Виды систем отопления, классификация, плюсы, минусы

Для того чтобы в холодный зимний период обеспечить в жилом помещении необходимые условия для проживания, нужна система, которая помогала бы поддерживать нужный температурный режим. Система отопления является наиболее удачным инженерным решением данной проблемы. Отопительная система поможет поддерживать в доме комфортные условия на протяжении всего холодного периода, но следует знать, какие бывают системы отопления в современности.

Не самый лучший способ обогрева своего дома

Системы отопления могут различаться в зависимости от разных критериев. Существуют такие основные виды систем отопления, как: воздушное отопление, электрическое отопление, водяное отопление, водяные теплые полы, и другие. Несомненно, важным вопросом является выбор вида системы отопления для своего жилища. Классификация систем отопления включает множество видов. Рассмотрим основные из них, а также проведем сравнение видов топлива для отопления.

Водяное отопление

Среди всей классификации систем отопления наибольшей популярностью пользуется водяное отопление. Технические преимущества такого отопления были выявлены в результате многолетней практики.

Несомненно, на вопрос, какие виды отопления бывают, именно водяное отопление первым приходит на ум. Водяное отопление обладает такими преимуществами, как:

• Не очень большая температура поверхности различных приборов и труб;
• Обеспечивает одинаковую температуру во всех помещениях;
• Экономится топливо;
• Повышены эксплуатационные сроки;
• Бесшумная работа;
• Простота в обслуживании и ремонте.

Главным компонентом системы водяного отопления является котел. Такое устройство необходимо для того чтобы нагревать воду. Вода является в таком виде отопления теплоносителем. Она циркулирует по трубам замкнутого типа, а потом тепло передается в различные отопительные компоненты, а от них уже обогревается все помещение.

Составные части водяного отопления

Наиболее простым вариантом является циркуляция естественного типа. Такая циркуляция достигается благодаря тому, что в контуре наблюдается разное давление. Однако такая циркуляция может быть и принудительного характера. Для подобной циркуляции водяные варианты отопления должны быть оснащены одним или несколькими насосами.

После того, как теплоноситель проходит по всему контуру отопления, он полностью охлаждается и возвращается назад в котел. Здесь он снова нагревается и, таким образом, снова позволяет отопительным приборам выделять тепло.

Классификация систем водяного отопления

Водяной тип отопления может различаться по таким критериям, как:

• метод циркуляции воды;
• расположение магистралей разводящего типа;
• конструкционные особенности стояков и схема, по которой соединяются все приборы обогрева.

Наибольшую популярность обретает система отопления, где циркуляция воды происходит посредством насоса. Отопление с циркуляцией воды естественного плана в последнее время применяется крайне редко.

В насосной отопительной системе нагрев теплоносителя может иметь место и благодаря водогрейной котельной, или термо воды, которая поступает из ТЭЦ. В отопительной системе вода может нагреваться даже посредством пара.

Водяное отопление с циркуляционным насосом

Прямоточное соединение используют тогда, когда допустима в системе подача воды с очень высокой температурой. Такая система будет стоить не так дорого, расход металла будет несколько меньше.

Минусом прямоточного присоединения считается зависимость теплового режима от «обезличенной» температуры теплоносителя в подающем тепловоде наружного типа.

Рекомендуем к прочтению:

Воздушное отопление

Такие виды отопления различных помещений считаются одними из самых старых. Впервые подобную систему применяли еще до нашей эры. На сегодняшний день такая отопительная система получила широкое распространение – как в общественных помещениях, так и производственных.

Воздушное отопление частного дома

Популярностью для обогрева зданий также пользуется нагретый воздух. При рециркуляции такой воздух может подаваться в помещение, где происходит процесс смешивания с внутренним  воздухом и, таким образом, воздух охлаждается до температуры помещения и снова нагревается.

Воздушное отопление может быть местного характера, в случае если в здании нет центральной приточной вентиляции, или же если поступающее количество воздуха меньше, чем необходимо.

В системах воздушного отопления нагревание воздуха происходит за счет калориферов. Первичный отопитель для таких компонентов является горячий пар или вода. Для того чтобы прогреть воздух в помещении, можно использовать и другие приборы для отопления или любые источники тепла.

Местное воздушное отопление

При вопросе, какое бывает отопление, местное отопление часто приравнивается только к производственным помещениям. Приборы местного отопления используются для таких помещений, которые используются лишь в определенные периоды, в помещениях вспомогательного характера, в помещениях, которые сообщаются с наружными воздушными потоками.

Главными приборами системы местного отопления являются вентилятор и нагревательный прибор. Для воздушного отопления могут применяться такие устройства и приборы, как: воздушно-отопительные устройства, тепловые вентиляторы или тепловые пушки. Такие приборы работают на принципе воздушной рециркуляции.

Тепловая пушка

Центральное воздушное отопление

Центральное воздушное отопление делается в помещениях любого плана, если здание располагает центральной системой вентиляции. Такие типы систем отопления можно организовать по трем различным схемам: с прямоточной рециркуляцией, с частичной или полной рециркуляцией. Полная рециркуляция воздуха может использоваться, в основном, в нерабочие часы для дежурных видов отопления, или для того чтобы обогреть помещение перед началом рабочего дня.

Центральное воздушное отопление

Однако отопление по такой схеме может иметь место, если оно не противоречит никаким правилам противопожарной безопасности или основным требованиям гигиены. Для такой отопительной схемы должна быть использована система приточной вентиляции, но воздух будет забираться не с улицы, а с тех помещений, которые отапливаются. В центральной воздушной отопительной системе применяются такие конструктивные виды приборов отопления, как: радиаторы, вентилятор, фильтры, воздуховоды и другие приборы.

Воздушные занавесы

Холодный воздух может поступать в большом количестве с улицы, если в доме слишком часто открываются входные двери. Если не предпринять ничего для того чтобы ограничить количество холодного воздуха, который проникает в помещение, или не обогревать его, то он может негативно сказаться на температурном режиме, который должен соответствовать норме. Чтобы предотвратить данную проблему, можно в открытом дверном проеме создать воздушный занавес.

Рекомендуем к прочтению:

Во входах зданий жилого или офисного плана можно установить низкорослый воздушно-тепловой занавес.

Ограничить количество поступающего холодного воздуха снаружи здания имеет место благодаря конструктивным изменением входа в помещение.

Электрические воздушные завесы

Все большей популярностью в последнее время пользуются воздушно-тепловые занавесы компактного типа. Самыми эффективными занавесами считаются занавесы «щиберующего» вида. Такие занавесы создают струйную воздушную преграду, которая защитит открытый дверной проем от проникновения холодных воздушных потоков. Как показывает сравнение видов отопления, такой занавес позволяет сократить потери тепла почти в два раза.

Электрическое отопление

Нагрев помещения имеет место благодаря распределению воздуха, проходящего через приборную панель без того, чтобы нагревалась ее лицевая сторона. Это полностью обезопасит от различных ожогов и предотвратит любое возгорание.

Посредством электрических конвекторов можно обогреть любой тип помещения, даже если у вас имеется всего один источник энергии, такой как электричество.

Такие виды систем отопления зданий не требуют больших затрат для установки или ремонта, к тому же, могут обеспечить максимальный комфорт.

Электрический конвектор можно просто поставить в определенное место и подключить его к питанию сети. Делая выбор системы отопления, можно обратить внимание на данный тип – довольно эффективный.

Электрический настенный конвектор

Принцип действия

Холодный воздух, который находится в нижней части здания, проходит через нагревательный компонент конвектора. Затем его объем увеличивается и он уходит вверх через выходные решетки. Обогревательный эффект имеет место и благодаря дополнительному излучению тепла с передней стороны панели электрического конвектора.

Принцип действия электрического конвектора

Уровень комфорта и экономичность такой обогревательной системы достигается благодаря тому, что в электрических конвекторах применяется электронная система, которая помогает поддерживать определенную температуру. Нужно всего-навсего установить необходимый температурный показатель и датчик, который установлен в нижней области панели начнет через заданный период времени определять температуру воздуха, который проникает в помещение.

Датчик подаст сигнал на термостат, который в свою очередь подключит или наоборот выключит обогревательный элемент. Посредством такой системы для поддержания определенной температуры, которая даст возможность соединить электрические конвекторы в разных помещениях, для того чтобы обогреть целое здание.

Какая система лучше

Конечно же, вопрос какая система отопления лучше является нецелесообразным, так как та или иная система является эффективной в определенных условиях. Сравнение систем отопления следует производить, учитывая все их плюсы и минусы, ориентируясь на условия установки и собственные возможности.

Рассмотрев, какие системы отопления существуют, можно сделать для себя определенные выводы. Но в целом, лучшим вариантом станет посоветоваться с профессионалами.

система гравитационная и зависимая, независимая и лучевая

Чтобы прогреть частный дом с минимальными затратами и высокой эффективностью, хозяину нужно знать виды систем отопления. Выбирая схему, необходимо учитывать показатели качества, надежности, экономности. Рассмотрим возможные варианты, которые доступны для выполнения собственными руками и с привлечением услуг специалистов. Разберемся в особенностях работы приборов нагрева с учетом доступности и ценовой составляющей на топливо.

Разновидности систем отопления

Сама система отопления – это комплекс узлов и дополнительных элементов, которые предназначены для прогрева помещений. В схему входит источник тепла, радиаторы, трубопровод.

По виду теплоносителя конструкции могут быть:

• воздушными;
• водяными;
• паровыми;
• комбинированными;
• электрическими.

По типу нагревательных приборов различается конвективное и лучевое отопление, а также совмещенное конвекционно-лучистое. Источник энергии также может быть любым – газ, твердое топливо, электричество, тепло солнца и альтернативные источники.

Отопление воздушное

Принцип работы основан на прогреве воздуха от источника тепла без применения теплоносителя. Применяются схемы для отопления помещений небольшого формата до 100 м2. Монтаж магистрали осуществляется на этапе строительства дома или в готовом помещении.

Источник тепла – котел, ТЭН, горелка газового типа. Особенности воздушного отопления в том, что оно выполняет вентиляционные функции, так как прогрев осуществляется как воздуха внутри комнаты, так и поступающего снаружи. Процесс происходит путем нагревания холодного воздуха, который всасывается через нижние заборные решетки, проходит через тепловой прибор и выпускается через верхние решетки в воздуховод. Воздуховоды размещаются по всему помещению, воздух циркулирует по трубам и прогревает комнаты, возвращаясь к прибору нагрева.

Система регулируемая, для чего требуется установка термостатов, которые могут задавать программу изменений температуры теплоносителя. Кроме обогрева воздушные системы могут охлаждать помещения, если носитель транспортируется через охладители. Если нет необходимости греть или охлаждать комнаты, систему можно применять в качестве вентиляции.

Установка схемы обходится дорого, но при этом нет нужды в прогреве промежуточного теплоносителя, что экономит до 15% на топливе.

Рекомендуем к прочтению:

К преимуществам относят:

• отсутствие риска замерзания теплоносителя;
• оперативную реакцию на изменения показателей температуры;
• быстрый прогрев помещений;
• дешевизну теплоносителя;
• установку фильтров, благодаря чему воздух в комнаты поступает уже в очищенном состоянии;
• возможность интеграции в схему увлажнителей, работу на охлаждение.

Кроме высокой цены минус один – пересушивание воздуха. Но достаточно дополнить схему увлажнителем, чтобы нивелировать недостаток. Также рекомендуется установка рекуператора – он позволит снизить затраты на обслуживание.

Отопление водяное

Замкнутая система отопления, где обязательно применение жидкого теплоносителя. В качестве теплоносителя может использоваться вода, антифриз. Вода прогревается от котла, затем поступает по трубопроводу к радиаторам отопления. В центральных системах уровень нагрева контролируется в тепловом пункте, в индивидуальных – с помощью термостатов или кранами вручную.

