Принцип работы системы отопления: Отопительная система, схема, отопительные приборы, принцип работы

Содержание

Системы отопления с естественной циркуляцией

Системы водяного отопления частного дома может быть реализовано с естественной или принудительной циркуляцией. От выбранного режима движения теплоносителя по трубам и радиаторам в значительной мере зависят характеристики и особенности эксплуатации системы. Традиционным вариантом, который используется уже в течение многих десятилетий, является система отопления с естественной циркуляцией теплоносителя.

Такие системы применяются еще с тех пор, когда единственным доступным вариантом котельного оборудования для частного дома был простой твердотопливный котел. Достаточно широко самотечные системы распространены и сегодня.

В каталоге ТМ Ogint представлены эффективные радиаторы, комплектующие и дополнительные устройства для создания систем с естественной циркуляцией. Предлагаемая продукция позволит обеспечить максимально эффективную и надежную работу отопления.

Состав системы

Отопительная система с естественной циркуляцией (или система гравитационного типа) состоит из следующих основных компонентов:

  • котел. Возможно применение любых типов котлов за исключением электрических;
  • трубопровод;
  • радиаторы. В качестве отопительных приборов могут использоваться все виды радиаторов Ogint, которые обеспечат максимальную теплоотдачу и эффективную работу системы;
  • расширительный бак открытого типа.

Принцип действия

Принцип работы основан на разнице термодинамических характеристик нагретого и остывшего теплоносителя. Движение теплоносителя обеспечивается за счет его нагрева котлом.

При нагреве теплоноситель расширяется. Таким образом, горячая вода на выходе из котла имеет низкую плотность, а значит и меньший вес. При прохождении через систему радиаторов вода отдает свое тепло и охлаждается. Плотность холодной воды выше, а значит и выше ее вес. В результате создается разница давления в подающей и обратной магистралях, достаточная для циркуляции теплоносителя.

Более тяжелая вода из обратки вытесняет нагретую котлом воду. В свою очередь, горячий теплоноситель, обладающий меньшей плотностью, легко поднимается вверх по центральному стояку. Подающий трубопровод располагается в верхней части помещения. Вода распределяется по радиаторам, остывает и направляется в обратную магистраль. Так обеспечивается цикл движения теплоносителя.

Очень важно соблюсти уклон при монтаже трубопроводов. Это необходимо для нормальной гравитационной циркуляции теплоносителя. Наклон труб должен иметь величину не менее 0,005 м на погонный метр. Наклон подающего трубопровода должен иметь направления от котла, а обратного трубопровода — к котлу.

Чтобы теплоноситель эффективно циркулировал в системе, его расширение должно быть довольно значительным. Поэтому обязательным является использование расширительного бака достаточно большого объема, в который поднимаются излишки разогретого теплоносителя.

Бак размещается, как правило, на неотапливаемом чердаке и не закрывается крышкой. В связи с этим самотечную систему также называют открытой. Размещение бака вверху дает создает дополнительное давление, что улучшает движение теплоносителя.

Для монтажа трубопроводов могут использоваться различные схемы разводки. В том числе может применяться однотрубная система «ленинградка» и традиционная двухтрубная система. Отопление работает лучше при использовании двухтрубной схемы. Что касается выбора батарей, то оптимальным решением будут чугунные радиаторы Ogint за счет небольшого гидравлического сопротивления. Также можно использовать биметаллические радиаторы Ogint.

Преимущества и недостатки систем с естественной циркуляцией

По сравнению с закрытой системой с принудительной циркуляцией, самотечная система является более простой и надежной. Для нее характерны следующие преимущества:

  • простота в эксплуатации, обслуживании и ремонте;
  • бесшумная работа;
  • повышенная надежность. В системе отсутствует циркуляционный насос, который может изнашиваться и выходить из строя;
  • движение теплоносителя за счет разницы температур обеспечивает способность к саморегуляции системы, что дает равномерный прогрев помещений;
  • энергонезависимость. В отличие от закрытых систем, а также от таких альтернативных решений, как теплые полы или электрические конвекторы, самотечная система может работать без электроснабжения.

Однако имеют такие системы и ряд серьезных недостатков. Даже небольшая ошибка в расчете может привести к тому, что теплоноситель не будет нормально циркулировать. Также необходимость соблюдения уклона обуславливает достаточно сложный монтаж. Для циркуляции теплоносителя необходимо использовать трубы большого диаметра, что приводит к повышению затрат.

Вода в расширительном баке испаряется, поэтому необходимо регулярно контролировать ее уровень. Также за счет открытого бака теплоноситель поглощает атмосферный воздух. Это может привести к завоздушиванию системы. Решить эту проблему позволяют комплектующие ТМ Ogint (краны Маевского для сброса воздуха и другие воздухоотводчики). Кроме того, открытый бак не дает возможности применять в качестве теплоносителя антифриз.

Характерной проблемой самотечных систем является то, что даже кратковременные перерывы в работе котла могут приводить к замерзанию воды в расширительном бачке и трубопроводах, что становится причиной аварии. Для предотвращения таких ситуаций может использоваться термоаккумулятор.

Система с естественной циркуляцией может использоваться только при ограниченной длине трубопроводов. Она подходит для обогрева только небольшого одноэтажного здания. Если необходимо обогреть двухэтажный дом с большим количеством помещений, то самотечная система с этой задачей не справится.

принцип работы, как работает по этой технологии

Вы просматриваете раздел Компоненты системы, расположенный в большом разделе Отопление.

Подразделы: Теплоноситель, Насос, Гидрострелка, Трехходовой кран, Терморегулятор.

Система отопления представляет собой совокупность приборов, трубопроводов, регулирующей арматуры и технических деталей, которые предназначены для выработки и переноса тепловой энергии в отапливаемое помещение частного дома.

Отопительные системы классифицируют по источникам энергии, типам и особенностям движения теплоносителей, применяемому оборудованию, схемам монтажа.

Особенности устройства систем отопления: как работает технология?

Типы отопительных систем:

  1. Водяные. Самый распространённый и выгодный вариант. Главный элемент схемы — котёл. Прибор нагревает жидкость, она по трубам поступает в радиаторы, которые прогревают воздух в помещениях.
  2. Воздушные. В качестве источников тепла используют калориферы, которые подают тёплый воздух в комнаты. Как первичный отопитель применяется вода или горячий пар.
  3. Электрические. Системы электрообогрева безопасны, автоматизированы, отличаются эффективностью. Недостаток устройства — дороговизна.

У каждой из систем есть собственные плюсы и минусы. При выборе следует ориентироваться на личные потребности, цели, приоритеты. Владельцы частных домов чаще всего обустраивают водяное отопление. Это рациональное решение, позволяющее создать комфортные условия проживания с минимальными затратами.

Популярные источники тепла

В качестве источников энергии используют:

  • Твёрдое топливо. Уголь, дрова, топливные брикеты или пеллеты выгодны, если нет возможности подключиться к магистрали централизованного газоснабжения или установить газгольдер.
  • Природный газ. Пока что это самый дешёвый ресурс. Газовое отопление популярно уже несколько десятилетий. Если правильно рассчитать и качественно смонтировать систему, обогрев будет стабильно работать долгие годы.
  • Сжиженный газ. Автономная газификация — отличный вариант для дома, расположенного вдали от централизованных коммуникаций. К минусам стоит отнести крупные расходы на этапе обустройства.
  • Жидкое топливо. В жилых зданиях нечасто устанавливают котлы, работающие на дизтопливе, но как запасное решение это практичный вариант.
  • Электроэнергия. Часто устанавливают тёплый пол, инфракрасный обогрев. Системы экономичны, но подходят далеко не для всех регионов, поэтому чаще применяются как дополнительные.

Фото 1. Укладка инфракрасного теплого пола, работающего на электроэнергии, в помещении частного дома.

  • Альтернативные источники. Есть системы, использующие энергию солнца, ветра, земли. Нагревательное оборудование работает за счёт солнечных батарей, ветрогенераторов или тепловых насосов. «Зелёное» отопление экологично, но слишком дорого.

Важно! При всех достоинствах источников энергии сложно найти альтернативу газовому отоплению. Такие системы дёшевы в эксплуатации и окупаются примерно за 5 лет. В качестве отопительного оборудования устанавливают котлы, радиаторы.

Принцип работы водяного отопления

Система представляет собой замкнутый контур, в котором теплоноситель циркулирует по трубам от котла к радиаторам.

Остывая, вода вновь поступает к котлу, и цикл повторяется многократно.

В качестве теплоносителя чаще используют воду, реже — антифриз. Первый вариант выгоднее, а второй — безопаснее, так как системы не размерзнутся в суровые зимы.

