты.
• потери тепла через дно аквариума и верх невелики (он стоит на деревянном основании, которое плохо проводит тепло и закрыт сверху стеклом, крышкой с лампами и т.д.)
• температура воды 25°C, температура комнаты - 15°C. Для других значений температуры коэффициенты теплопередачи изменятся незначительно

Тепло из аквариума теряется за счет двух процессов - естественной конвекции и радиации.

Конвекция

Теряемое тепло определяется по формуле Ньютона:

Q_k=K_k A ( T_a-T_k )

Здесь:

K_k- коэффициент теплоотдачи для конвекции

A- площадь поверхности

T_a- температура аквариума (пренебрегаем разницей температуры стенок и воды)

T_k- температура воздуха в комнате

Расчета коэффициента теплоотдачи производится исходя из критерия Нуссельта. Однако проще использовать приближенную формулу

K_k=1.17 (^(Ta-Tk)/_H)^0.25

Здесь:

H- определяющий размер (высота для вертикальной стенки)

Для средней температуры воды T_a=25°C, температуры комнаты T_k=15°C и высоты аквариума H=0.6 m, точная формула дает коэффициент теплоотдачи 2.8, приближенная 2.4

Поскольку высота аквариума меняется в среднем от 0.2 до 0.6 метра, то коэффициент будет равен:

K_k=2.4 --- 3.1 = 2.8 ^W/_m2_°C (как среднее значение)

Излучение

Теряемое тепло определяется по формуле Больцмана:

Q_и=5.67 e A ( ( ^(Ta+273)/₁₀₀)⁴-( ^(Tk+273)/₁₀₀)⁴)

Здесь:

e- коэффициент серого тела, для стекла равны 0.94 (стекло очень близко к черному телу, по своим излучательным свойствам)

Чтобы рассматривать оба процесса вместе можно написать коэффициент теплоотдачи излучением:

K_и=^Qи/_{A (Ta-Tk)} =5.4 ^W/_m2 _°C

Тогда суммарный коэффициент теплоотдачи:

K=K_k+K_и=5.4+2.8=8.2 ^W/_m

size="-1">2 _°C

Теперь у нас есть все для расчета мощности нагревателя. Для аквариума с соотношением сторон L:H:W=3:2:1 (высокий аквариум), площадь боковой поверхности равна:

A=0.05 V^2/3

Здесь V - обьем в литрах

Для кубического аквариума (все измерения равны)

A=0.04 V^2/3

В среднем, можно считать, что A=0.045 V^2/3

Мощность нагревателя (примерно на 10-20% больше мощноости теряемая аквариумом) равна:

Q=1.2 * K A (T_a-T_k)=1.2 * 8.2 * 0.045 * V^2/3 (T_a-T_k)=0.045 V^2/3 (T_a-T_k)

В итоге, есть все, чтобы рассчитать мощность нагревателя.

Выбор нагревателя

Здесь приведена таблица выбора требуемой мощности нагревателя (Вт), рассчитанная по выше приведенной формуле (данные округлены). Данные достаточно хорошо совпадают с рекомендациями производителей нагревателей.

Самыми совершенными и наиболее эффективными на сегодняшний день, среди обогревательных приборов являются спиральные обогреватели, которые состоят из стеклянной пробирки, нагревательного элемента (спирали) и наполнителя (кварцевого песка). Но такие стеклянные трубочки часто бьются, особенно если потребитель не обращает внимания на инструкцию по их использованию и при смене воды не отключает электрический провод от сети, то есть не вынимает штепсель из розетки. В таких случаях стеклянная оболочка прибора почти всегда перегревается и лопается, даже если стекло считается "небьющимся". Невольно возникает вопрос: долго ли ещё ОТК будут разрешать выпуск таких негревателей? В промышленности поэтому в настоящее время уже разработаны и выпущены другие нагревательные приборы, где трубка выполнена из тонкого металла. Приборы, описаные в следующем обзаце таковыми не являются.
Такими же удобными, но более простыми в отношении изготовления, чем спиральные, являются обогреватели, в которых как нагревательный элемент используется остеклованное сопротивление.
В определённых случаях, особенно при содержании чувствительных к небольшим колебаниям температуры рыб, при разведении многих видов рыб, при значительных колебаниях температуры в помещении, при разнице между дневной и ночной температурой более 4-5 градусов С оправдано использование разнообразных автоматических систем с терморегуляторами заводского производства, автоматически поддерживающих температуру воды в аквариуме строго на заданном уровне. Основой таких систем является контактный термометр, ртутный столб которого при достижении определённой температуры доходит до контакта и замыкает электрическую цепь реле. Реле, в свою очередь, срабатывая, разрывает цепь прибора подогрева, выключая его. Однако при этом следует учитывать, что для большинства видов рыб полезно постепенное понижение температуры в ночное время на 2-3 градуса С.
Другой способ состоит в том, чтобы подогревать воду в аквариуме (или вне его) снизу, под грунтом аквариума или под (стеклянным) дном. Это можно сделать с помощью обогревательного кабеля или платы, которую размещают под аквариумом (следовательно, её размер должен соответствовать размеру дна).