В зависимости от типа подключения нагревателей системы различаются виды систем отопления зданий:

1. Однотрубные с последовательным подключением радиаторов. Схема удобна и проста в монтаже, но часто в крайнем радиаторе секции остаются холодными, так как теплоноситель поступает туда в последнюю очередь. Чтобы избежать подобного, применяются батареи с разной степенью теплоотдачи. Например, крайний радиатор делается с увеличенным количеством секций, покупается чугунный прибор.
2. Двухтрубные с параллельным подключением. Это удобно для подбора радиаторов одного типа, качественного прогрева помещений. Основная особенность – поддержание гидравлического режима в постоянном или переменном виде.
3. Бифилярные (двухпоточные). Это схемы отопления с последовательным соединением батарей, но при условии теплоотдачи радиаторов по двухтрубной системе. В такую схему лучше устанавливать батареи из чугуна, стали или применять конвекторы.

По типу разводки различается верхняя, нижняя, вертикальная или горизонтальная система отопления.

К достоинствам водяного отопления относят:

• дешевизну теплоносителя;
• возможность формирования магистрали своими руками;
• установку системы в доме любой площади;
• применение в качестве прибора нагрева котлов любого типа.

На заметку! Если оборудуется водяная гравитационная система отопления с самотечным током воды и нагревом от твердотопливного котла, магистраль становится энергонезависимой, то есть не требует подключения к сети электропитания.

Минусы тоже есть:

1. Теплоноситель может замерзнуть. Чтобы устранить недостаток, можно использовать антифриз, но с учетом требований материала трубопроводов.
2. При открытой схеме отопления в воду попадает кислород, что приводит к завоздушиванию конвекторов, трубопровода.
3. Если устанавливается гравитационная (самотечная) система, нужно выкладывать трубы с уклоном в сторону обратки минимум на 3 см на каждый метр трубы.

Чтобы подобрать тип котла для водяной магистрали, применяется формула – для 10 м2 площади нужно 1 кВт мощности оборудования. Показатели регулируются в зависимости от уровня утепления дома, наличия больших окон и прочего. Специалисты советуют добавлять к итоговой цифре мощности еще 15%.

Отопление паровое

По нормативам СНиП 2.04.05-91 паровое отопление в жилых домах запрещено по причине высокой опасности вида обогрева. Нагреватели поддерживают температуру до +100 С, что может привести к ожогам. Добавим сложность при монтаже, трудности с регулировкой температуры теплоносителя, шумовые эффекты при транспортировке пара. Применение парового отопления рекомендуется в производственных цехах, переходах, тепловых пунктах.

Рекомендуем к прочтению:

К плюсам относят дешевизну теплоносителя, сниженную инерционность, небольшие размеры приборов отопления и высокую теплоотдачу при минимальных теплопотерях.

Отопление электрическое

Электрический тип отопительной системы сегодня является одним из самых простых и удобных в эксплуатации. Но высокие тарифы на энергию заставляют хозяев задумываться над применением приборов, так как при площадях помещений более 50-70 м2 затраты на обслуживание магистрали будут значительными. Специалисты советуют применять электроотопление как вспомогательный источник тепла, а также в домах сезонного проживания, где не требуется постоянной эксплуатации оборудования.

Выбор тепловых агрегатов широк – масляные, инфракрасные обогреватели, тепловентиляторы – это дополнительные источники. Основными могут стать электрокотлы, электрокамины, конвекторы.

Следует знать, что дополнительные источники пригодны для локального отопления, больших площадей они не прогреют, камины – скорее, декоративный вариант, а вот для прогрева всего дома придется ставить электрокотел и протягивать магистраль по комнатам, что повышает затраты на обслуживание. Неплохой вариант – теплые полы, но монтаж осуществляется с учетом расстановки мебели, чтобы не прогревать дно дивана, шкафа или не повредить силовой кабель при перемещении тяжелых предметов.

Инновационные отопительные системы

К этому типу относятся такие варианты отопления, как:

1. Инфракрасные полы. Работают от электросети, элементы укладываются в стяжку пола и излучают инфракрасные волны. Волны проходят через покрытие пола, нагревают не воздух, а предметы, которые передают тепловую энергию воздуху. В продаже есть саморегулирующиеся карбоновые маты и пленка, которые переносят тяжесть мебели без утраты качественных показателей. Затраты на обслуживание относительно малы – при включении ИК-полы потребляют до 116 ватт на 1 погонный метр, затем уровень потребления снижается до 87 ватт. При установке терморегуляторов экономия достигает 30%.
2. Тепловые насосы. Оборудование работает по принципу отбора тепла из окружающей среды для нагрева теплоносителя. Различаются насосы открытого и закрытого типа, а также по способу используемого источника – воздух, земля, вода. К преимуществам относят возможность подключения в домах без газовых и центральных магистралей отопления, малые расходы на обслуживание. Минус один – значительные затраты на обустройство системы.
3. Солнечные коллекторы. Работают по принципу прогрева теплоносителя посредством тепловой энергии солнца. Минус – в зависимости работы прибора от количества солнечных дней. Агрегаты могут быть плоскими или вакуумными. Плоские нагревают носитель до 200 С, оснащены абсорбером и теплоизоляцией. Вакуумные приборы с многослойным покрытием обеспечивают прогрев теплоносителя до 250-300 С. Простые в монтаже устройства с малой массой и потенциально высоким КПД имеют один недостаток – для них требуется много солнца. Чтобы обогреть дом, необходимо правильно рассчитать количество коллекторов, разместить с учетом особенностей агрегатов, ландшафта и прочих нюансов.

Какую систему выбрать для частного дома?

Рассматривая, какая система отопления лучше, следует брать в расчет назначение дома и периодичность его эксплуатации. Например, для дачного строения сезонного применения подойдут электрические варианты теплоснабжения. А для деревянных домов постоянного проживания следует рассмотреть газовые или твердотопливные (печные) типы отопления с водяным теплоносителем.

Важно! Газовое оборудование требует получения разрешительных документов. Систему протягивает только специалист. Котел устанавливается в отдельном помещении, которое обустраивается в соответствии с требованиями СНиПа. Но расходы окупаются дешевизной топлива.

Также различается зависимая и независимая система отопления. Для обустройства первой нужна подача электропитания, поэтому в районах, куда электричество подается с перебоями, схема не применяется как основная. Удобнее всего обустроить самотечную систему со встроенным насосом. При отсутствии электричества теплоноситель будет циркулировать с чуть меньшей интенсивностью, но тепла в доме будет достаточно.

При выборе типа отопления учитываются финансовые, временные затраты на обустройство, простота доставки топлива, стоимость обслуживания, ремонта магистрали. Кроме того, определяется мощность системы и расход топлива, для чего потребуется проведение тщательных просчетов с учетом размера отапливаемой площади и температурного режима.

Виды теплоносителей для систем отопления

Большинство современных систем отопления предполагает наличие теплоносителя, тепловая энергия которого передается от источника — потребителю. Обычно в роли теплоносителей выступают жидкости или газы. Однако каждый из видов теплоносителей не лишен преимуществ и недостатков. При выборе определенного вида теплоносителя, нужно учитывать первостепенность решения конкретных задач в отопительной системе. Выбранный вид теплоносителя лежит в основе проектируемой системы отопления.

Наиболее распространенными и доступными видами теплоносителей являются:

1. Вода.

2. Этиленгликоль.

3. Пропиленгликоль.

Детально рассмотрим каждый из этих видов.

Вода

В силу своей доступности и универсальности, наиболее распространенным видом теплоносителя является именно вода. Ведь вода – это естественный ресурс, имеющийся в свободном доступе в каждом доме и постоянно возобновляющийся. Согласно статистике, около 70% всех отопительных систем работают с использованием воды в качестве теплоносителя.

Воду отличает высокая плотность и удельная теплоемкость. Для успешного использования воды в качестве теплоносителя важны также такие отличительные особенности как низкая вязкость, высокий коэффициент передачи тепла, невысокая химическая активность. Температура воды легко регулируется. В системе теплоносителей воду обозначается СП-В.

Однако вода имеет и ряд недостатков в сравнении с другими видами теплоносителей. Во-первых, верхний предел нагревания воды относительно низок – около 150°С при уровне давления, действующего в системе.

В случае хорошей изоляции теплопровода, потери тепла составят всего 1°С на километр. Самым существенным недостатком использования воды в качестве теплоносителя является то, что она замерзает при температуре ниже 0°С. Промерзание воды в трубопроводах неизбежно приведет к поломке всей системы. Если зимой выйдет из строя нагревательное оборудование, замерзшая в системе вода просто разорвет трубу.

Если в системе используются металлические трубы и фитинги георг фишер из каталога, то появляется вероятность появления коррозии, которая ускорит износ теплопроводов. А в случае нагрева циркулирующей в системе воды до температуры более 80°С, на стенках трубопроводов откладывается накипь. Во избежание скапливания накипи, нужно использовать дистиллированную воду или добавлять специальные примеси.

Помимо прочего, отопительные системы, в которых теплоносителем является вода, требуют регулярного обслуживания: как минимум, раз в год их нужно промывать, ремонтировать котел, корректировать удельное сопротивление воды в отопительный период.

Этиленгликоль

Иногда в отопительных системах необходимо использовать антифризы – теплоносители, характеризующиеся низкой температурой замерзания. Согласно статистике, примерно четверть всех теплоносителей составляет антифриз на основе этиленгликоля.

В его составе специальные добавки — ингибиторы, которые понижают скорость протекания нежелательных химических процессов, в результате воздействия этиленгликоля. Температура замерзания этого вещества около -60°С. Теплофизические свойства вещества делают его подходящим для отопительных систем. Антифризы на основе этиленгликоля используются в автомобильных системах отопления и для обогрева технических помещений. Одним из главных достоинств данного теплоносителя является невысокая цена, а также низкий уровень отложений в трубах.

Однако широкое распространение этиленгликоль не получил в связи с его высокой токсичностью. По сути, это – яд, лишь 50-500 мг которого достаточно для того, чтобы отравить человека. Этиленгликоль не применяется в открытых отопительных системах. К слабым сторонам вещества также можно отнести высокую вязкость при пониженных температурах. Примерять этиленгликоль нужно с особой осторожностью: если он случайно попадет на древесину, плитку, утеплитель в доме — материалы необходимо срочно заменить.

Пропиленгликоль

Стремление найти менее токсичный антифриз с достаточными теплофизическими характеристиками для использования в качестве теплоносителя привело к заполнению отопительных систем пропиленгликолем. Согласно статистике, лишь 5 % отопительных систем используют пропиленгликоль в качестве теплоносителя.

Весомым достоинством этого вещества является его экологическая безопасность, отсутствие негативных воздействий на здоровье человека. В случае протекания пропиленгликоля, его можно просто стереть тряпкой без соблюдения специальных мер предосторожности. Пары вещества также совершенно безопасны для человека. Антифризы на его основе характеризуются морозостойкостью, они замерзают при температуре -60°С — -70°С.

Другим важным преимуществом вещества является его низкая химическая агрессивность. При использовании пропиленгликоля можно применять материалы, которым противопоказан контакт с водой из-за высокой вероятности развития коррозии. Даже в случае полного удаления воды из смеси, морозостойкость останется на уровне -60°С. В то время как этиленгликоль в аналогичной ситуации замерзает при -13°С. Благодаря смазывающему эффекту, использование пропиленгликоля способствует предотвращению гидроударов.

Теплофизические параметры пропиленгликоля лишь на 20% уступают этиленгликолю. Однако стоимость этого теплоносителя значительно выше стоимости этиленгликоля.