Работу отопления регулируют дополнительные приборы, к которым относятся расширительный бак, манометры, предохранительные клапаны, запорная арматура.

Для создания замкнутой цепи используют трубопроводы. При выборе труб необходимо обратить внимание на материал изготовления. Популярные варианты — оцинкованная или нержавеющая сталь, медь, полимеры.

Справка! Чаще выбирают металлопластиковые трубы. Изделия прочны, не подвержены коррозии, долговечны. Внутренние стенки таких трубопроводов гладкие, не зарастают окалиной и накипью, благодаря чему не теряют своих свойств с течением времени.

Естественная и принудительная циркуляция воды

Циркуляция воды обеспечивается за счёт естественных гравитационных процессов или специальных насосов (принудительная циркуляция).

Гравитационные системы выгодны в обустройстве и эксплуатации.

Для него не требуется дополнительное оборудование, а при работе нет шума. Нагретая вода поднимается вверх и распределяется по радиаторам, а остывшая опускается и поступает к котлу.

Движение теплоносителя не зависит от подачи энергии, поэтому в периоды отключения электричества дом остаётся тёплым.

Чтобы спроектировать и смонтировать систему с естественной циркуляцией воды, не требуется особых навыков. Достаточно продумать схему и выдержать необходимые уклоны.

Такое отопление способно бесперебойно работать в течение 30–35 лет. Максимум, что может потребоваться — мелкий ремонт.

Важно! У отопления с естественной циркуляцией воды есть существенный минус: система эффективна, если обустроена двухтрубная система. Когда контур один — радиаторы неравномерно прогреваются и каждый последующий холоднее предыдущего. При экономии на оборудовании приходится переплачивать за трубы и комплектующие.

Для принудительной циркуляции теплоносителя устанавливают насосы.

Такие системы более эффективны потому, что горячая вода быстро поступает к радиаторам, не успевая остыть в трубопроводе.

Отопление отлично работает, независимо от того, какая схема выбрана — одно- или двухтрубная. Однако при отключении электропитания обогрев прекращается, а дом быстро остывает.

Компромиссный вариант — продуманная схема, предусматривающая естественную и принудительную циркуляцию одновременно. При отключении электроэнергии отопление просто переключают в гравитационный режим в обход насоса.

Одно- и двухтрубная, коллекторная разводка

В зависимости от специфики движения теплоносителя и принципа работы различают однотрубную, двухтрубную, коллекторную систему. Каждая из схем имеет свои преимущества:

  • Однотрубная. Это стандартная схема, в которой сопротивление системы возрастает по мере удаления от котла, что ведёт к неравномерному прогреву радиаторов. Чтобы решить проблему, используют балансировочную арматуру.

Фото 2. Однотрубная схема отопительной системы с котлом, радиаторами, расширительным баком, циркуляционным насосом.

  • Двухтрубная. Схема предусматривает две трубы — подающую и обратную. Теплоноситель от котла подаётся ко всем радиаторам в цепи, благодаря чему они равномерно прогреваются. Двухтрубная разводка удобна, практична, но металлоёмкая, поэтому требует серьёзных затрат на обустройство.
  • Коллекторная (лучевая). Это идеальный вариант с точки зрения эксплуатационных характеристик и гидравлической стабильности. Для регулировки технологии работы радиаторов устанавливают шкаф, где размещают коллекторы, всю запорную, балансировочную арматуру. При необходимости отключается один или несколько радиаторов без ущерба для остальных приборов.

Полезное видео

В видео представлен принцип действия разных типов отопительных систем в частном доме.

Краткое резюме

Однотрубное отопление выгодно, с точки зрения меньших затрат на материалы, но на этом его достоинства заканчиваются, так как владельцу дома приходится решать проблему неравномерности прогрева радиаторов.

Двухтрубные системы обеспечивают комфортную температуру во всех помещениях дома. Коллекторная разводка универсальна и позволяет регулировать степень обогрева в каждой комнате отдельно. При выборе подходящей схемы лучше обратиться к специалисту.

примеры замкнутой отопительной системы, схема на фото и видео

Содержание:

1. Элементы системы отопления замкнутого типа
2. Принцип работы замкнутой отопительной системы
3. Особенности схемы замкнутой системы отопления
4. Плюсы и минусы замкнутой отопительной системы
5. Переоборудование открытой системы в закрытую
6. Установка системы отопления

Отопительная система – это целый комплекс устройств, которые объединены в единый контур при помощи трубопровода. Работа отопления в таком случае заключается в постоянном движении теплоносителя (как правило, жидкости). Нагреваясь, теплоноситель расширяется, и в закрытой отопительной системе для нейтрализации этого явления используется расширительный бак. Эти устройства делятся на два типа, и именно от них зависит, будет система закрытой или открытой. Замкнутая система отопления подразумевает наличие бака, который не контактирует с окружающей средой, а в открытой отопительной системе бак взаимодействует с воздухом. 

Для циркуляции теплоносителя в закрытых отопительных системах используются насосы, которые обеспечивают постоянное движение жидкости на достаточном уровне. Использование насосов позволяет закрытой системе работать гораздо эффективнее, варьируя скорость движения теплоносителя (прочитайте: «Закрытая и открытая система отопления на примерах схем»).
Принудительная циркуляция хороша еще и тем, что в такую систему можно подключать дополнительные контуры с подключенными отопительными приборами. Конечно, такие системы становятся энергозависимыми, поскольку для функционирования насосов требуется электричество, но этот недостаток компенсируется высоким КПД всей конструкции. 

Насосы в замкнутой отопительной системе монтируется на трубе обратки непосредственно перед котлом. В этом же месте можно разместить и расширительный бачок. Закрытая система отопления имеет ряд плюсов, которые становятся очевидными при сравнении с другими типами отопительных систем: установка системы осуществляется без особых затруднений, поскольку не нужно соблюдать постоянный уклон. Трубопроводу не потребуется утепление, да и сам трубопровод можно сделать потоньше, что скажется не только на его эстетических качествах, но и на стоимости конструкции.

В закрытой отопительной системе теплоноситель не может испаряться, поэтому следить за его уровнем придется гораздо реже. Кроме того, использование циркуляционных насосов обеспечивает ускоренный прогрев помещений, а если установить в контуре термостаты, то появляется возможность тонкой настройки температурного режима во всем доме. 

Элементы системы отопления замкнутого типа


Схема замкнутой системы отопления содержит большое количество элементов:
  • отопительный котел;
  • мембранный расширительный бачок;
  • циркуляционный насос;
  • отопительные приборы;
  • трубы для прокладки контура, установки стояков и подводок;
  • фитинги;
  • краны;
  • фильтры;
  • крепежные элементы.

Принцип работы замкнутой отопительной системы


В котле происходит нагрев теплоносителя, после чего он разносится по отопительным приборам через трубопровод. Когда теплоноситель заполняет все пространство контура, к работе присоединяется расширительный бак, вмещая в себя излишки жидкости. Мембранный расширительный бачок состоит из двух полостей: в одну из них поступает лишний теплоноситель, а вторая часть заполнена газом или воздухом. Читайте также: «Плинтусная система отопления — оригинально и практично».

При монтаже в закрытой отопительной системе создается давление, которое в дальнейшем задает давление всему контуру. Нагрев теплоносителя провоцирует увеличение давления в системе, и его излишки вместе с возникшим давлением поступают в бак, прогибая расположенную в нем мембрану. Дальнейший путь теплоносителя пролегает через циркуляционный насос, и работа системы продолжается в штатном режиме. 

Особенности схемы замкнутой системы отопления


В закрытой отопительной системе с принудительной циркуляцией есть несколько особенностей:
  1. Возможность установки расширительного бачка и циркуляционного насоса рядом с отопительным котлом, что позволяет снизить затраты на трубы и упрощает монтаж всей системы.
  2. Полная герметичность бака приводит к тому, что теплоноситель не может испаряться из системы, а сам трубопровод надежно защищен от попадания воздуха.
  3. Устанавливать расширительный бачок и насос нужно на трубе обратки. Эксплуатация насоса возможна лишь в том случае, когда через него проходит жидкость, имеющая низкую температуру.
  4. По сравнению с открытой отопительной системой, замкнутая может располагаться в помещениях любой площади.

Плюсы и минусы замкнутой отопительной системы


Схема замкнутой системы отопления, в которой движение теплоносителя осуществляется принудительно, имеет свои преимущества и недостатки. Отрицательных моментов меньше, но они в некоторых случаях являются решающими. Бывает зависимая и независимая система отопления, выбирать из которых нужно систему, которая оптимально подойдет именно в вашем случае.