Какой из этих двух методов оказывается на практике лучшим, каждый должен решить для себя сам. Проблема в том, что при обогреве дна всегда встаёт один и тот же вопрос: что делать, если нагреватель выйдет из строя? Спустить воду из аквариума так, чтобы можно было вытащить плату из-под него и подложить другую (если это вообще возможно)? Выкопать обогревательный кабель из грунта на дне и заменить его другим? Подогрев дна имеет преимущества для растений, т.к. выделяемое прибором тепло распространяется по грунту и тем самым обогревает корневую систему растений. Следуя закону физики, подогретая вода стремиться вверх, а холодная вода опускается на дно, чтобы снова подогреться, т.е. циркуляция воды происходит без дополнительной помощи. Кабельные нагреватели, которые размещают внутри самого аквариума, должны быть очень высокого качества. Их оболочка не может быть ни старой, ни ломкой. Кроме того, нельзя давать возможность рыбам её прокусить. Современные кабельные нагреватели выпускаются в очень эластичной и плотной оболочке из силиконового каучука - материала, который отлично справляется даже с резкими перепадами температур. И даже самый заядлый кусака не сможет его повредить.
Существуют нагреватели, которые расположены прямо внутри фильтра. Да и это возможно. Разные производители предлагают свои приборы для подогрева воды таким способом. Например, не безызвестная, и не скроем нами любимая, фирма Eheim предлагает для аквариумов вместимостью до 80 литров минифильтр, который снабжён электрической помпой и подвешивается на боковой стенке: в отдельной камере находится электронный фильтр на 65 Ватт. Фильтр оснащён встроенным электронным регулятором, поддерживающим необходимую температуру воды. Некоторые большие (для резервуаров 450-600 литров) всасывающие фильтры этой же фирмы тоже снабжены встроенными регуляторами-нагревателями. Для переключения и регулировки на корпусе прибора имеется вращающаяся ручка.
Как уже говорилось, воду вне резервуара можно нагревать в первую очередь с помощью фильтра. Но есть и другой метод, т.е. нагревательные элементы размещаются в отдельной коробке, через которую проходит вода. Эти приборы имеют электронный регулятор и функционируют вместе со всасывающим фильтром.

Такие регуляторы обычно встраиваются прямо в обогревательную трубку или находятся в отдельной трубке. Разработано множество вариантов электронных регуляторов, причём стоимость их настолько различна, что можно рассчитать по ней степень эффективности прибора. Кабельными нагревателями и обогревательными платами можно управлять только с помощью электронного регулятора. Но всё это не означает, что регуляторы с электронным управлением обязательно должны стоить дорого. Любой регулятор непременно должен быть снабжён сенсором, измеряющим действительную температуру. А если терморегулятор располагается снаружи, то этому прибору необходим дополнительный элемент, который должен находиться в самой аквариумной воде.

Каждый аквариумист задаёт себе вопрос: насколько высока должна быть потребляемая мощность моего нагревателя? Понятно, что цель подогрева - поднять температуру выше комнатной, потому что аквариумная вода всегда соответствует температуре окружающей среды. Расчёт, приведённый в нижеследующей таблице, действителен для обычного стеклянного аквариума в жилом помещении. (К так называемым “подвальным” аквариумам предъявляются совершенно другие требования: их, кстати, можно также обложить стиропоровыми пластинами.) Вообще, под любой аквариум, где бы он ни стоял, полезно подкладывать тонкую стиропоровую пластину соответствующего же размера: тем самым можно избежать охлаждения грунта на дне.

Всё выглядит совсем иначе, при содержании холодноводных рыб, которым воду необходимо регулярно охлаждать. Охладитель можно изготовить самостоятельно из агрегата бытового холодильника.
Но как узнавать, какая дейтсвительно температура воды в аквариуме. Для измерения температуры воды в аквариуме применяются спиртовые и ртутные термометры, первый тип наиболее приемлем, которые плавают или же крепятся с помощью специальной присоски к стеклу. С ртутными термометрами необходимо обращаться очень осторожно, т.к. при их поломке, находящаяся ртуть может оказаться в аквариумной воде. А это гибель рыб.
К сожалению термометры, особенно как это не печально спиртовые, с течением времени становятся неточными. В связи с этим рекомендуется пользоваться ртутными термометрами с градуировкой от 0 до 40-50 градусов С, но лишь периодически погружая из в воду при измерении температуры. В больших аквариумах измерять температуру плавающим термометром не имеет никакого смысла, по той простой причине, что вода у дна всегда будет холоднее, чем вода у поверхности. Жидкокристалические термометры, которые приклеиваются к внешней стороне стёкол аквариума, вообще не выдерживают никакой критики, т.к. слишком не точны в своих показаниях.