Смеси

В поиске оптимального теплоносителя, современные производители  предлагают различные смеси, в основе которых лежат этиленгликоль и пропиленгликоль. Такие теплоносители несут в себе преимущества обоих веществ. Использование теплоносителя на основе смеси позволяет при сохранении всех преимуществ пропиленгликоля, на 20% понизить энергетические затраты на ввод системы в эксплуатацию.

В вопросе выбора теплоносителя и проектирования отопительной системы лучше всего довериться мнению специалистов. Грамотная консультация, качественно разработанный проект, технически правильный монтаж оборудования и ввод системы в эксплуатацию, позволят Вам просто наслаждаться теплом в частном доме и годами не вспоминать о проблемах связанных с отоплением.

http://ingazteh.ru/

 Загрузка …

Статьи по теме:

Отопление без газа — 7 альтернативных источников отопления частного дома. Альтернативные источники тепла, альтернатива газовому котлу

Традиционно частный дом отапливают газовым котлом. Но что делать, если участок не подключен к газовой магистрали? Или с подачей газа бывают перебои и вы хотите иметь страховку на этот случай? Либо же вы просто хотите уменьшить зависимость от газа и государства.

В таком случае необходимо рассмотреть вариант альтернативного отопления дома. И далее мы разберем, что можно использовать. Какие приборы послужат полноценной заменой газовому котлу и обеспечат отопление без газа, а какие можно использовать только в качестве дополнения.

Что такое альтернативный источник тепла

Так как традиционно дом отапливают газовым котлом, то под альтернативным отоплением дома будем подразумевать любой отопительный прибор, который работает не на газу.

Когда это актуально

1. У вас нет возможности подключиться к газовой сети или это стоит слишком дорого;
2. Вы хотите уменьшить зависимость от газа и иметь страховку в случае сильных морозов или перебоев с его подачей;
3. Для экономии на отоплении. Комбинирование и правильное управление источниками тепла сократит ваши расходы на отопление.

Типы альтернативных источников энергии

Условно, альтернативные источники тепла делятся на два вида:

1. Которые работают в дополнение к котлу. В силу разных причин они не способны полноценно обеспечить здание теплом. Основную отопительную мощность покрывает газовый котел, а другие источники поддерживают его работу в пиковые нагрузки или межсезонье.
2. Которые заменяют газовый котел. Это те источники тепла, которые способны вырабатывать достаточную отопительную мощность, чтобы обогреть здание.

Рассмотрим, какие приборы можно использовать в каждом случае.

Тепловой насос

Тепловой насос — один из самых экономичных способов отопления. Он работает от электросети и преобразовывает природную энергию в тепло для обогрева дома. В зависимости от типа, насос может быть единственным источником тепла в доме и полноценно обеспечить отопление без газа, либо же работать в дополнение к котлу.

• Грунтовые тепловые насосы — полноценная альтернатива газовому котлу. Они работают одинаково эффективно независимо от уличной температуры и полностью обеспечивают здание теплом. Их недостатки: высокая начальная стоимость, окупаемость более 10 лет и необходимое наличие большого участка земли, чтобы закопать грунтовый коллектор.
• Воздушные тепловые насосы дешевле и проще в установке. Они также могут заменить газовое отопление, но при нуле градусов и минусовой температуре их КПД сильно падает. Отопление становится экономически невыгодным. Поэтому, «воздушники» оптимально использовать в паре с котлом: весной и осенью, когда на улице тепло, в основном работает насос, а зимой и при морозах в работу подключается газовый котел.

См. также принцип действия теплового насоса.

В дополнение к тепловому насосу вы можете подключить двухтарифный счетчик электроэнергии, который позволит еще на 30-50% сократить затраты на отопление.

Котлы на твердом топливе

Твердотопливные и пеллетные котлы — один из самых доступных способов отопления частного дома без газа. Они дешевле теплового насоса и способны полностью обеспечить здание теплом независимо от времени суток и уличной температуры.

Но при выборе и установке котлов на твердом топливе нужно учитывать:

• Нужно постоянно контролировать горение и 1-2 раза в сутки добавлять дрова. Конечно это не так сложно, но в сравнении с газовым котлов доставляет неудобства. В пеллетных котлах с этим проще, так как в них предусмотрена автоматическая подача пеллет в топку из бункера.
• Не во всех регионах развита деревообработка и возможно, хорошие дрова придется везти издалека. Поэтому убедитесь, что у вас есть доступ минимум к 2-3 продавцам дров.
• Покупать дрова нужно за один год до начала отопительного сезона. Год — необходимый срок, чтобы дрова просохли и набрали энергетическую ценность. Начальная низкая влажность только у топливных брикетов.
• Вы становитесь зависимы от дров, вместо газа.
• При определенных объемах потребления, отопление дровами не дешевле газового.
• Нужно место для складирования. Если дрова хранить неправильно, они намокнут и потеряют энергетический потенциал. См. статью как хранить дрова.
• Время от времени вам придется чистить дымоход и внутренности котла от сажи.

Солнечные коллекторы

Солнечные коллекторы — хороший способ уменьшить расход газа и дополнить работу газового котла.

Полноценно отапливать дом за счет коллекторов не получится. К ним в пару обязательно нужен второй (основной) источник тепла, потому что зимой световой день короче и солнечная интенсивность намного слабее, чем летом. Подробнее про интенсивность солнца на примерах читайте в статье про солнечную электростанцию для дома.

Коллектора идеально подойдут для нагрева воды для ГВС летом, весной и осенью. А зимой их можно использовать только для поддержки отопления.

Камин с водяным контуром

Такой камин это совмещение традиционного камина и твердотопливного котла: его устанавливают в помещении и подключают в общую систему отопления. Внутри камина установлена емкость с водой, которая нагревается во время горения дров. За счет этого вы не только греете воздух в помещении, но и подогреваете воду в системе отопления, которая потом поступает в радиаторы, теплый пол или бак-накопитель.

Теоретически, камин с водяным контуром может стать альтернативой газовому отоплению. Но так как у него нет автоматической подачи топлива и новые дрова нужно подкидывать каждые 2-4 часа, сильно на него рассчитывать не стоит. Если вовремя не подкинуть дрова, огонь погаснет и дом остынет.

А потому, такой камин стоит рассматривать как дополнение к основному источнику тепла.

Обычные воздушные камины

Обычные камины дешевле и проще в установке.   Для него не нужно заранее подводить трубу, устанавливать бак-накопитель и предусматривать термозащиту. Достаточно только выделить место и построить дымоход.

Камин греет воздух только вокруг себя. И чтобы увеличить его эффективность, можно провести  от камина воздушные каналы в каждую комнату. За счет этого камин будет обогревать не только помещение в котором установлен, но и другие комнаты, куда проведены воздушные каналы.

Сложности с обычным камином те же: он не заменит газовый котел, дрова так же придется регулярно подбрасывать и следить за горением. Это отличный дополнительный и альтернативный источник тепла, но не более.

Пеллетный камин

Пеллетный камин также греет воздух только вокруг себя. Но у него есть два важных преимущества:

• Необязательно заранее иметь дымоход. Для такого камина нужен небольшой диаметр трубы, которую выводят в стену, а не через все этажи здания.
• Есть автоматическая подача топлива. То есть вам не нужно постоянно контролировать горение. Достаточно лишь поддерживать запас топливных гранул в бункере. А потому, пеллетный камин вполне сойдет как альтернативное отопление без газа. Но с практической точки зрения это неудобно: камин эффективен локально и греет только помещение, в котором установлен. Использовать тепло в масштабах всего дома — невозможно.

Из недостатков:

• Нужен доступ к качественным пеллетам, которые не будут сильно забивать горелку сажей и хорошо гореть.

Кондиционеры

Кондиционер — самый доступный и простой альтернативный источник отопления дома. Можно установить один мощный на весь этаж или по одному в каждой комнате.

Самый оптимальный вариант использования кондиционера – поздней весной или ранней осенью, когда на улице еще не слишком холодно и газовый котел можно пока не запускать. Это позволит сократить расход газа за счет электричества и не превысить месячную норму потребления газа.

Важные моменты:

• Котел и кондиционер должны быть увязаны между собой для работы в паре. То есть, котел должен видеть, что работает кондиционер и не включаться в работу пока в помещении тепло. Здесь не обойтись без настенного термостата.
• Отопление электричеством не дешевле газа. Поэтому не стоит полностью переключаться на обогрев кондиционерами.
• Не все кондиционеры можно использовать при нуле и морозах.

Скрытые утечки тепла частного дома

Чтобы меньше зависеть от газа, нужно работать над энергоэффективностью здания. Почитайте о возможных скрытых утечках тепла в частном доме.

1. 15 примеров скрытых «утечек тепла» в вашем частном доме, о которых вы можете не догадываться.
2. 7 ошибок монтажа окон, которые делают ваш дом холоднее.
3. Как здание охлаждается через вентиляционные каналы

Личный опыт

Я использую для обогрева дома четыре источника тепла: газовый котел (основной), камин с водяным контуром, шесть плоских солнечных коллекторов и инверторный кондиционер.

Зачем это нужно

1. Иметь второй (резервный) источник тепла, если газовый котел выйдет из строя или его мощности станет недостаточно (сильные морозы).
2. Экономить на отоплении. За счет разных источников тепла можно контролировать месячную и годовую норму потребления газа, чтобы не переходить в более дорогой тариф.

Немного статистики

Средний расход газа в январе 2016 года – 12 кубометров в сутки. При отапливаемой площади 200м² и дополнительно подвала.

	Октябрь	Ноябрь	Январь
Расход в месяц	63,51	140	376
Минимальный	0,5	0,448	7,1
Максимальный	5,53	10,99	21,99
Средний в день	2,76	4,67	12,13

Колебания расхода по дням в течение месяца связан с разной уличной температурой и наличием солнца: в солнечные дни работают коллектора, и расход газа снижается.

Выводы

Отопление без газа возможно. Одни источники тепла служат полноценной заменой газовому котлу, другие можно использовать лишь в дополнение. Для удобства, объединим все в таблицу:

Альтернатива газу	Дополнение
Грунтовый тепловой насос Твердотопливный котел Пеллетный котел	Камин с водяным контуром Воздушный камин Пеллетный камин Солнечные коллекторы Инверторные кондиционеры Воздушный тепловой насос Электрические котлы

Есть и другие альтернативные способы обогрева здания, которые не вошли в список: печи, булерьяны, электрические котлы и другие отопительные приборы.

И, конечно же, важно помнить, что установка других источников тепла – не единственный способ экономить газ и сократить зависимость от него. Нужно работать над повышением общей энергоэффективности здания: выявить и устранить все утечки тепла, более рационально использовать тепло и минимизировать теплопотери здания.

Какие бывают типы систем отопления?

Существует ряд различных типов систем отопления для домов, офисов и промышленных предприятий, хотя некоторые из них более оптимизированы для определенных мест, чем другие. Размеры и мощность являются одними из самых больших различий, поскольку отопление чего-то вроде небольшого дома или подвальной квартиры сильно отличается от регулирования температуры где-нибудь, например, в многоэтажном доме или крупном торговом здании. Тем не менее, базовая операционная технология обычно в некоторой степени согласована независимо от настройки.Большинство систем относятся к пяти основным типам, а именно: с принудительной подачей воздуха, лучистым теплом, гидронными, паровыми и геотермальными. Каждый тип следует рассматривать с точки зрения его эффективности с точки зрения соответствия бюджету и потребностям в отоплении и охлаждении рассматриваемого помещения.

Пропановый бак может содержать топливо для обогрева конструкции.