Достоинства замкнутой системы отопления:

  • высокий КПД;
  • невозможность испарения жидкости;
  • использование труб уменьшенного диаметра;
  • повышение срока службы котла за счет разности температур на подающем и обратном контурах;
  • снижение коррозийного влияния на трубопровод;
  • возможность применения антифриза.

Недостатки замкнутой системы отопления:
  • зависимость от электричества, особенно в регионах, где перебои с электроэнергией – не редкость;
  • необходимость установки более сложного, вместительного и дорогого расширительного бачка. 

Переоборудование открытой системы в закрытую


Замкнутая система отопления с естественной циркуляцией теплоносителя используется довольно редко, но исключительно из-за своих особенностей. О каких особенностях идет речь, и как осуществляется переход от одного типа системы к другой? При монтаже открытой отопительной системы мысль о переходе на замкнутую систему приходит нечасто, но сделать это довольно просто – достаточно установить мембранный расширительный бак, и конструкция сразу же станет закрытой. 
Конечно, всегда есть возможность спроектировать подобную схему, но она будет обладать некоторыми минусами двух типов систем. Для обеспечения естественного движения теплоносителя трубопровод необходимо укладывать с соблюдением постоянного уклона, что нередко приводит к появлению воздушных пробок и существенно усложняет монтаж.

Какие преимущества даст такая конструкция? Независимость от электричества в данном случае является единственным плюсом, но его необходимость можно подвергнуть сомнению: как правило, в большинстве домов электричество есть всегда. Стоимость насоса и эксплуатационные расходы, связанные с его использованием, достаточно невысоки, поэтому классическая замкнутая схема все же гораздо лучше, чем открытая. 

Установка системы отопления


Перед монтажом отопительной системы составляется проект, согласно которому и будут устанавливаться все элементы. Чтобы выбранная схема оправдывала себя, необходимо грамотно подобрать устройства, которые будут работать в контуре, и начать стоит с выбора отопительного котла. Выбирая котел, нужно отталкиваться от типа котла, зависящего от используемого топлива, и его мощности.
В последние годы получают распространение твердотопливные котлы, которые практически не требуют эксплуатационных затрат, но можно выбрать и другой вариант из числа представленных на рынке. 

Как рассчитывается мощность системы? При проведении усредненных расчетов обычно берется соотношение 1 кВт мощности на 10 квадратных метров помещения. Выбрав подходящий котел, можно начинать расчет отопительных приборов. Лучшим вариантом являются радиаторы, характеристики которых индивидуальны, но отличий в них обычно немного, поэтому выбирать подходящие устройства можно, исходя из личных предпочтений. Кроме котла и отопительных приборов, потребуются и остальные элементы, да и установку системы тоже нужно включать в расчеты.

Приблизительная стоимость конструкции может колебаться в пределах от 4000 до 4500 тысяч долларов, но при желании можно найти варианты дешевле или дороже. Важно помнить, что слишком дешевая конструкция может не обеспечить дом необходимым количеством тепла, а чересчур дорогие варианты часто не оправдывают возложенных надежд. 

Заключение

Какие выводы можно сделать из всего вышесказанного? Замкнутая система отопления с принудительной циркуляцией достаточно надежна и долговечна, и такая конструкция прослужит дому на протяжении многих лет. При необходимости можно использовать в закрытой схеме и естественную циркуляцию, но этот вариант создаст некоторые неудобства, без которых вполне можно было бы обойтись.


Принцип работы термосифонной системы отопления

Как работает принцип термосифонных систем отопления и нагрева воды.

Как известно, при нагревании вода расширяется и стремится вверх. В свою очередь холодные слои жидкостей стремятся в нижнюю часть сосуда для того что распределиться слоями как это показано на рисунке.

 

По принципу термосифонной системы работает множество отопительных систем по принципу самотека или термосифоники. Благодаря которому приводятся в движение потоки теплоносителя в системах отопления частных домов, либо многоэтажных домов с индивидуальной системой отопления как показано схематично на рисунке.

 

Так же в качестве термосифонной системы можно рассматривать и радиаторы отопления у которых важно подключение так что бы горячая вода поступала в радиатор отопления сверху и остывая стримится вниз что бы вытечь из батарее и уступить место свежему теплоносителю повышенной температуры. Таким образом содействую движению тепла по трубам в системе отопления. Независимо от того в какой тип системы отопления отопления врезана конкретно взятая батарея.  На темпрературной карте распределение тепла внутри выглядит так как это показано на рисунке ниже.

 

При этом не столь важно в какую систему отопления врезана батарея, будь то термосифонная либо гидравлическая система отопления. в любом случае сама батарея отопления подключается по принципу термосифоники, иначе греть она не будет..

Однако если батарея врезана в гидравлическую систему отопления то есть возможность только нижнего подключения радиаторов отопления, по причине принудительной прокачки теплоносителя по системе в отличии от самотечной системы.

При высоком давлении в гидравлических системах отопления происходит смешение слоев свежего – горячего теплоносителя с остывшим потому что идет непрерывная прокачка тепла насосами. А при термосифонной или самотечной системе отопления батарея при нижнем подключении греть бы не стала. Так как при термосифонной системе отопления и нужно подключать диагонально как то показано на рисунке ниже.

Однако в продаже имеются радиаторы которые имеют нижнее подключение но фактически это правильное подключение или обвязка потому что у батарей с нижним подключением (обычно это не секционные а панельные радиаторы) имеющие нижнее подключение внутри конструкции батарея оборудованна специальной трубкой для того что бы поднимать вверх радиатора входящий в батарею теплый поток или подачу как то показано на рисунке ниже.

 

Подобная конструкция и тип панельных стальных радиаторов хорошо зарекомендовали себя в индивидуальных системах отопления частных домов и квартир с собственным котлом.

      Рекомендации

Система отопления и кондиционирования — назначение, устройство

Система отопления

 Назначение системы отопления

Первая и самая главная задача системы отопления — не дать замерзнуть водителю и пассажирам в автомобиле при температуре окружающей среды, которая вызывает дискомфорт.

Система отопления может быть отдельной составляющей, а может быть интегрированной в общую систему климатического контроля.

Существует два пути решения вышеописанной задачи: создавать тепло с помощью дополнительных устройств или использовать дармовое тепло, которое является побочным явлением при работе двигателя внутреннего сгорания. Первый способ в рамках данного пособия рассматривать не будем. Ниже будет рассмотрено устройство системы отопления, которая создана по принципу отбора тепла от ДВС.

 Устройство системы отопления

Независимо от того, отдельная это система или интегрированная, принцип ее работы одинаков для всех и не изменяется уже довольно длительное время. Основная идея заключается в том, чтобы использовать тепло двигателя, которое выделяется при его работе. А так как тепло от двигателя отводится с помощью охлаждающей жидкости, то и для системы отопления понадобится именно она.

Для осуществления задуманного в систему охлаждения двигателя вклинили пару шлангов (подводящий и отводящий), кран (заслонку) и теплообменник, который представляет собой уменьшенную версию радиатора (показано на рисунке 10.15).


Рисунок 10.15 Упрощенная схема системы отопления.

 Принцип действия

При закрытом кране (заслонке), охлаждающая жидкость проделывает свой обычный путь: от помпы через радиатор и термостат к двигателю и обратно. Как только водителю и/или пассажирам станет неуютно ехать в салоне, покрывшемся инеем, водитель откроет кран (заслонку) и разогретая до нормальной рабочей температуры охлаждающая жидкость (а это 85—90 °С) потечет по увеличенному кругу к теплообменнику отопителя, чтобы там отдать часть своего тепла временным обитателям салона. Чтобы горячий воздух попадал туда, куда нужно, вентилятор системы вентиляции продувает воздух из окружающей среды через теплообменник отопителя в салон автомобиля по специальным воздуховодам.

Система кондиционирования

 Назначение системы кондиционирования

Зимой дискомфорт создает холодный воздух, летом же – горячий. И если зимой в крайнем случае за руль можно сесть, надев на себя помимо зимней куртки еще и ушанку, а на руки натянув перчатки или варежки, то летом спастись от жары будет не так просто. Для того чтобы от знойной жары попасть в оазис, который будет находиться на водительском месте, придумали и внедрили в жизнь систему кондиционирования, по своей сути очень напоминающую холодильник.

 Устройство системы кондиционирования

Простейшая система кондиционирования устроена следующим образом (показана на рисунке 10.16): компрессор установлен на двигателе и приводится во вращение от коленчатого вала посредством ремня, к компрессору подсоединены два патрубка линий высокого и низкого давления, впереди перед радиатором системы охлаждения установлен конденсатор (также имеющий вид радиатора). К конденсатору подсоединены патрубки высокого и низкого давления. На конденсаторе установлен ресивер-осушитель, он, в свою очередь, соединен патрубками с расширительным клапаном. В самом салоне установлен испаритель, на вид — тот же радиатор, только в уменьшенном виде. Заполняется вся система кондиционирования специальным хладагентом.