Системы принудительного воздуха

Система приточной вентиляции чаще всего используется в жилых зданиях, а также часто используется в больших зданиях, таких как офисы и магазины. Он работает, нагревая воздух в печи, а затем вытесняя воздух в различные области здания через установленные воздуховоды и вентиляционные отверстия.Он также широко известен как система центрального отопления, потому что он исходит из центральной точки конструкции, обычно из туалета, где ее можно фильтровать, увлажнять или осушать. Воздух можно нагревать различными способами, включая электричество, природный газ, пропан или масло. Поскольку эту систему можно использовать как для отопления, так и для охлаждения, она удобна для многих людей и эффективна в тех случаях, когда речь идет о служебных помещениях.

Радиатор.

Воздуховоды, необходимые для использования этой системы, обычно устанавливаются внутри внутренних стен здания, поэтому установка этой системы в более старом доме может оказаться затруднительной, а при новом строительстве может потребоваться дополнительное планирование. Используемая печь может быть шумной и слышной по всему зданию. Эта система также может перемещать аллергены по всему дому по мере циркуляции воздуха, и системы фильтрации потребуют регулярного обслуживания для поддержания оптимального функционирования. Системы с принудительной подачей воздуха также могут быть дорогими в обслуживании, особенно с возрастом.

Пропановые обогреватели бывают разных размеров.

Лучистое тепло

Метод лучистого тепла часто хвалят за его способность производить естественное и комфортное тепло, равномерное по всему зданию.В такой системе централизованный насос использует сеть труб с горячей водой под полом или внутри потолочных панелей для распределения тепла. Горячая вода нагревается с помощью бойлера, который обычно работает на масле, природном газе, пропане или электричестве. Нагревательная печь также может использоваться для нагрева воды, работающей на угле или дровах.

Воздушное отопление и геотермальные тепловые насосы — все это эффективные способы обогрева домов в холодную погоду.

Для обогрева комнаты лучистым теплом может потребоваться некоторое время, потому что сначала необходимо нагреть воду и прокачать ее по трубам. Установка и обслуживание может быть дорогостоящим из-за трудностей, связанных с доступом к системам трубопроводов в случае возникновения проблемы. Охлаждение с помощью этого метода обычно недоступно, поскольку для охлаждения обычно требуется отдельная система воздуховодов. Трубы с горячей водой могут согреть помещение, но холодные обычно не охлаждают. Для этого обычно требуется циркуляция воздуха.

Гидравлические системы

Hydronic heat также известен как плинтус с горячей водой. Как и в излучающих системах, бойлер нагревает горячую воду для такого рода установки, которая затем циркулирует по трубам, расположенным в плинтусах, прикрепленных к стенам в каждой комнате дома.Эти системы обычно бесшумны, энергоэффективны и могут работать на электричестве, масле или природном газе. Температуру обычно можно регулировать отдельно в каждой комнате. Плинтусы не должны загораживаться занавесками или мебелью, что делает их неудобными для некоторых пользователей. Как и в случае с лучистым теплом, водяные системы могут медленно нагревать комнату и потребуют отдельной системы охлаждения.

Примеры парового излучения

Паровые лучистые системы обогревают комнату с помощью вертикальных блоков, называемых «радиаторами».«Эти системы используют одну или две трубы и нагревают воду различными способами, такими как электричество, масло или природный газ. Хотя эти устройства могут быть энергоэффективными и быстро обогревать комнату, они могут быть неудобными, когда дело доходит до мебели. размещение, так как стены и окружающая территория должны быть чистыми, чтобы избежать опасности возгорания. Многим людям не нравится, как радиаторы выглядят в комнате, и поэтому они выбирают другой метод. Радиаторы обычно используются только для отопления, что означает, что владельцы зданий, которые хотят прохлады Для этого потребуется другая система кондиционирования воздуха.

Геотермальные возможности

Геотермальные обогреватели — это более новый вариант отопления и охлаждения, который чаще всего используется в домах и экологически безопасных офисных помещениях.Эти системы используют естественное тепло земли для регулирования внутренней температуры. Их установка может быть очень дорогой, но многие владельцы говорят, что со временем они более или менее окупятся. Большинство из них очень энергоэффективны и не потребляют много электроэнергии или других невозобновляемых ресурсов, а это означает, что счета за коммунальные услуги часто будут довольно низкими. Эта система работает как для обогрева, так и для охлаждения, поскольку в качестве регулирующей меры используется относительно постоянная температура земли.

Сравнение вариантов и выбор

Когда домовладельцы и строительные подрядчики выбирают систему отопления для определенной конструкции, они обычно имеют смысл подумать о том, как система будет получать питание, помимо того, сколько это будет стоить.Учитывая, что для многих из этих вариантов требуются отдельные системы охлаждения, может быть лучше использовать систему центрального отопления, которая будет сочетать отопление с охлаждением в тех регионах, где требуются обе системы.

В некоторых системах центрального отопления котлы используются для нагрева воды или воздуха, которые затем используются для обогрева дома или здания.

5 типов отопительных печей, о которых следует подумать о покупке

Печь — это, по сути, закрытый ящик, в котором находится огонь, который согревает ваш дом. Если вы покупаете плиту с достаточно большим плоским сервизом наверху, вы также можете вскипятить воду или разогреть еду. .

Наиболее распространенными видами печного топлива являются древесина (пеллеты и бревна), нефть, уголь, кукуруза и газ. Они различаются по стоимости, эффективности, теплопроизводительности, безопасности и многому другому.

Печи бывают всех форм и размеров, и сегодня рынок печей довольно конкурентен. Бренды часто конкурируют за производство печи, которая может более эффективно отводить тепло, обогревать большие помещения и, конечно же, добавлять атмосферу в ваш дом. Итак, какой же печной нагревательный элемент из распространенных вариантов лучше?

Почему вы должны использовать плиту?

Энергосбережение

Использование печи часто обходится намного дешевле, чем использование многих других типов нагревательных приборов.С самого начала может показаться, что это не так, потому что у печей есть дорогая предоплата, особенно в плане установки. Однако, как только эти расходы будут покрыты, вы, как правило, начнете экономить на счетах за отопление по сравнению с подобными расходами на электричество.

Важно выбрать правильный тип печи, часто современные печи превосходят старые. Например, печи, сертифицированные EPA, часто излучают такое же количество тепла при гораздо меньшем расходе топлива, а гораздо меньшее количество используемого топлива означает гораздо меньшие затраты.

Мы рекомендуем:

Энергетическая безопасность и жизнь вне сети

Другая распространенная причина, по которой люди выбирают отопление и готовку на плитах, заключается в том, что они не зависят от электросети. Это означает, что вам не нужно так полагаться на энергетические компании для удовлетворения ваших потребностей, и они потенциально могут поддерживать автономный образ жизни.

Хранение и контроль собственного потребления топлива также означает повышенную энергетическую безопасность. Например, если по какой-либо причине будут нарушены энергосистемы или трубопроводы, это не коснется вас.

Эстетическая привлекательность

Кроме того, в доме будут говорить не только об экономии денег, но и об их эстетической привлекательности. Печи могут выглядеть невероятно, и многие люди предпочитают их более современной технике из-за их естественности и старомодной привлекательности.

Тем не менее, некоторые компании привносят ультрасовременный вид в этот классический домашний интерьер, и он может выглядеть так же хорошо. Печи бывают разных размеров — одни печи достаточно большие, чтобы обогреть целые промышленные предприятия, а другие достаточно маленькие, чтобы согреться в небольшой хижине.Какую бы печь вы ни искали, обязательно найдется такая, которая будет идеально смотреться в вашем доме.

Какие типы печей бывают?

Дровяные печи

Дровяные печи — это, пожалуй, самая распространенная форма печи, потому что они очень просты в эксплуатации и обслуживании, а дрова легко доступны по всей стране.

Наука, стоящая за ними, довольно проста и восходит к эпохе пещерного человека. Древесина воспламеняется и сжигается для выделения тепла.

Огонь сдерживается внутри топки, и когда он горит, тепло излучается через металлический кожух.

В наши дни дровяные печи можно удивительно настраивать — это не тот случай, когда нужно просто дать огню гореть. Во всех современных дровяных печах вы можете регулировать температуру печи с помощью цифрового термостата, чтобы в вашей комнате было так тепло, как вы хотите.

Самая большая проблема с дровяными печами заключается в том, что для их обслуживания и дозаправки требуется больше ручной работы. Вот почему многие люди предпочитают печи на пеллетах, поскольку они оснащены рядом автоматических функций.

Масляные печи

Масляные печи — это печи, похожие на деревянные печи, которые воспламеняются и питаются путем нагревания определенных масел вместо дров.

Как и в дровяной печи, горение происходит внутри камеры сгорания. Преимущество масла в том, что в нем нет сажи или золы, которые нужно чистить. Нефть также имеет гораздо более высокую тепловую мощность, чем другие виды топлива, такие как пропан.

Однако масло обычно намного дороже древесины, поэтому его эксплуатация может стоить намного дороже.

Цена за килограмм древесины обычно вдвое и выше. Кроме того, масло намного более огнеопасно и потенциально опасно. С этим добавлены дополнительные меры безопасности внутри печи, такие как масляная горелка для предотвращения неконтролируемого горения.

Кукурузные печи

Кукурузные печи, похожие на дровяные, являются одним из менее дорогих видов топлива. Кукурузные печи также являются экологически чистыми, это означает, что они не выделяют потенциально токсичных газов, таких как окись углерода.Что касается тепловой мощности, кукурузные печи могут производить от 13 000 до 60 000 БТЕ или более, что является большим количеством тепла, достаточным для большинства современных домов.

Эта печь работает так же, как дровяная печь, но питается кукурузой. Поскольку используется кукуруза, она обычно наиболее рентабельна для тех, кто живет относительно близко к региону выращивания кукурузы.

Не многие компании производят кукурузные печи из-за ограниченного спроса, поэтому возможности ограничены по сравнению с другими типами печей. В конечном счете, дровяные печи часто предпочтительнее, так как они эстетичны, и люди ищут лучшего, и их эксплуатация зачастую обходится дешевле из-за доступности древесины.

Многотопливные печи

Многотопливные печи выглядят так же, как обычные печи, но они могут работать на самых разных видах топлива, включая древесину, уголь, торф и пеллеты. Преимущество этих типов печей заключается в том, что вы можете использовать несколько различных видов топлива, поэтому вам не нужно зависеть от колебания цен на одно топливо. Следовательно, если древесина стоит дорого, а уголь — невысокая, вы можете сделать наиболее экономичный выбор.

Какую плиту выбрать?

Сегодня существует так много различных типов печей, что выбор одной из них может быть затруднительным.Дровяные печи остаются популярными благодаря своей эффективности и легкому доступу к дровам по всей стране. Многие люди также предпочитают их из-за их эстетической привлекательности и способности поддерживать автономный образ жизни.

Масляные печи также популярны, но они немного опаснее и зачастую дороже в покупке и установке. Цена на нефть также может сильно колебаться, поэтому некоторым людям не нравится идея полагаться на масляную плиту.

Кукурузные печи не так популярны, как, например, дровяные печи или печи на гранулах, но могут иметь финансовый смысл для тех, кто живет в регионе, где выращивают много кукурузы.

Выбор подходящей печи зависит от вашего местоположения и ряда других факторов. Суть в том, что деревянные совы остаются популярными из-за их низких первоначальных затрат и доступности дров.

Отопление | процесс или система

Обогрев , процесс и система повышения температуры замкнутого пространства с основной целью обеспечения комфорта жителей. Регулируя температуру окружающей среды, отопление также служит для поддержания структурных, механических и электрических систем здания.

В термоэлектрической генерирующей системе источник тепла — обычно работающий на угле, нефти или газе — используется внутри котла для преобразования воды в пар высокого давления. Пар расширяется и вращает лопатки турбины, которая вращает якорь генератора, вырабатывая электроэнергию. Конденсатор преобразует оставшийся пар в воду, а насос возвращает воду в бойлер.

Encyclopædia Britannica, Inc.

Историческое развитие

Самым ранним способом обогрева помещений был открытый огонь.Такой источник, наряду с соответствующими методами, такими как камины, чугунные печи и современные обогреватели, работающие на газе или электричестве, известен как прямое отопление, потому что преобразование энергии в тепло происходит на обогреваемом участке. Более распространенная форма отопления в наше время известна как центральное, или косвенное, отопление. Он заключается в преобразовании энергии в тепло в источнике вне, отдельно от обогреваемого объекта или объектов или расположенных внутри них; Получающееся тепло передается на объект через текучую среду, такую ​​как воздух, вода или пар.

За исключением древних греков и римлян, большинство культур полагалось на методы прямого нагрева. Древесина была первым топливом, которое использовалось, хотя в местах, где требовалось только умеренное тепло, таких как Китай, Япония и Средиземноморье, использовался древесный уголь (сделанный из дерева), потому что он производил гораздо меньше дыма. Дымоход, или дымоход, который сначала представлял собой простое отверстие в центре крыши, а затем поднимался прямо из камина, появился в Европе в 13 веке и эффективно устранял дым и дым от огня из жилого помещения.Закрытые печи, по-видимому, впервые использовались китайцами около 600 г. до н.э. и в конечном итоге распространились по России в северную Европу, а оттуда в Америку, где Бенджамин Франклин в 1744 году изобрел улучшенную конструкцию, известную как печь Франклина. Печи гораздо менее расходуют тепло, чем камины, потому что тепло огня поглощается стенками печи, которые нагревают воздух в помещении, а не пропускают вверх по дымоходу в виде горячих дымовых газов.

Центральное отопление, кажется, было изобретено в Древней Греции, но именно римляне стали величайшими инженерами-теплотехниками древнего мира с их системой гипокауста.Во многих римских зданиях полы из мозаичной плитки поддерживались колоннами внизу, которые создавали воздушные пространства или каналы. На участке, расположенном в центре всех отапливаемых комнат, сжигали древесный уголь, хворост и, в Великобритании, уголь, и горячие газы распространялись под полом, нагревая их в процессе. Однако система гипокауста исчезла с упадком Римской империи, и центральное отопление было восстановлено лишь примерно 1500 лет спустя.

Оформите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту.Подпишитесь сейчас

Центральное отопление снова стало использоваться в начале 19 века, когда промышленная революция вызвала увеличение размеров зданий для промышленности, жилых помещений и сферы услуг. Использование пара в качестве источника энергии предложило новый способ обогрева фабрик и заводов, когда пар передавался по трубам. Котлы, работающие на угле, подавали горячий пар в помещения с помощью стоячих радиаторов. Паровое отопление долгое время преобладало на североамериканском континенте из-за очень холодных зим.Преимущества горячей воды, которая имеет более низкую температуру поверхности и более мягкий общий эффект, чем пар, начали осознаваться примерно в 1830 году. В системах центрального отопления двадцатого века обычно используется теплый воздух или горячая вода для передачи тепла. В большинстве недавно построенных американских домов и офисов теплый воздух вытеснил пар, но в Великобритании и на большей части европейского континента горячая вода заменила пар в качестве предпочтительного метода отопления; канальный теплый воздух там никогда не был популярен. Большинство других стран приняли американские или европейские предпочтения в методах отопления.

Системы центрального отопления и топливо

Важнейшими компонентами системы центрального отопления являются устройства, в которых можно сжигать топливо для получения тепла; среда, транспортируемая в трубах или каналах для передачи тепла в обогреваемые помещения; и излучающее устройство в этих пространствах для выделения тепла либо конвекцией, либо излучением, либо обоими способами. Принудительное распределение воздуха перемещает нагретый воздух в пространство с помощью системы воздуховодов и вентиляторов, которые создают перепады давления. Лучистое отопление, напротив, включает прямую передачу тепла от излучателя к стенам, потолку или полу замкнутого пространства независимо от температуры воздуха между ними; Излучаемое тепло устанавливает цикл конвекции во всем пространстве, создавая в нем равномерно нагретую температуру.

Температура воздуха и влияние солнечного излучения, относительной влажности и конвекции — все это влияет на конструкцию системы отопления. Не менее важным соображением является объем физической активности, который ожидается в определенных условиях. В рабочей атмосфере, в которой напряженная деятельность является нормой, человеческое тело выделяет больше тепла. В качестве компенсации температура воздуха поддерживается на более низком уровне, что позволяет рассеивать лишнее тепло тела. Верхний предел температуры 24 ° C (75 ° F) подходит для сидячих рабочих и домашних жилых помещений, а нижний предел температуры 13 ° C (55 ° F) подходит для лиц, выполняющих тяжелую ручную работу.

При сгорании топлива углерод и водород вступают в реакцию с кислородом воздуха с выделением тепла, которое передается из камеры сгорания в среду, состоящую из воздуха или воды. Оборудование устроено таким образом, что нагретая среда постоянно удаляется и заменяется охлаждающей системой — , т.е. путем циркуляции. Если среда является воздухом, оборудование называется топкой, а если среда — водой, бойлером или водонагревателем. Термин «бойлер» более правильно относится к сосуду, в котором производится пар, а «водонагреватель» — к сосуду, в котором вода нагревается и циркулирует ниже ее точки кипения.

Природный газ и мазут являются основными видами топлива, используемыми для производства тепла в котлах и печах. Они не требуют труда, за исключением периодической очистки, и работают с ними с помощью полностью автоматических горелок, которые могут регулироваться термостатом. В отличие от своих предшественников, угля и кокса, после использования не остается остаточной золы для утилизации. Природный газ вообще не требует хранения, а нефть перекачивается в резервуары для хранения, которые могут быть расположены на некотором расстоянии от отопительного оборудования.Рост объемов отопления с использованием природного газа был тесно связан с увеличением доступности газа из сетей подземных трубопроводов, надежностью подземных поставок и чистотой сжигания газа. Этот рост также связан с популярностью систем теплого воздуха, для которых особенно хорошо подходит газовое топливо и на долю которых приходится большая часть природного газа, потребляемого в жилых домах. Газ легче сжигать и контролировать, чем нефть, пользователю не нужен резервуар для хранения и он платит за топливо после того, как он его использовал, а доставка топлива не зависит от капризов моторизованного транспорта.Газовые горелки обычно проще, чем те, которые требуются для жидкого топлива, и имеют мало движущихся частей. Поскольку при сжигании газа выделяются ядовитые выхлопные газы, воздух из обогревателей должен выводиться наружу. В местах, недоступных для трубопроводов природного газа, сжиженный углеводородный газ (пропан или бутан) доставляется в специальных автоцистернах и хранится под давлением в доме до тех пор, пока он не будет готов к использованию так же, как природный газ. Нефтяное и газовое топливо во многом обязано своим удобством автоматической работе их теплоцентралей.Эта автоматизация основана в первую очередь на термостате, устройстве, которое, когда температура в помещении упадет до заданного значения, активирует печь или котел до тех пор, пока потребность в тепле не будет удовлетворена. Автоматические отопительные установки настолько тщательно защищены термостатами, что предвидятся и контролируются почти все мыслимые обстоятельства, которые могут быть опасными.

заезд — Студенты | Britannica Kids

Введение

Александр Лоури / Фотоисследователи

В физике тепло — это энергия, которая передается от одного тела к другому из-за разницы температур.Жара так хорошо известна с самого раннего детства, что мы почти не задумываемся о ней. Дымящаяся тарелка супа, активный радиатор и сауна кажутся горячими, книга и плитка шоколада при комнатной температуре кажутся менее горячими, а кубик льда кажется холодным. В повседневной речи принято говорить, что у супа больше тепла, чем у книги, а у кубика льда меньше тепла, чем у плитки шоколада. Однако люди часто используют слово тепло , когда на самом деле они имеют в виду температуру или тип энергии, называемый тепловой энергией.

Что такое тепло?

Температура — это мера тепла или холода. Если соединить два объекта с разной температурой, энергия передается, то есть потоки тепла, от более горячего объекта к более холодному. Радиатор излучает тепло, нагревая прохладный воздух вокруг него. Если человек держит неупакованную плитку шоколада, его или ее руки передают тепло шоколаду, в конечном итоге расплавляя его. Неверно говорить о тепле в самом объекте, потому что тепло ограничивается передачей энергии.Энергия, которая сохраняется в объекте из-за его температуры, называется тепловой энергией.

Дон Сметцер / Стоун

Поначалу может быть трудно понять разницу между теплом, температурой и тепловой энергией. Чтобы лучше понять эти три взаимосвязанные концепции, полезно знать, что на самом деле делает вещи горячими или холодными. Тепло, температура и тепловая энергия связаны с микроскопическими движениями внутри материи. Эти движения объясняются так называемой кинетической теорией материи.

Molecules in Motion

Encyclopædia Britannica, Inc.

Все Материя, будь то твердое тело, жидкость или газ, состоит из крошечных частиц, таких как молекулы и атомы. Эти частицы постоянно находятся в движении — перемещаются, колеблются или беспорядочно вращаются во всех направлениях. Одна из многих различных форм энергии — это энергия, которой что-то обладает из-за своего движения. Этот вид энергии называется кинетической энергией. Кинетическая энергия частиц вещества является основой температуры, тепловой энергии и тепла.

Интерактивная

Британская энциклопедия, Inc. / Кенни Хмелевски

Температура — это мера того, насколько быстро в среднем движутся частицы в каком-либо предмете. Например, при приготовлении тарелки супа в микроволновой печи температура супа повышается за счет ускорения среднего движения его молекул. Молекулы в горячем супе в целом перемещаются быстрее, чем до того, как суп был нагрет. И наоборот, молекулы в кубике льда движутся медленнее.

Таким образом, температура является мерой интенсивности.Это не зависит от количества рассматриваемого вещества. Ледяная крошка и ледяной кирпич будут иметь одинаковую температуру, если средняя скорость их частиц одинакова.

С другой стороны, тепловая энергия представляет собой общее количество кинетической энергии молекул объекта и других частиц. Горячая тарелка супа имеет больше тепловой энергии, чем холодная тарелка супа, потому что общее количество движущихся в ней частиц больше. Однако горячая тарелка супа обладает большей тепловой энергией, чем чашка супа при той же температуре.Точно так же айсберг имеет гораздо больше тепловой энергии, чем раскаленная миска супа. Айсберг настолько больше, чем тарелка супа, что сумма движений всех его частиц больше, чем у супа. Это правда, даже если у супа более высокая температура. Температура — это мера общей скорости движения частиц; тепловая энергия — это мера общей энергии, которую частицы имеют в результате своего движения.

Тепловая энергия представляет собой количество тепла, которое что-то потенциально может испустить.Тепло — это передача тепловой энергии от более горячего вещества к более холодному. Передача тепла веществу обычно повышает его температуру.

Почти во всех случаях материя увеличивается в объеме при повышении температуры. В газах увеличение очень велико. Когда молекулы, составляющие газ, начинают ускоряться, они также начинают распространяться. Если давление и вес газа останутся прежними, увеличение объема будет прямо пропорционально повышению температуры.

Encyclopdia Britannica, Inc.

Передача тепла твердому телу также вызывает его расширение, но в гораздо меньшей степени, чем газ. В металлическом стержне каждая единица длины стержня увеличивается при расширении. Жидкости в целом ведут себя как твердые тела и слегка расширяются при повышении температуры.