Примечание
Стоит добавить, что кондиционер в автомобиле используется не постоянно, даже в летнее время года, потому в перекачке хладагента вхолостую по системе нет надобности. Именно для этого привод компрессора осуществляется через электромагнитную муфту, интегрированную в шкив компрессора. Эта муфта разъединяет шкив и вал компрессора, когда в кондиционере нет надобности.


Рисунок 10.16 Упрощенная схема системы кондиционирования.

 Принцип действия

Итак, вам стало жарко, на панели управления в салоне вы нажали на соответствующую кнопку, при этом муфта подключила шкив к валу компрессора и он заработал. Компрессор сжимает газообразный фреон (хладагент), отчего тот сильно нагревается, и перекачивает его по трубопроводу в конденсор, где сжатый фреон охлаждается. В помощь конденсатору — дополнительный электровентилятор. Охладившись, сжатый фреон конденсируется и поступает из конденсора уже в жидком виде. После этого жидкий фреон проходит через ресивер-осушитель. Здесь происходит фильтрация хладагента от продуктов износа компрессора и воды.

Примечание
Ресивер-осушитель имеет еще одну немаловажную функцию — гасителя пульсаций хладагента.

После очистки и выравнивания давления фреон течет в сторону салона автомобиля, где находится расширительный клапан. Проходя через расширительный клапан и попадая в испаритель, фреон переходит в газообразное состояние (кипит), при этом сильно охлаждаясь. Холодный фреон охлаждает испаритель, а вентилятор сдувает с испарителя холод в салон автомобиля. Пройдя через испаритель, все еще достаточно холодный фреон попадает снова в компрессор. Круг замыкается.

Примечание
Та часть патрубков, которая находится между компрессором и расширительным клапаном, называется напорной, или магистралью высокого давления. Ее всегда можно определить по горячим металлическим тонким трубкам. Часть же от испарителя до компрессора называется обратной магистралью, или магистралью низкого давления. Она изготавливается из толстых трубок и на ощупь холодная. Если в напорной магистрали во время работы компрессора давление колеблется от 7 до 15 атмосфер (в аварийных случаях и до 30), то в обратной магистрали давление не превышает одной-двух атмосфер. Когда кондиционер выключен, давление в обеих магистралях уравнивается и составляет около пяти атмосфер.

§ 49. Принцип устройства систем централизованного отопления

В водяных системах центрального отопления вода нагревается в водогрейных котлах, откуда она по падающим трубопроводам поступает в нагревательные приборы, установленные в помещениях. Отдав часть тепла через стенки нагревательных приборов воздуху помещения, охлажденная вода по обратному трубопроводу вновь поступает в котел для повторного нагрева.

Вода в котлах нагревается следующим образом. В топке котла сжигают топливо. При его сгорании в слое топлива развивается высокая температура (более 1000° С) и образуются газы. От лучистого тепла, а также от газов, омывающих поверхности котла, вода в котле нагревается, а газы охлаждаются до 200—350° С и через дымовую трубу выводятся в атмосферу.

В системах парового отопления устанавливают паровые котлы, вырабатывающие из воды пар. Из котлов по трубопроводам пар поступает в нагревательные приборы, где он, отдав тепло, превращается в воду (конденсат). Конденсат по трубам возвращается в котлы, где вновь превращается в пар.

Водяной пар, или нагретая вода, из котлов по трубопроводам поступает в воздухонагреватели (калориферы), где через стенки воздухонагревателей отдает свое тепло циркулирующему воздуху, омывающему наружную поверхность труб и их оребрения. Нагретый воздух поступает непосредственно в отапливаемое помещение или по воздуховодам (каналам). Охлаждаясь до температуры помещения, он отдает часть своего тепла и нагревает помещение.

Воздушное отопление, применяемое в промышленных зданиях, подразделяется на централизованные и децентрализованные системы. В централизованных системах помещение нагревается отопительными агрегатами, включающими вентилятор и калорифер, которые снабжаются теплоносителем от одного источника. В децентрализованных системах для отопления помещения устанавливаются агрегаты, в которых непосредственно сжигается топливо. Системы, где воздух перемещается с помощью вентиляторов, называются воздушными с искусственным побуждением, а системы, где воздух движется за счет разности плотностей, — с естественным побуждением. Последние применяют в жилых зданиях. Для котельных небольшой теплопроизводительности применяют чугунные секционные котлы, рассчитанные на сжигание твердого, жидкого или газообразного топлива. Чугунные котлы в отопительных котельных могут работать со статическим давлением воды в системах до 0,6 МПа и максимальной температурой нагрева 115° С.

Закрытая автономная система отопления — схема и принцип работы

Что называют закрытой отопительной системой?

Автономная система отопления, в которой теплоноситель приводится в движение циркуляционным насосом, называется закрытой или системой отопления закрытого типа. Ее характерной особенностью является абсолютная герметичность и отсутствие контакта теплоносителя с окружающей средой.

Расширительный бак в ней также закрытый, мембранного типа, исключающий контакт теплоносителя с атмосферным воздухом. Бак получил свое название благодаря наличию мембраны, разделяющей его на две части, одна из которых предназначена для теплоносителя, а вторая наполнена азотом, давление которого выравнивает давление отопительной системы.

Основные принципы работы

Отопительная система закрытого типа состоит из следующих элементов:

  • Котла отопления
  • Расширительного бака мембранного типа
  • Циркуляционного насоса
  • Группы безопасности
  • Манометра
  • Сбросного клапана
  • Отопительных приборов
  • Труб

При запуске системы отопления в расширительном баке устанавливается давление, равное статическому давлению всей отопительной системы. При нагревании теплоноситель увеличивается в объеме и создает избыточное давление в системе, открывающее клапан в расширительном баке и выталкивающее в него часть жидкости, что приводит к выравниванию уровня давления в системе в целом и в расширительном баке в частности. Обратно жидкость уходит благодаря циркуляционному насосу.

Следует отметить, что в отопительной системе закрытого типа нет возможности для сброса «лишней» жидкости в атмосферу, как это происходит в открытых самотечных системах. В случае перегрева или чрезмерного увеличения объема теплоносителя давление в системе может превысить критическое значение (обычно 2-2,5 атм), что может стать причиной разгерметизации системы и выхода ее из строя.

Для исключения аварийных ситуаций закрытые системы отопления в обязательном порядке комплектуются группами безопасности и манометрами, а объем расширительных баков подбирается из расчета не менее 60% общего объема отопительной системы, что не совсем удобно при обогреве объектов большой площади

Преимущества закрытой отопительной системы

Закрытые системы отопления по сравнению с открытыми системами имеют ряд неоспоримых преимуществ:

  • Скорость движения теплоносителя намного выше, чем в открытой отопительной системе, благодаря чему выше теплоотдача отопительных приборов и ниже разница температур теплоносителя в обратном и подающем трубопроводе (теплоноситель просто не успевает остыть). В закрытых системах она составляет 18-22 градуса, что более приемлемо для котла. В результате теплотехническое оборудование, эксплуатируемое в более щадящем режиме, работает дольше.
  • Скорость движения теплоносителя обусловлена лишь техническими характеристиками циркуляционного насоса и уровнем гидравлического сопротивления системы, что позволяет использовать при монтаже трубы меньшего диаметра и устанавливать отопительные приборы меньшего внутреннего объема. Это значит, что закрытая система имеет меньшую инерцию и позволяет регулировать уровень температуры в помещении
  • Могут работать на любом теплоносителе: воде или антифризе, что особенно важно для дач и загородных домов, где высок риск перебоев в работе котла или отопительные системы работают периодически.  При этом следует помнить, что антифриз обладает большей текучестью и способен «уйти» из системы там, где вода течи не образует. Его выбор возможен только в том случае, если обеспечена качественная герметизация системы.
  • Закрытые отопительные системы монтируются без углов наклона и работают даже при наличии небольших «погрешностей» в системе, что делает доступной их самостоятельную установку.
  • Закрытые системы исключают контакт теплоносителя с воздухом, благодаря чему внутри системы нет кислорода, а, значит, нет и коррозии. Правда, полностью исключить кислород из теплоносителя не удается и процессы окисления оборудования и труб изнутри все же идут, но они незначительны и несопоставимы с процессами коррозии в открытых отопительных системах.
  • В закрытых отопительных системах нет воздушных пробок
  • В них нет необходимости выносить расширительный бак за пределы отапливаемого помещения и устанавливать его на чердаке.  Бак может быть смонтирован практически в любом месте, но обычно его устанавливают на обратке вместе с циркуляционным насосом.  Ранее выбор места для монтажа был продиктован ограничением уровня температуры жидкости, перекачиваемой насосом. Нагретая вода для этого была слишком горячей. Современные циркуляционные насосы не столь чувствительны к температуре теплоносителя и могут устанавливаться непосредственно на подающем трубопроводе. Это значит, что монтаж расширительного бака и циркуляционного насоса на обратка всего лишь дань традиции, а не необходимость.
  • Отопительные системы закрытого типа подходят для объектов любой площади и этажности

Недостатки закрытой системы отопления

  • Система зависит от электрической энергии и в случае его аварийного отключения также выходит из строя. В этом случае необходимо предусматривать наличие резервного источника электроэнергии
  • Система должна иметь правильно смонтированную группу безопасности
  • Расширительный бак должен иметь достаточный объем для вмещения не менее 30% теплоносителя, а лучше 60% теплоносителя.