Верно и обратное. Когда объект излучает тепло и его температура падает, он сжимается.

Достижение баланса

Encyclopædia Britannica, Inc.

Если горячую кочергу погрузить в холодную воду, кочерга станет прохладнее, а вода — теплее.Это означает, что горячее тело отдает часть своего тепла холодному телу. Молекулы в воде ускоряются, и вода получает энергию; в то же время игроки в кочергу замедляются, и кочерга теряет энергию. Теплообмен будет продолжаться до тех пор, пока температура воды и кочерги не станет одинаковой. Такой баланс температур известен как тепловое равновесие. Точно так же, если металлическую ложку комнатной температуры поместить в чашку горячего чая, чай будет передавать тепло ложке, повышая температуру ложки, в то время как его собственная температура снижается.Чай будет продолжать передавать тепло, пока не достигнет температуры ложки. Таким образом, температура объекта определяет, течет ли тепло от него или к нему, когда он находится в контакте с другим объектом с другой температурой.

Тепло всегда естественно течет от более горячего вещества к более холодному; он никогда не может спонтанно перетекать от более холодного объекта к более горячему. Если бы в фильме было показано, что стакан теплой воды сам по себе превращается в стакан с горячей водой со льдом, плавающим наверху, сразу было бы очевидно, что фильм движется в обратном направлении.

Когда более горячее вещество передает тепло более холодному, это обычно приводит к повышению температуры более холодного вещества. Чаще всего, но не всегда. Вещество может поглощать тепло без повышения температуры, переходя из одного физического состояния или фазы — твердого, жидкого или газообразного — в другое. Например, твердое вещество может превратиться в жидкость в результате плавления или непосредственно в газ в результате процесса, известного как сублимация. Точно так же жидкость может превратиться в газ при кипении.

В таких случаях теплопередача заставляет частицы вещества перестраиваться, а не ускоряться. Увеличенная энергия используется для преодоления сил, удерживающих вместе атомы или молекулы в материале. Частицы в твердом теле связаны вместе более плотно, чем, например, в жидкости. Если кубик льда (твердая вода) поставить на столешницу, тепло будет передаваться от окружающего воздуха ко льду. Пока лед тает, теплопередача не изменяет температуру льда.Вместо этого тепло заставляет молекулы расширяться, превращая лед в жидкость. Тающий лед остается при 32 ° F (0 ° C), а образующаяся жидкая вода также имеет температуру 32 ° F. Как только лед тает, температура жидкой воды начинает повышаться.

Количество энергии, поглощаемой или выделяемой веществом во время фазового перехода, известно как скрытая теплота. Эта передача энергии происходит без изменения температуры. Передача энергии, вызывающая изменение температуры, но не изменение фазы, называется явным теплом.

Измерение температуры

Температура выражается в градусах по произвольной шкале. Обычно используются три таких шкалы: Фаренгейта, Цельсия и Кельвина.

Температурные весы

Для точного измерения температуры необходимо спроектировать и изготовить шкалу термометра. Существует два типа шкалы термометра: одна основана на двух фиксированных точках, а другая называется шкалой абсолютной температуры.

Фаренгейта и Цельсия

В шкале температур одного типа выбираются два природных явления, каждое из которых всегда происходит при одной и той же температуре.Точка замерзания воды и точка кипения воды являются двумя такими фиксированными точками. Их легко воспроизвести. Затем каждой из этих фиксированных точек произвольно присваивается число, обозначающее температуру. Наконец, интервал между этими точками делится на фиксированное количество равных степеней. Минусовая температура считается отрицательной.

Encyclopdia Britannica, Inc.

Обычно используются две температурные шкалы, основанные на фиксированных точках кипящей и замерзающей воды. Шкала Фаренгейта (° F) используется в США и некоторых других англоязычных странах.Он назначает 32 ° F для точки замерзания воды и 212 ° F для точки кипения воды. Интервал между ними делится на 180 равных градусов. Эта шкала в более ранней форме была изобретена немецким физиком 18 века Даниэлем Габриэлем Фаренгейтом.

Шкала Цельсия (° C) широко используется для научных измерений. Он также широко используется в большинстве стран мира, в странах, где принята метрическая система. На этой шкале 0 ° C — это точка замерзания воды, а 100 ° C — температура кипения воды.Интервал между ними делится на 100 градусов. Шкала была изобретена в 1742 году шведским астрономом Андерсом Цельсием. Иногда ее также называют шкалой Цельсия.

Кельвин

Британская энциклопедия, Inc.

Каждая шкала Цельсия и Фаренгейта имеет соответствующую шкалу абсолютных температур. Многие физические законы и научные формулы можно выразить проще, если использовать шкалу абсолютных температур. В такой шкале ноль градусов равен абсолютному нулю, самой холодной температуре, которая теоретически возможна.При абсолютном нуле частицы вещества имеют минимально возможную энергию. Поскольку абсолютные шкалы устанавливают свою нулевую точку на этой минимально возможной температуре, они не имеют отрицательных значений.

Абсолютная шкала, основанная на градусах Цельсия, называется шкалой Кельвина (K) в честь британского физика 19 века лорда Кельвина. Шкала Кельвина была принята в качестве международного стандарта для научного измерения температуры. Поскольку абсолютный ноль равен -273,15 ° C по шкале Цельсия, шкала Кельвина — это, по сути, шкала Цельсия, сдвинутая на 273.15 градусов. Единицей измерения температуры по шкале Кельвина является кельвин, а по величине он равен градусу Цельсия. Символ градуса не используется со значениями по шкале Кельвина, поэтому точка кипения воды выражается как 373,15 K (а не 373,15 ° K).

Абсолютная шкала, основанная на градусах Фаренгейта, называется шкалой Ренкина. Когда-то он использовался в определенных областях техники в Соединенных Штатах.

Часто бывает необходимо преобразовать температуру по одной шкале в соответствующую температуру по другой.Основные коэффициенты пересчета следующие.

Фаренгейта в Цельсию: ° C = (° F — 32) ÷ 1,8

Цельсия в Фаренгейта: ° F = (° C × 1,8) + 32

Цельсия в Кельвин: K = ° C + 273,15

Термометры

© koya79 / Fotolia

Температуру измеряют термометром. Изобретение термометра приписывают итальянскому математику и физику Галилео. В его инструменте, построенном примерно в 1592 году, изменение температуры перевернутого стеклянного сосуда вызывало расширение или сжатие воздуха внутри него.Это, в свою очередь, изменило уровень жидкости в длинной горловине сосуда с открытым ртом.

Любое вещество, которое так или иначе изменяется при изменении температуры, может использоваться в качестве основного компонента термометра. Газовые термометры лучше всего работают при очень низких температурах. Чаще встречаются жидкостные термометры. Они простые, недорогие, долговечные и способны измерять широкий температурный диапазон.

Жидкость в термометре почти всегда представляет собой ртуть, запечатанную в стеклянной трубке с газообразным азотом, составляющим остальной объем трубки.Если ртуть нагревается, она расширяется, а если охлаждается, она сжимается. Это изменение вызывает заметное повышение или понижение уровня ртути в трубке. Маркировка на внешней стороне трубки указывает соответствующее повышение или понижение в градусах в соответствии с температурной шкалой.

Электронные цифровые термометры работают по принципу, согласно которому электрическое сопротивление металла (обычно платины) изменяется с изменениями температуры. Электричество легче проходит через платиновый провод, когда его температура снижается.Когда термометр используется, подается напряжение, заставляющее электрический ток течь через платиновую проволоку. Измерение этого тока является показателем сопротивления — и, следовательно, температуры — провода. Компьютерный чип измеряет ток, вычисляет температуру и отображает ее на экране.

Термопары являются одними из наиболее широко используемых промышленных термометров. Они состоят из двух проводов из разных материалов. Провода соединяются с обоих концов и подключаются к прибору для измерения напряжения.Один конец соединенных проводов помещают там, где необходимо измерить температуру, а другой конец поддерживают при постоянной более низкой температуре. Разница температур между двумя концами создает напряжение, которое можно измерить и преобразовать в меру температуры.

Измерение тепла

Все многочисленные виды энергии, включая тепло, можно преобразовать в работу. По этой причине количество энергии выражается в единицах работы. Для измерения количества тепла, передаваемого во время химической или физической реакции, наиболее часто используемыми единицами измерения являются калория, джоуль и британская тепловая единица.

Удельная теплоемкость

Encyclopædia Britannica, Inc.

В 18 веке шотландский ученый Джозеф Блэк заметил, что равным массам различных веществ требуется разное количество тепла, чтобы повысить их температуру на одинаковую величину. Например, для повышения температуры грамма воды на один градус требуется гораздо больше тепла, чем для повышения температуры грамма ртути на один градус. На основании своих наблюдений Блэк основал понятие удельной теплоемкости. Удельная теплоемкость вещества — это количество энергии, необходимое для поднятия единицы массы вещества через определенный температурный интервал, обычно на один градус.Значение теплоемкости сильно различается для разных веществ.

В метрической системе единицей измерения удельной теплоемкости является калория. Он определяется как количество тепла, необходимое для повышения температуры одного грамма воды с 14,5 ° C до 15,5 ° C. Удельная теплоемкость воды установлена ​​на уровне 1.000 калорий на грамм. Все остальные значения основаны на этой единице. (Калория, используемая для измерения удельной теплоемкости, отличается от единицы, используемой в питании. «Калория», используемая для измерения того, сколько энергии тело может получить от пищи, на самом деле является килокалорией, которая равна 1000 калорий.)

Удельная теплоемкость также может быть выражена в джоулях, единицах работы или энергии в Международной системе единиц (СИ). Одна калория равна 4,1855 джоулей.

В английской системе измерений британская тепловая единица (BTU) является единицей удельной теплоемкости. Одна британская тепловая единица — это количество тепла, необходимое для повышения температуры одного фунта воды с 63 ° F до 64 ° F. Одна BTU равна примерно 252 калориям. При измерении теплосодержания топлива. БТЕ — это единица удельной теплоты, используемая для измерения теплосодержания топлива.

Измерение теплопередачи

В химической или физической реакции количество переданного тепла — это количество тепла, которое поглощается или теряется окружающей средой. Q — это обозначение количества теплопередачи. Если тепло теряется, Q является положительным числом, и реакция называется экзотермической. Если тепло поглощается, Q является отрицательным числом, и реакция называется эндотермической.

Количество переданного тепла можно измерить с помощью прибора, называемого калориметром.По сути, калориметр состоит из сосуда, помещенного в сосуд большего размера, наполненный жидкостью, например водой. В сосуде меньшего размера происходит реакция. Вода в большом сосуде поглощает тепло реакции и ее температура повышается.

Для измерения теплопередачи масса испытуемого вещества полностью сжигается в меньшей емкости. Затем повышение температуры воды измеряется чувствительным термометром. Поскольку количество воды и повышение температуры известны, количество теплового потока можно рассчитать.Количество переданного тепла ( Q ) равно изменению температуры воды, умноженному на удельную теплоемкость вещества, умноженное на массу вещества.

Как передается тепло

Тепло может передаваться тремя различными способами: теплопроводностью, конвекцией и излучением. При обогреве здания или котла с водой или в естественных условиях, таких как гроза, передача тепла обычно включает все три процесса.

Conduction

Encyclopædia Britannica, Inc.

Проводимость передает тепло внутри тела или между двумя соприкасающимися телами. Это поэтапный процесс передачи тепла. Проводимость происходит в твердых телах, жидкостях или газах, которые находятся в состоянии покоя. Энергия течет, но вещество, через которое передается тепло, не течет.

Encyclopdia Britannica, Inc.