Читают также: Наиболее популярные схемы отопления дома

Особенности монтажа

Монтаж закрытой системы отопления выполняется так, чтобы имелась возможность отключения любого ее элемента без остановки работы оставшейся части системы и слива воды из нее. Для этого используются отсекающие краны, лучше шаровые. Они устанавливаются на  входе и выходе в приборы отопления. При этом предусматривается запасная (байпасная) линия.  С помощью кранов можно регулировать уровень температуры в помещении и отсекать радиаторы в случае их течи или при необходимости замены.
Запорная арматура также устанавливается до и после циркуляционного насоса и расширительного бака.
 

  • группа безопасности
  • отопительный котел
  • запорная арматура
  • приборы отопления
  • циркуляционный насос
  • расширительный бак
  • обратка
  • подача

Еще одной особенностью монтажа закрытой системы отопления является установка группы безопасности, монтировать которую необходимо на выходе из котла. Основной задачей группы безопасности является сброс давления в случае его чрезмерного повышения.

Группа безопасности состоит из следующих элементов:

  • манометра, предназначенного для контроля над уровнем давления в системе
  • предохранительного клапана, сбрасывающего давление при достижении его максимального значения
  • воздухоотводчика, предназначенного для сбрасывания воздуха при завоздушивании системы отопления

Между котлом и группой безопасности запорная арматура никогда не устанавливается!
 

Принципы теплопередачи в технике

Введение

«… Сегодня очень холодно !!» «И ветрено тоже !!» или «… Я люблю холодное пиво, кладу его на время в морозилку, чтобы оно остыло на три или четыре градуса…» или «… Нашему производственному процессу необходимо, чтобы смесь нагрелась до X ° C за 45 минут. и выдерживать при этой температуре в течение 1 часа… «

Мы все слышали и произносили подобные выражения много раз. Они являются частью нашей повседневной и профессиональной жизни.Все они имеют общие понятия, такие как тепло, температура и градусы, которые мы считаем хорошо известными, но в которых мы иногда можем запутаться.

Давай попробуем их разобрать! И, что более важно, проверьте, как их приложение может отвечать и разрешать предыдущие выражения.

Тепло и температура

Тепло и температура — разные понятия, хотя и взаимосвязанные. Тепло — это полная энергия молекулярного движения в веществе, а температура — это мера его средней молекулярной энергии.

Теплота зависит от скорости частиц, их количества, размера и типа. Температура не зависит от размера, количества или типа.

Например, температура небольшого стакана горячей воды будет выше, чем температура океана, но океан имеет больше тепла, потому что в нем больше воды — больше частиц — и, следовательно, больше общей тепловой энергии.

Существуют также различия в типах изучения процессов, которые необходимо разработать. Начиная с соответствующих наук:

Передача энергии — тепла — всегда идет от среды с более высокой температурой (с более высоким измерением) к более низкой температуре и прекращается, когда две среды имеют одинаковую температуру и, следовательно, достигают состояния теплового равновесие.

Термодинамика — это наука, которая изучает количество теплопередачи от одного исходного состояния равновесия к другому и не делает никаких ссылок или указаний на продолжительность процесса.

Термодинамический анализ просто говорит нам, сколько тепла должно быть передано, чтобы перейти от одного состояния равновесия к другому, чтобы удовлетворить принципу сохранения энергии.

Хотя он устанавливает необходимые основные параметры и рамки для действий, на практике этого недостаточно.

Он сообщает нам, сколько тепла нужно рассеять, чтобы охладить наше пиво, чтобы получить желаемую температуру, но не дает нам никаких указаний относительно того, когда это сделать, и, конечно же, в нашей проблеме производственного процесса мы не можем найти никакого решения .

Теплопередача

Что нас действительно интересует, так это скорость теплопередачи . Определение скоростей теплопередачи в систему или из системы и, следовательно, времени нагрева или охлаждения и изменения температуры является предметом науки теплопередачи.

Теплопередача помогает нам решить проблемы, поднятые в начале этого текста, и играет решающую роль в конструкции практически всего оборудования и устройств, которые нас окружают: наши компьютеры и телевизоры должны учитывать скорость теплопередачи, чтобы они охлаждались и работали. не перегреваться, влияя на их работу; такие приборы, как плиты, сушилки и холодильники, должны обеспечивать те свойства нагрева и охлаждения, ради которых они будут продаваться.

При строительстве наших домов проводится исследование теплопередачи, на основании которого определяется толщина теплоизоляции или системы отопления.

В промышленном секторе такое оборудование, как теплообменники, котлы, печи, конденсаторы, батареи, обогреватели, холодильники и солнечные панели, в основном проектируется на основе анализа теплопередачи.

Более сложное оборудование, такое как автомобили и самолеты, требует этих исследований для предотвращения перегрева двигателей или салонов.

Процессы теплопередачи не только повышают, понижают или поддерживают температуру пораженных тел, они также могут вызывать фазовые изменения, такие как таяние льда или кипения воды.

В технике процессы теплопередачи часто разрабатываются с учетом преимуществ этих явлений. Космические капсулы, которые возвращаются в атмосферу Земли на очень высоких скоростях, оснащены тепловым экраном, который плавится контролируемым образом в процессе, называемом абляцией, чтобы предотвратить перегрев внутри капсулы.

Большая часть тепла, выделяемого при трении с атмосферой, используется для плавления теплозащитного экрана, а не для повышения температуры капсулы.

Таким образом, передача тепла — это процесс обмена энергией в форме тепла между разными телами или между разными частями одного и того же тела при разных температурах.Это тепло может передаваться тремя способами: теплопроводностью, конвекцией или излучением. Хотя эти три метода передачи имеют место много раз одновременно, обычно один из механизмов преобладает над двумя другими.

Проводимость

Проводимость — это передача тепла путем прямого контакта между телами или через одно и то же тело. В проводимости нет передачи материи, только энергия.

Молекулы вибрируют или движутся с большей скоростью в области с более высокой температурой.Взаимодействуя с соседними молекулами с более низкой температурой, они передают часть своей энергии внутри того же тела или от другого тела, контактирующего с первым.

В 1822 году французский математик Жозеф Фурье сформулировал точное математическое выражение, известное сегодня как закон теплопроводности Фурье.

Этот закон гласит, что скорость теплопроводности или теплопередача через тело на единицу поперечного сечения пропорциональна градиенту температуры, который существует в теле:

Коэффициент пропорциональности k — это теплопроводность материала, который указывает количество тепла, передаваемого за единицу времени, температуры и длины.A — это площадь, которая может изменяться в зависимости от расстояния (dx), поэтому следует использовать соответствующее среднее значение (Am).

Для постоянного нормального сечения, например стены здания, Am = A.

Материалы, такие как золото, серебро или медь, обладают высокой теплопроводностью и хорошо проводят тепло, в то время как такие материалы, как стекло или дерево, имеют меньшую проводимость и очень плохо проводят тепло.

Таким образом, чтобы ответить на вопросы, поставленные в начале этого текста, необходимо хорошо знать используемые материалы, их теплопроводность и размеры при температурах процесса, поскольку через них происходит теплопроводность.

Таким образом, анализируя процесс охлаждения пива с чисто научной точки зрения, нам необходимо знать свойства алюминиевого сплава банки и его толщину, поскольку пиво передает тепло банке посредством теплопроводности.

Конвекция

Конвекция передает тепло за счет обмена горячими и холодными молекулами. Это происходит, когда поверхность с определенной температурой контактирует с жидкостью, движущейся с другой температурой.

Это был закон охлаждения Ньютона, который указывал форму переноса через уравнение; таким образом определяя тепло, передаваемое от поверхности твердого тела к движущейся жидкости:

, где

  • Ts — температура поверхности тела (твердого тела).
  • T — температура жидкости.
  • ч — коэффициент теплоотдачи конвекцией.
  • Поверхность, контактирующая с жидкостью

В зависимости от источника движения жидкости можно рассматривать два основных типа:

  • Естественная конвекция , при которой движение жидкости происходит полностью из-за различий в плотности температура жидкости из-за разницы между двумя точками.

  • Принудительная конвекция , когда движение жидкости происходит из-за некоторого внешнего фактора.Передача тепла лучше при принудительной конвекции, поскольку движение — скорость — намного выше, поскольку есть поддержка этого внешнего фактора (например, насоса, вентилятора, ветра или мешалки) в дополнение к разнице плотности.

Температура нашего тела составляет 36,5 ° C, а окружающий воздух обычно ниже, поэтому определенное количество тепла постоянно передается от нашего тела к окружающему воздуху.

Когда перенос происходит быстро, потому что две температуры сильно различаются, нам становится холодно.Эта энергия передается от нашего тела к окружающему воздуху за счет естественной конвекции.

И очевидно, что если очень ветрено, то будет больше передачи и большее ощущение холода, так как конвекция принудительная.

Коэффициент теплопередачи за счет конвекции, h в формуле (2), зависит, главным образом, от физических и термодинамических свойств жидкости (например, плотности, удельной теплоемкости и вязкости) при ее температуре при оценке теплопередачи, а также от его скорость в то время.

Чтобы решить наши вопросы, будь то обычные или профессиональные, необходимо знать как свойства текучей среды в наших процессах, так и их состояние или скорость в этом процессе.

Излучение

Излучение — это передача тепла посредством электромагнитных волн. Это можно назвать молекулярным переносом, так как энергия вырабатывается изменениями электронных конфигураций составляющих молекул или атомов и переносится электромагнитными волнами или фотонами.

Нет прямого контакта между двумя средами и посредником или интерфейс не участвует в функциях обмена; в большинстве случаев это воздух, хотя теплообмен происходит и в вакууме.

Тепло, получаемое Землей от Солнца, передается посредством излучения через пустое пространство. Тепло, которое ощущается перед костром, также связано с радиацией.

В 1900 году немецкий физик Макс Планк использовал квантовую теорию и математический аппарат статистической механики, чтобы сформулировать фундаментальный закон излучения.

Математическое выражение этого закона связывает интенсивность лучистой энергии, излучаемой телом на определенной длине волны, с температурой тела.

Для каждой температуры и каждой длины волны существует максимальная энергия излучения. Только идеальное тело — черное тело — излучает излучение в точном соответствии с законом Планка. Реальные тела излучают с немного меньшей интенсивностью.

Вклад всех длин волн в излучаемую энергию излучения называется мощностью излучения тела и соответствует количеству энергии, излучаемой на единицу площади тела в единицу времени.

Из закона Планка два австрийских физика, Йозеф Стефан и Людвиг Больцманн, обнаружили в 1879 и 1884 годах соответственно, что излучающая способность поверхности пропорциональна четвертой степени ее абсолютной температуры.

Этот коэффициент пропорциональности в их честь называется постоянной Стефана-Больцмана:

, где

  • Ts, температура поверхности тела
  • ε, коэффициент излучения, который является свойством материала, относящегося к по его способности теплового излучения с идеальным черным телом.
  • σ, постоянная Стефана-Больцмана, = 5,67 x 10-8 Вт / м2 K4
  • A, поверхность излучения

Если учесть, что все вещества излучают лучистую энергию, только имея температуру выше абсолютного нуля, формула (3) принимает вид

Где F 1-2 — это модуль, который взвешивает геометрические отношения двух тел и их коэффициенты излучения.

В производственном процессе, упомянутом в начале этого текста, мы описали все задействованные процессы теплопередачи.

Тепло в основном передается конвекцией в теплообменниках, реакторах и батареях оборудования между теплоносителями (теплоноситель, пар и горячая вода) и жидкостями, содержащимися в оборудовании.

Тепло вырабатывается из топлива в котле с передачей в основном за счет излучения в его камере сгорания и конвекции в змеевиках или дымовых трубах.

Наконец, в расчетах, чтобы избежать потерь через трубы или оборудование, необходимо учитывать свойства и толщину теплоизоляции, так как теплопередача между металлической стенкой труб или теплообменников и нашей изоляцией осуществляется за счет теплопроводности.

Пока что краткий обзор процессов теплопередачи. Большое количество приложений, их сложность и разнообразие означают, что четыре формулы, упомянутые в этом документе, исчисляются сотнями, чтобы иметь возможность учитывать каждую особенность и позволять каждому конкретному приложению иметь конкретные и подходящие критерии проектирования.

Документ «Форма теплопередачи» включает в себя самое важное.

Каковы принципы геотермального охлаждения?

Охлаждение дома с помощью геотермального теплового насоса — один из самых надежных и энергосберегающих методов кондиционирования воздуха. По оценкам Министерства энергетики США, геотермальные тепловые насосы работают в три-четыре раза эффективнее, чем стандартные тепловые насосы с воздушным источником. Они также обладают необычайной долговечностью: компоненты теплового насоса для помещений могут прослужить 20 лет, а змеевики в земле — более 50.Геотермальная энергия также производит мало выбросов, что делает ее также хорошей идеей для окружающей среды.

Но как геотермальная энергия охлаждает дом? Мы объясним удивительно простой способ, которым геотермальный тепловой насос обеспечивает такое же мощное охлаждение, как и любой стандартный кондиционер.

Если вы хотите начать работу с геотермальным охлаждением в Нью-Хейвене, штат Коннектикут, свяжитесь с нашими техническими специалистами в компании Celco Heating and Air Conditioning. Мы помогаем клиентам круглый год с 1976 года.

Как работает геотермальное охлаждение

Основным принципом геотермального охлаждения является теплообмен , который также используется в кондиционерах и тепловых насосах с воздушным источником тепла. Геотермальные системы домашнего комфорта — это разновидности тепловых насосов: они перемещают тепло из одного места и передают его в другое. Однако стандартный тепловой насос использует воздух в качестве среды для теплообмена. В жаркую погоду тепловой насос отводит тепло из воздуха в помещении и выводит его наружу, снижая температуру в помещении.В холодную погоду происходит обратный процесс.

Однако геотермальный тепловой насос является геотермальным тепловым насосом : он использует тепло земли для половины процесса теплообмена. Летом внутренний блок поглощает тепло за счет испарения, как и кондиционер. Но он перемещает тепло через заполненные водой змеевики вниз в землю и откладывает его там. Катушки заземления зарыты на 10 футов или глубже под поверхностью, где температура стабилизируется на отметке 55 ° F.Благодаря стабильной температуре геотермальные тепловые насосы достигают высокого КПД; им не нужно беспокоиться о колебаниях температуры в воздухе, которые могут затруднить теплообмен. Это особенно важно зимой, когда тепловой насос переключается из режима охлаждения в режим нагрева; низкие температуры зимы в Коннектикуте не влияют на тепловой насос, работающий от источника тепла, потому что температура под землей остается прежней.

Профессиональная геотермальная установка

Работа, необходимая для установки геотермального теплового насоса, является интенсивной и требует много времени.Доверьте это только опытным установщикам, которые сделают работу максимально гладкой и быстрой. Чтобы получить качественную установку для геотермального охлаждения в Нью-Хейвене, Коннектикут, свяжитесь с Celco Heating and Air Conditioning прямо сейчас. Мы также ремонтируем и обслуживаем геотермальные тепловые насосы, поэтому вы можете рассчитывать на то, что мы позаботимся о вашей системе на долгие годы.