Если одна часть тела нагревается путем прямого контакта с источником тепла, соседние части нагреваются последовательно. Таким образом, если металлический стержень помещен в горелку, тепло передается по стержню за счет теплопроводности.Это можно объяснить кинетической теорией вещества. Молекулы стержня увеличивают свою энергию движения. Это большее движение передается по стержню от молекулы к молекуле. Точно так же, если горячий суп налить в миску комнатной температуры, контакт с горячим супом заставляет молекулы миски ускоряться, и миска нагревается.

Проводимость включает передачу энергии между соседними молекулами и другими частицами. Когда частица начинает двигаться или вибрировать более энергично, вероятность столкновения с соседней частицей возрастает.Такое столкновение заставляет соседнюю частицу двигаться сильнее. Он, в свою очередь, с большей вероятностью столкнется с другими частицами. Таким образом, «по линии» передается большее движение. В случае супа, например, быстро движущиеся частицы горячего супа, которые контактируют с миской, начинают сталкиваться с внутренней частью миски. Затем частицы внутри чаши начинают двигаться быстрее, таким образом сталкиваясь с частицами, находящимися дальше внутри чаши. Передается тепло, и температура чаши повышается.

Проведение обычно — относительно медленный процесс. Разница температур между веществами, а также количество и тип материала влияют на скорость теплопередачи. Тепло быстрее течет между веществами с большей разницей температур. Прикосновение к металлическому стержню при температуре 150 ° F (66 ° C) нагревает руки человека намного быстрее, чем прикосновение к стержню, температура которого составляет всего 100 ° F (38 ° C). По мере того, как более горячий объект нагревается более холодным, он, как правило, сам становится холоднее. Разница температур между ними уменьшается, и скорость передачи тепла замедляется.

Размер и форма объекта также являются факторами. Тепло передается быстрее через более короткий и тонкий стержень, чем через более длинный и толстый стержень. Это потому, что ему не нужно проходить так далеко в более коротком и тонком стержне. Если миска с супом заполнена наполовину, жидкости потребуется больше времени, чтобы нагреть всю миску, чем если бы миска была наполнена до верха. Чем больше площадь контакта горячего супа с миской, тем быстрее она нагреется.

Из-за своей атомной структуры некоторые материалы гораздо лучше проводят тепло, чем другие.Металлы — особенно хорошие проводники. Если поместить металлическую ложку и деревянную ложку в кастрюлю с томатным соусом, которую нагревают на плите, ручка металлической ложки нагревается намного быстрее, чем у деревянной. С другой стороны, воздух — плохой проводник тепла. Газы обычно имеют самую низкую теплопроводность, за ними следуют жидкости. Твердые тела — лучшие проводники тепла.

Конвекция

Метод передачи тепла, называемый конвекцией, происходит в жидкостях, то есть жидкостях и газах.Обычно это довольно быстрый процесс. Это зависит от движения нагретого материала. Движение — это результат изменений плотности (массы на единицу объема), сопровождающих процесс нагрева. Вода в чайнике нагревается конвекцией. Горячая печь также нагревает воздух в помещении за счет конвекции.

Когда жидкость нагревается, ее плотность уменьшается. Частицы жидкости ускоряются и разлетаются. Жидкость расширяется, становясь более плавучей. Более теплый объем жидкости будет подниматься, в то время как более холодный и, следовательно, более уплотненный объем жидкости будет опускаться.

В чайнике, нагретом над горелкой, вода, контактирующая с горячим дном чайника, нагревается за счет теплопроводности. Однако тепло распространяется по воде за счет конвекции. Вода на дне чайника становится более горячей, более энергичной и менее плотной, чем остальная вода. Струи горячей воды поднимаются вверх, выталкивая более холодную воду из верхней части чайника. Эта более холодная вода опускается на дно, где затем нагревается. Затем эта вода поднимается, и процесс повторяется.Конвекция передает тепло через такие циркуляционные потоки восходящей и нисходящей жидкости.

Этот процесс называется естественной конвекцией. Другой известный пример естественной конвекции — это циркуляция воздуха из печи с горячим воздухом. Когда жидкость или газ перемещаются из одного места в другое под действием некоторой механической силы (а не из-за разницы в плотности), этот процесс известен как принудительная конвекция. Циркуляция воздуха с помощью электрического вентилятора является примером принудительной конвекции.

Радиация

Кэтлин Меллоан / Стоун

Третий способ передачи тепла из одного места в другое называется излучением.В излучении никакой материальный носитель не передает энергию. Источник тепла и нагретое тело не соприкасаются, и материя не должна перемещаться между ними. Хорошим примером является Солнце, излучающее тепло наружу через солнечную систему. Во-первых, нагретая поверхность (например, Солнце) излучает энергию в виде электромагнитного излучения. Это излучение распространяется во всех направлениях со скоростью света. Как и свет, излучение передается волнами через пространство или даже через материалы. Наконец, излучение попадает в тело, где оно поглощается.Увеличивается тепловая энергия тела и повышается его температура. Когда излучение Солнца достигает земли на Земле, земля поглощает энергию, заставляя ее частицы ускоряться. Тепло, передаваемое электромагнитными волнами, известно как лучистая энергия или тепловое излучение. Таким образом, электрический обогреватель передает тепло.

Все тела, горячие или холодные, излучают энергию. Чем горячее тело, тем больше энергии оно излучает. Более того, все тела получают излучение от других тел. Обмен лучистой энергией происходит непрерывно.Таким образом, тело при постоянной температуре не перестает излучать. Он получает энергию с той же скоростью, что и излучает энергию. Нет никаких изменений в его тепловой энергии или температуре.

Предоставлено НИИ газа

Передача тепла излучением не пропорциональна разнице температур между горячими и холодными объектами, как в случае передачи тепла за счет теплопроводности и конвекции. Он пропорционален разнице между четвертыми степенями абсолютных температур (температур по шкале Кельвина) двух объектов.Таким образом, передача тепла за счет излучения намного эффективнее при высоких температурах, чем при низких.

Перенос излучения зависит также от природы излучающего объекта и объекта, который поглощает излучение. Объекты, которые хорошо излучают тепловое излучение, также являются хорошими поглотителями. Почерневшая поверхность является прекрасным излучателем, а также отличным поглотителем. Если одна и та же поверхность посеребрена, она станет плохим излучателем и плохим поглотителем.

Термодинамика

Изучение взаимосвязи между теплом, другими формами энергии, работой и температурой известно как термодинамика.Этот раздел физики занимается передачей энергии из одного места в другое и из одной формы в другую. Ключевое понятие заключается в том, что тепло — это форма энергии, соответствующая определенному количеству механической работы.

Чтобы применить принципы термодинамики, ученые определяют систему, которая в некотором смысле отличается от окружающей среды. Например, система может представлять собой образец газа внутри цилиндра с подвижным поршнем, целую паровую машину, марафонца, планету Земля или черную дыру в космосе.В общем, системы могут свободно обмениваться работой, теплом и другими формами энергии со своим окружением. Если система полностью отделена от своего окружения и не может обмениваться ни веществом, ни энергией, она называется изолированной системой. Замкнутая система может обмениваться энергией с окружающей средой, но не материей.

Внутренняя энергия любой системы — это общее количество энергии микроскопических молекул и других частиц в телах, составляющих систему. Он включает в себя тепловую энергию (энергию движения частиц) и энергию, которая удерживает сами частицы вместе.

Законы термодинамики

Основные принципы термодинамики выражены в трех законах. Хотя эти законы просто сформулировать, они имеют далеко идущие последствия.

Первый закон

Первый закон термодинамики утверждает, что общее количество энергии системы плюс ее окружение сохраняется или не изменяется. Энергия может быть преобразована в работу и из одной формы в другую, например, из кинетической энергии в тепловую.Однако количество энергии в системе остается прежним. Это означает, что полная энергия Вселенной остается постоянной. Первый закон выражает закон сохранения энергии, который можно сформулировать как «энергия не может быть ни создана, ни уничтожена».

Согласно первому закону, количество тепла, поступающего в систему, в точности равно любому изменению внутренней энергии системы плюс всю работу, выполняемую системой. Этот закон показывает, что добавление тепла к системе позволяет ей выполнять работу.

Первый закон термодинамики обеспечивает своего рода строгую систему учета энергии, подобную банковскому счету, на котором изменяется баланс как снятием, так и депозитом. Рассмотрим классический пример газа, заключенного в цилиндр с подвижным поршнем. Стенки цилиндра действуют как граница, отделяющая газ внутри от внешнего мира. Подвижный поршень позволяет газу выполнять работу за счет расширения против силы, удерживающей поршень на месте. Если газ перемещает поршень и, таким образом, работает, это похоже на снятие средств с банковского счета, потому что это снижает энергию газа.Часть его энергии была преобразована в работу. Если тепло передается газу из окружающей среды через стенки цилиндра, это добавляет энергии и действует как банковский депозит. Изменение внутренней энергии системы всегда будет равняться отложениям (добавленному теплу) за вычетом отвода (выполненной работы).

Второй закон

Большинство видов энергии можно полностью превратить в работу или другие формы энергии и обратно. Однако тепло принципиально другое. Не все тепло, выделяемое в системе, можно превратить в работу или другую форму энергии, даже в принципе.Это фундаментальное ограничение выражается вторым законом термодинамики.

В двигателе автомобиля, например, горячий газ расширяется и заставляет поршни двигаться. Затем механическая энергия поршней используется, чтобы заставить колеса вращаться и перемещать автомобиль. Таким образом, двигатель преобразует тепло в механическую энергию и работу. Однако часть тепла просто нагревает двигатель и тратится впустую. Даже если бы все генерируемое тепло было каким-то образом собрано и сохранено, его никогда нельзя было бы полностью преобразовать обратно в механическую энергию движения.Если бы тепло можно было полностью преобразовать, можно было бы сделать двигатель эффективным на 100%, но, к сожалению, это невозможно.

Следствием второго закона является то, что ни одна изолированная система не может спонтанно стать менее беспорядочной. Тепловая энергия — это наиболее неупорядоченная форма энергии, поскольку она зависит от случайных движений частиц внутри тела. Таким образом, повышение температуры приводит к увеличению степени беспорядка или хаотичности системы. Мера беспорядка в системе называется энтропией.

Третий закон

Третий закон термодинамики гласит, что для системы фактически невозможно достичь абсолютного нуля. Когда температура системы падает, частицы внутри нее замедляются, и их энтропия уменьшается. Все меньше и меньше тепловой энергии передается из системы. Поскольку температура системы приближается к абсолютному нулю, становится все труднее извлекать энергию из системы. В конце концов, это становится теоретически невозможным.

Открытие природы тепла

© duncan1890— DigitalVision Vectors / Getty Images

Природа тепла была основным предметом изучения с самого начала современной науки. Некоторые ранние исследователи, в том числе Галилей, Роберт Бойль и Исаак Ньютон, объясняли тепло как движение крошечных частиц, из которых состоят тела.

Теория калорийности

В 18 веке теория калорийности тепла получила широкое распространение. Согласно этой теории, тепло — это жидкость, которая течет от одного объекта к другому.Идея жидкости для обозначения тепла помогла объяснить многие, но не все аспекты тепловых явлений. Хотя сейчас известно, что тепло не является материальной субстанцией, теория теплоты была шагом к нынешнему пониманию энергии, то есть, что энергия остается постоянной посредством многих физических процессов и преобразований.

© Photos.com/Jupiterimages © Archivist / Fotolia.com

Шотландский ученый 18-го века Джозеф Блэк отличил тепло от температуры. И Блэк, и выдающийся французский химик Антуан-Лоран Лавуазье подчеркивали, что изменение тепла можно измерить.Лавуазье разработал теории, которые помогли объяснить взаимосвязь между теплотой и химическими реакциями. Однако его теории по-прежнему основывались на идее, что тепло — это жидкость.