Теги: Геотермальное охлаждение, Нью-Хейвен
Пятница, 16 мая 2014 г., 12:36 | Категории: Кондиционер |

Принципы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха в зданиях

Основы

1 Введение в системы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха 1

1.1 Системы и определения 1

1.2 История кондиционирования воздуха 3

1.3 Тенденции в использовании энергии и влияние 5

1.4 Проектирование и эксплуатация систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха 7

1.5 Затраты на энергию

1.6 Философия и организация книги 11

1,7 Единицы 13

1.8 Обзор 14

Проблемы 14

2 Методы системного анализа и использование EES 15

2.1 Введение 15

2.2 Введение в EES 19

2.3 Общие проблемы, возникающие при использовании EES 22

2.4 Подбор кривой с использованием EES 26

2.5 Оптимизация с использованием EES 29

2.6 Успешное решение проблем с использованием EES 31

2.7 Резюме 34

Проблемы 35

3 Термодинамика и поток жидкости в Приложения HVAC 39

3.1 Введение 39

3.2 Сохранение массы 39

3.3 Сохранение энергии 41

3.4 Термодинамические свойства чистых веществ 43

3.5 Термодинамические пределы производительности 45

3.6 Термодинамические рабочие отношения для чистых веществ 47

3.7 Термодинамические соотношения для потока жидкости 48

3.8 Механизмы потери энергии в потоке жидкости 54

3.9 Резюме 59

Проблемы 59

4 Теплопередача в системах отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха 61

4.1 Введение 61

4.2 Кондуктивная теплопередача 61

4.3 Конвекционная теплопередача 67

4.4 Теплопередача тепловым излучением 76

4.5 Переходная теплопередача 83

4.6 Теплопередача в комбинированном режиме 87

4.7 Резюме 92

Проблемы 92

5 Психрометрия для систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха 95

5.1 Введение 95

5.2 Влажность Свойства воздуха 95

5.3 Психрометрическая диаграмма 102

5.4 Стандартная атмосфера 103

5.5 Определение психрометрических свойств с помощью EES 105

5.6 Психрометрические приложения 109

5.7 Тепломассообмен для смесей паров воздух-вода 126

5.8 Резюме 132

Проблемы 133

6 Обзор систем HVAC 137

6.1 Введение 137

6.2 Обзор систем HVAC и Компоненты 137

6.3 Сравнение энергии между системами CAV и VAV 144

6.4 Расчет рабочих характеристик системы HVAC 145

6.5 Уравнения для расчета нагрузки ASHRAE 153

6.6 Улучшения и альтернативы систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха 156

6.7 Резюме 167

Проблемы 167

7 Тепловой комфорт и качество воздуха 171

7.1 Введение 171

7.2 Критерии комфорта обитателей внутри зданий 171

7.3 Критерии качества воздуха в помещении 179

7.4 Сводка 182

Проблемы 183

Нагрузки на отопление и охлаждение здания

8 Погодные данные, статистика и обработка 185

8.1 Введение 185

8.2 Расчетные температурные параметры для систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха 186

8.3 Корреляции температуры окружающей среды и влажности 190

8.4 Данные о градусах за день и корреляции 195

8.5 Данные метода бинов 200

8.6 Корреляции температуры земли 202

8.7 Солнечная энергия Основы радиации 205

8,8 Солнечное излучение при ясном небе 213

8,9 Записи погоды 216

8,10 Резюме 219

Проблемы 219

9 Компоненты потерь и усиления тепла в зданиях 221

9.1 Введение 221

9.2 Тепловое сопротивление и проводимость элементов здания 222

9.3 Тепловой поток через непрозрачные внешние поверхности 225

9.4 Переходный тепловой поток через элементы здания 228

9.5 Тепловой поток через элементы здания — подход с функцией передачи 234

9,6 Тепловой поток через элементы здания — подход к тепловой сети 240

9.7 Тепловой поток через остекление 244

9.8 Потоки энергии за счет вентиляции и инфильтрации 247

9.9 Внутреннее тепловое усиление 256

9.10 Резюме 258

Проблемы 259

10 Нагревательные и охлаждающие нагрузки 265

10.1 Введение 265

10.2 Расчетная тепловая нагрузка 266

10.3 Расчетная ощутимая нагрузка охлаждения с использованием метода теплового баланса 268

10.4 Метод теплового баланса с использованием подхода тепловой сети 273

10.5 Расчетная скрытая охлаждающая нагрузка 276

10.6 Расчетные нагрузки с использованием метода тепловой сети 277

10.7 Сводка 286

Проблемы 287

Оборудование

11 Системы распределения воздуха 289

11.1 Введение 289

11.2 Падения давления в системах воздуховодов 290

11.3 Методы проектирования систем распределения воздуха 298

11.4 Характеристики вентилятора 311

11.5 Взаимодействие между вентилятором и распределительной системой 315

11.6 Распределение воздуха по зонам 318

11.7 Тепловые потери и приток в воздуховодах 320

11.8 Утечка воздуха из воздуховодов 322

11.9 Резюме 323

Проблемы 324

12 Системы распределения жидкости 329

12.1 Введение 329

12.2 Потери напора и падение давления в системах распределения жидкости 329

12.3 Системы распределения воды 332

12.4 Системы распределения пара 335

12.5 Характеристики насоса 338

12.6 Тепловые потери и приток для труб 340

12.7 Резюме 342

Проблемы 342

13 Теплообменники для систем отопления и охлаждения 345

13.1 Введение 345

13.2 Общая теплопроводность 347

13.3 Тепловые характеристики теплообменника 349

13.4 Процесс выбора нагревательного змеевика 355

13.5 Процессы охлаждающего змеевика 361

13.6 Характеристики охлаждающего змеевика с использованием аналогии теплопередачи 362

13.7 Охлаждение Процедура выбора змеевика 368

13,8 Резюме 376

Проблемы 376

14 Градирни и системы осушения адсорбента 379

14.1 Введение 379

14.2 Градирни 379

14.3 Рабочие характеристики градирни по аналогии с теплопередачей 381

14.4 Процедура выбора градирни 385

14.5 Адсорбционные осушители 388

14.6 Адсорбционные осушители4000 393

14,7 Сводная информация Проблемы 398

15 Парокомпрессионные системы охлаждения и кондиционирования воздуха 401

15.1 Введение 401

15.2 Система сжатия пара 401

15,3 Хладагенты 407

15,4 Компрессоры системы сжатия пара 412

15,5 Производительность системы сжатия пара 416

15,6 Альтернативные концепции системы сжатия пара 421

15,7 Резюме 429

Проблемы 429

Тепловой насос Системы 433

16.1 Введение 433

16.2 Воздушные тепловые насосы 435

16.3 Наземные тепловые насосы 441

16.4 Водяные системы с тепловым насосом 443

16,5 Краткое описание 444

Проблемы 444

17 Системы аккумулирования тепла 447

17,1 Введение 447

17,2 Системы хранения льда 451

17,3 Системы хранения охлажденной воды 452

17,4 Холодный воздух Системы распределения 453

17,5 Теплоаккумулятор здания 454

17.6 Стратегии управления накоплением тепла 456

17.7 Рабочие характеристики резервуаров для хранения льда 460

17.8 Выбор емкости для хранения льда 466

17.9 Резюме 471

Проблемы 471

Проектирование и управление системами отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха

18 Энергопотребление в зданиях и системах отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха 475

18.1 Введение 475

18.2 Погодные данные для использования энергии Расчеты 475

18,3 Градусный метод оценки использования тепловой энергии 476

18,4 Биновый метод оценки использования энергии 479

18,5 Методы моделирования для оценки использования энергии 486

18.6 Метод тепловой сети для оценки энергопотребления здания 487

18.7 Резюме 491

Проблемы 492

19 Принципы управления HVAC 497

19.1 Введение 497

19.2 Методы управления с обратной связью 500

19.3 Реализация управления по локальной петле 517

19,4 Расширенные методы управления 518

19,5 Резюме 521

Проблемы 521

20 Диспетчерский контроль 523

20.1 Введение 523

20.2 Введение в оптимальную работу систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха 525

20.3 Заявление по оптимизации для полностью электрических холодильных установок без хранения 531

20.4 Процедура оптимизации на основе модели 531

20.5 Процедура квадратичной оптимизации 533

20.6 Упрощенные стратегии управления для компонентов системы 536

20.7 Заявление по оптимизации для полностью электрических холодильных установок с хранилищем 544

20.8 Упрощенные стратегии управления для систем с хранилищем 545

20.9 Методы прогнозирования нагрузок на здание 548

20.10 Резюме 550

Проблемы 551

21 Проектирование систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха 555

21.1 Введение 555

21.2 Методология проектирования 555

21.3 Стоимость жизненного цикла 562

21.4 Правила использования 564

21.5 Проблемы проектирования для студентов 565

Задачи 566

Приложение A: Значения тепловых свойств 573

Приложение B: Психрометрические диаграммы для условий уровня моря 575

Приложение C: Характеристики стен и крыши 577

Ссылки 583

Номенклатура 589

Индекс 595

Что такое жидкостное лучистое отопление?

Во многих районах страны зима суровая, и надежная система отопления является необходимостью.Хотя топка с принудительной подачей воздуха является наиболее распространенным методом отопления дома или офиса, многие люди не знают о многочисленных преимуществах лучистого отопления.