Теория калорийности оставалась влиятельной до середины 19 века. К тому времени многие виды экспериментов заставили признать, что тепло — это форма передачи энергии.

Кинетическая теория и развитие термодинамики

В 1798 году Бенджамин Томпсон (граф фон Румфорд), британский физик и военный инженер американского происхождения, возродил кинетическую теорию тепла (которая в настоящее время принята).Как мы видели, эта теория объясняет тепло в терминах кинетической энергии частиц, составляющих материю. Томпсон заинтересовался этим предметом, заметив, что очень высокие температуры образуются, когда внутренняя часть пушки просверливается или высверливается. Он отметил, что количество выделяемого тепла пропорционально работе, выполняемой при токарной обработке тупого расточного инструмента. Томпсон решил, что тепло — это не материальная жидкость, а перенос энергии. Его наблюдение пропорциональности между выделяемым теплом и проделанной работой лежит в основе термодинамики.

Примерно сорок лет спустя британский физик Джеймс П. Джоуль показал, что различные формы энергии — механическая, электрическая и тепловая — в основном одинаковы и могут быть преобразованы друг в друга. Он пришел к выводу, что объем работы, необходимый для осуществления любого данного обмена энергией, не зависит от вида выполняемой работы, скорости работы или метода ее выполнения. Следовательно, в изолированной системе работа может быть преобразована в тепло в соотношении один к одному. Таким образом, Джоуль сформулировал основу первого закона термодинамики.

Historia-PhotoHistoria-PhotoCourtesy of Yale University

Термодинамика быстро развивалась в 19 веке в ответ на необходимость улучшения характеристик паровых двигателей. Этой проблемой занимался французский военный инженер Сади Карно. Он провел исследование тепла, которое объяснило механику потока тепла от горячей области к более холодной. (Однако Карно все еще верил в калорийную теорию тепла). Среди других пионеров термодинамики XIX века был шотландский физик лорд Кельвин, который использовал концепции Карно для разработки шкалы абсолютных температур.Различие между теплом и температурой разъяснили такие ученые, как Ж.-Б. Фурье из Франции, Густав Кирхгоф из Германии и Людвиг Больцман из Австрии. Немецкий физик-математик Рудольф Клаузиус сформулировал второй закон термодинамики. Применяя математику, Клаузиус, Больцман и Дж. Уиллард Гиббс из Соединенных Штатов превратили термодинамику в точную науку.

Дополнительная литература

Кук, Тревор. Эксперименты с теплом (PowerKids Press, 2009).Школа Discovery Channel. Sizzle: The Heat Files (Discovery, 2000) .Fullick, Ann. Включение тепла: энергия (Хайнеманн, 2005). Гарднер, Роберт, и Кемер, Эрик. Научные проекты Easy Genius с температурой и жарой (Enslow, 2009). Киркланд, Кайл. Время и термодинамика (Факты в файле, 2007). Лафферти, Питер. Тепло и холод , 3-е изд. (Times, 2000) Сондерс, Найджел и Чепмен, Стивен. Передача энергии (Рейнтри, 2006).Снедден, Роберт. Передача энергии , ред. изд. (Хайнеманн, 2007) Уайман, Кэтрин. Энергия и тепло , новое изд. (Stargazer, 2005) Вингольц, Валли и другие. Thermodynamic Thrills (Loose in the Lab, 2002).

Типы систем отопления

(574) 825-1677

График обслуживания

(574) 825-1677

График обслуживания

• Меню

• Дом
• Отзывы
• Услуги
  • Отопление
  • Охлаждение
  • Качество воздуха
  • Сантехника
    • Краткая история сантехники
    • Высокоэффективные туалеты (с низким потреблением воды)
    • Счетчики воды
    • Качество воды
      • Качество воды
      • Что в моей воде?
      • Водопроводная вода PH
      • Как обрабатывается вода
  • Тепловой насос
  • Бесконтактный
  • Ежегодное техническое обслуживание
  • Продукция для контроля качества воздуха
    • Очистка воздуховодов
    • Очистка воздуховодов
    • №1 в очистке воздуховодов
    • Температурное зонирование всего дома
    • Стерилизация воздуха
    • Фильтры высокой эффективности
  • Товары для комфорта
    • Увлажнители воздуха для всего дома
    • Модификации воздуховодов
  • Решение особых проблем
    • Комплект потолочного спасателя
    • Отвод конденсата
    • Комплект для жесткого запуска
    • Устройства удаленного мониторинга
    • Ограничители перенапряжения
    • Защита вашего компрессора
    • Наглядные термостаты
  • Способы экономии энергии
    • Дополнительные пробеги возвратного воздуха
    • Чердак Вентилятор
    • Цифровой понижающий термостат
  • Домашняя безопасность
    • Детектор угарного газа
    • Очистка вентиляционного отверстия сушилки
    • РАДОН
  • Грили, которые волнуют
• Библиотека
  • Системы отопления и охлаждения
    • Общая информация
      • Выбор подрядчика по HVAC
      • Выберите оборудование, экономящее энергию и деньги
      • Рекомендации по замене системы
      • Расчет систем отопления и охлаждения
      • Типы систем отопления
      • Когда пора менять?
      • Выбор отопительного топлива и типов систем
      • Сравнение топлива для обогрева
      • Ограничения при замене существующей системы отопления
      • Как читать жилые счетчики
      • Как работают BTU и EER
      • Поддержание настройки вашего оборудования
    • Кондиционер
      • Холодильное оборудование
        • Больше оборудования не всегда лучше
        • Вопросы, которые следует задать при выборе подрядчика по кондиционированию воздуха
      • Охлаждение вашего дома: не волнуйтесь
      • Определение размеров и установка
      • Преимущества поэтапного отказа от CFC
      • Типы систем охлаждения
      • Нетехническое объяснение кондиционирования воздуха
      • Общие сведения об кондиционировании воздуха

Многозонное отопление и охлаждение дома

Если вы живете в одном доме с кем-то еще, вы знаете, как неприятно пытаться согласовать температуру.Некоторым членам семьи, скорее всего, понадобится кулер для дома, а другим — теплее. При использовании стандартных систем отопления и охлаждения каждый обычно приходит к компромиссу, но мало кто остается доволен. Многозонная установка для обогрева и охлаждения может помочь решить эту проблему, и она также принесет вашему дому немало других приятных преимуществ, но все эти усовершенствования сопряжены с расходами, которые необходимо учитывать каждому домовладельцу.

Многозонная система отопления — Via Radeco.ie

Найти местных подрядчиков

Что такое многозонный обогрев и охлаждение?

Когда в вашем доме установлено многозонное отопление и охлаждение, вы, по сути, разбиваете дом на несколько зон, температура которых регулируется отдельно.В некоторых домах есть несколько печей и кондиционеров, или есть электронные перегородки, которые открываются и закрываются для управления потоком от одного центрального кондиционера, чтобы дать дому возможность регулировать температуру в разных частях дома независимо. Каждая зона имеет свой собственный термостат и может быть настроена на разную температуру.

Содержание

• Преимущества зон отопления и охлаждения
• Недостатки зонированных систем

Преимущества зон обогрева и охлаждения

Установка многозонной системы отопления и охлаждения в вашем доме дает некоторые реальные преимущества.Это дает вам больше контроля над температурой в вашем доме и позволяет многим людям чувствовать себя комфортно. Правильно установленный блок может помочь вам серьезно сэкономить на счетах за коммунальные услуги, и многие из этих систем обладают современными преимуществами, которых вы не получите от центральной системы в вашем доме.

Повышенный комфорт

Благодаря многозонному отоплению и охлаждению домовладелец, а также все остальные, живущие в доме, имеют гораздо больше контроля над тем, насколько тепло и прохладно в разных комнатах.При установке центрального отопления и охлаждения во всем доме должна быть установлена ​​одинаковая температура. В хорошем многоквартирном доме дом разделен на несколько различных зон, каждая из которых может иметь разную температуру, а это означает, что в гостиной может быть прохладнее, чем в спальне, или наоборот. В зависимости от того, как дом разделен, система позволяет большему количеству людей наслаждаться желаемой температурой внутри.

Экономия энергии

Даже несмотря на то, что многозонная система более сложна и может показаться, что она на самом деле менее эффективна, это неверно, если вы используете систему правильно.С помощью многозонной системы вы можете настроить менее используемые помещения, чтобы они оставались более прохладными зимой и более теплыми летом, чем в более загруженных местах. Менее используемые комнаты не обязательно должны быть такими удобными, и они могут помогать вам ежемесячно экономить деньги на счетах за коммунальные услуги.

Наслаждайтесь современными удобствами

Большинство зонированных систем оснащены множеством современных удобств и удобств, которыми действительно наслаждаются владельцы. Например, многие системы оснащены пультами дистанционного управления, которыми можно управлять из любой точки комнаты, в которой расположен термостат.Эти пульты дистанционного управления часто включают элементы управления вентиляторами, а иногда даже элементы управления влажностью, в зависимости от сложности системы. Еще одно реальное преимущество зонированной системы заключается в том, что изменение температуры, как правило, может быть выполнено в той же комнате, в которой вы находитесь, что избавляет вас от необходимости ходить по дому, чтобы регулировать температуру.

Недостатки зонированных систем

У перехода на зонированную систему, а не на центральную, есть несколько недостатков, и важно, чтобы вы знали как плохие, так и хорошие, прежде чем выбирать одну из этих систем.Основным недостатком такой системы является то, что она делает ваш охлаждающий и нагревательный блок более сложным и более сложным в установке, чем традиционный центральный блок.

Установка HVAC — через Haverhillllc.com

Повышенные затраты на установку

Независимо от того, есть ли у вас в доме центральный блок или вы устанавливаете систему отопления и охлаждения в недавно построенный дом, многозонная система будет стоить вам больше денег. Используется больше оборудования, и необходимо устанавливать более сложную систему воздуховодов.Существующую систему центрального отопления и охлаждения можно преобразовать в многозонную, но это также будет стоить вам дополнительных денег. В любом случае, вы заплатите больше, чтобы установить этот тип системы у себя дома.

Осталось сломать оборудование

В многозонной системе отопления больше подвижных частей. Он основан на электронных перегородках в системе, которые направляют поток воздуха в различные зоны вашего дома и из них. Каждая из этих дополнительных частей — еще одна возможная точка отказа, которую необходимо учитывать при возникновении проблем с нагревом или охлаждением.Это затрудняет устранение неполадок в вашей системе и делает ее более склонной к сбоям в целом.

Внедрение многозонной системы отопления и охлаждения в вашем доме дает очень серьезные преимущества. Это может сделать его более настраиваемым и более энергоэффективным, а также придать ему более современный вид, но все это требует затрат, которые необходимо учитывать. Вы заплатите больше денег за такой тип системы, и у вас будет немного больше средств для устранения неполадок, если что-то пойдет не так.Перевешивают ли затраты выгоды или нет, решать вам, но многие владельцы зонированных систем отопления сообщают, что системы экономят им больше, чем они им обходятся в долгосрочной перспективе.

---

Вот несколько полезных страниц, которые помогут подготовить вас к проекту ремонта кондиционера.

---

Стоимость кондиционера

Ремонт кондиционера

Лучшие бренды центральных кондиционеров

Бесконтактные блоки переменного тока — Стоимость

Замена воздуховодов

Размеры воздуховодов HVAC

Замена HVAC

Mini Split AC — стоимость

Типы систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха

Подрядчики по ремонту кондиционеров рядом со мной

---

Вот еще несколько полезных страниц, которые помогут вам подготовиться к проекту замены отопления дома.