По сути, излучающая система обеспечивает циркуляцию нагретой воды или антифриза через скрытую сеть трубопроводов, чтобы обеспечить теплый и эффективный комфорт в каждой комнате в здании. Эта технология, известная также как водяное отопление, продолжает набирать популярность, поскольку домовладельцы ищут способы повысить комфорт в помещении, снизить затраты на электроэнергию и снизить воздействие на окружающую среду.

Основы лучистого отопления

Обычные печи полагаются на сеть воздуховодов для циркуляции и распределения нагретого воздуха. И наоборот, излучающие системы используют конвекционные токи для передачи тепловой энергии, что основано на принципе подъема теплого воздуха. Каждая система зависит от серии гибких трубных змеевиков, установленных под полом или плитой. Механический источник создает тепло, а рециркуляционный насос проталкивает жидкость через трубопроводную сеть. Тепло излучается вверх, смешивается и равномерно распространяется по комнате.Есть две основные платформы водяного отопления:

* Выделенные системы: В этой конфигурации водонагреватель или бойлер используются исключительно для выработки нагретой воды, которая циркулирует через решетку излучающих трубопроводов.

* Системы двойного назначения: Система двойного назначения использует один источник для подачи нагретой воды как для лучистого, так и для бытового горячего водоснабжения.

Для каждой гидравлической системы требуется источник тепла, чтобы перекачиваемая жидкость оставалась насыщенной тепловой энергией, достаточной для удовлетворения внутренней нагрузки.Для нагрева жидкости в излучающей системе используются три основных метода:

* Котлы: Котлы обычно устанавливаются для жидкостного отопления из-за их прочной конструкции, эффективности и быстрого восстановления. Процесс котла объединяет природный газ или мазут с воздухом, и смесь воспламеняется в камере сгорания. Образующийся горячий газ движется по трубам в теплообменнике специальной конструкции. Когда рециркулируемая жидкость возвращается в котел, энергия передается, и нагретая вода отправляется обратно через коллектор, чтобы снова запустить процесс.

* Водонагреватели: обычные водонагреватели могут быть эффективны при использовании лучистого тепла, но важно убедиться, что время восстановления агрегата достаточно для обслуживания здания в самые холодные дни. Излучающие системы обычно работают с 20-градусным перепадом температуры, поэтому стандартный водонагреватель может быть не в состоянии передавать количество тепла, необходимое для поддержания расхода, особенно для более крупных проектов.

* Водонагреватели без резервуаров: проточные водонагреватели могут использоваться для небольших работ, обычно менее 1000 квадратных футов.Хотя безбаковые модели эффективны, они могут создавать проблемы, если потери тепла в жилой зоне не превышают минимальную выходную мощность устройства в БТЕ. Эта ситуация может вызвать короткое замыкание и, в конечном итоге, перегрев устройства.

Установка и стоимость систем водяного отопления

В большинстве систем лучистого отопления используются трубки диаметром ½ дюйма, изготовленные из полиэтилена или его производных. Существует несколько различных методов установки, включая защелкивающиеся решетки, алюминиевые полосы или просто заливку трубопровода в бетон.Трубка обычно проходит по концентрическим кругам, чтобы обеспечить покрытие всей площади пола. После того, как трубопровод будет установлен, его можно закончить практически любым типом напольного покрытия, включая плитку, твердую древесину и синтетику. По возможности следует избегать коврового покрытия, поскольку материал и лежащая под ним подушка будут служить изолятором и уменьшать эффективность системы.

Затраты на установку лучистого отопления обычно выше, чем на традиционную систему с принудительной подачей воздуха, особенно если подрядчик использует радиаторы или конвекторы.Новые строительные работы являются наименее дорогими, поскольку отсутствуют структурные препятствия, которые необходимо устранить. Также важно помнить, что если потребуется кондиционер, потребуется установить отдельное оборудование.

Несмотря на добавленную стоимость, водяная система отопления обеспечит исключительный комфорт, устраняя при этом неприятные сквозняки и точки холода. Вместо того, чтобы обдувать лицо горячим воздухом, пассажиры окутываются теплым одеялом. Лучистое тепло также на 30 процентов более энергоэффективно, чем принудительное воздушное отопление, поэтому новая система со временем окупится.

Принцип действия радиатора

Содержание

— Конвекция и излучение, два основных принципа

— Понятие инерции

— Различные системы отопления

— Электрорадиатор или горячая вода?

Конвекция и излучение, два основных принципа

Бытовое отопление — это применение того, что в физике известно как теплопередача.Основной принцип прост: если два тела не имеют одинаковой температуры, они будут обмениваться теплом, пока не достигнут теплового равновесия.

Горячее тело (здесь радиатор) и холодное тело (здесь ваше тело) обмениваются теплом тремя способами: теплопроводностью, конвекцией и излучением.

Возьмем, к примеру, чашку чая.

По проводимости

— Теплообмен происходит при прямом контакте: вы окунаете губы в еще дымящийся чай, вы получаете ожог, это признак (болезненный!), Что произошла передача тепла!

— Следовательно, теплопроводность не используется для нагрева (кроме случаев, когда вы кладете полотенце на радиатор).

Конвекцией

Теплообмен осуществляется жидким посредником, который «переносит» молекулы тепла. Здесь воздух играет эту роль.

Различаем:

— Естественная конвекция, при которой движение воздуха происходит самопроизвольно и свободно. Например, чашка чая все еще дымится, горячий воздух поднимается вверх.

— Принудительная конвекция, движение воздуха активируется для ускорения теплообмена между двумя телами — например, когда вы дуетесь на чашку чая, чтобы она быстрее остыла.

Излучением (также называемым излучением)

— Теплообмен осуществляется электромагнитным излучением.

— Источник тепла излучает инфракрасное излучение и согревает вас на расстоянии. Чтобы увидеть это, положите руки на чашку горячего чая и почувствуйте тепло, даже если контакта нет.

Каким бы ни был излучатель, эти 3 механизма работают вместе. Согласно устройствам, один из этих механизмов является привилегированным.

Понятие инерции

Термическая инерция — это способность устройства или тела поддерживать постоянную температуру:

— Для нагревателя инерция представляет собой способность длительно и постоянно рассеивать тепло.

— Нагреватель с хорошей инерцией не нагревается рывками.

Различные системы отопления

Системы и источники энергии

Выбор систем отопления дома широк. Действительно, систем и источников энергии несколько:

— с котлом , называемым «сжигание»: газовый, дровяной, масляный или смешанный;

— электрический;

— возобновляемая энергия: тепловой насос, солнечная энергия и т. Д.

Диффузионные аппараты

Также существует несколько типов диффузионных устройств:

— радиаторы горячая вода или электрические;

— теплый пол;

— потолочное отопление;

— настенное отопление;

— плинтус с подогревом.

Совместимость: какое устройство для какого отопления?

Выбор между радиатором горячей воды и электрическим радиатором зависит от типа выбранной системы:

— Водяные радиаторы работают с системой сжигания: котел сжигает газ, дрова или масло, нагревает воду и прогоняет ее по трубам в радиаторы.

— Электрические радиаторы, естественно, питаются от электричества и подключаются напрямую к электросети.

Однако выбор между радиаторами и напольным отоплением не зависит от выбора источника энергии.Вы можете комбинировать радиаторы и теплый пол как с газовым, так и с электрическим отоплением или тепловым насосом.

Выбор источника энергии является самым важным. Мы предлагаем вам начать с этого, только потом выбирать диффузионные устройства.

Электрический или водяной радиатор: критерии выбора

Перед выбором

Выбор системы отопления требует индивидуального изучения вашего дома, существующей системы отопления, если таковая имеется, и ваших потребностей в отоплении.

Таким образом, перед выбором между электрическими радиаторами и радиаторами с горячей водой рекомендуется выполнить Home Performance Assessment .

Более того, без хорошей теплоизоляции вашего дома будет бесполезно вкладываться в эффективную систему отопления.

В центре внимания электрическое отопление

Вопреки распространенному мнению, электрическое отопление не обязательно потребляет больше энергии, чем горячее водоснабжение.

Замена старой электроустановки на новую, более производительную, позволяет сэкономить до 25%!

Кроме того, электрическая радиаторная система отопления дешевле и сложна в установке, чем система водяного отопления, особенно в проектах реконструкции.

Наконец, он не требует специального обслуживания, за исключением, возможно, время от времени легкого протирки.

Акцент на водяное отопление

Водяное центральное отопление проще реализовать при строительстве дома. Однако отремонтировать дом все же можно, но установить его будет сложнее.

Бойлеры становятся все более эффективными, менее загрязняющими и даже полностью экологичными. Они добились огромного прогресса за последние годы, как и радиаторы.

Кроме того, некоторые котлы имеют право на налоговый кредит, который позволяет вам частично погасить свои инвестиции.

Надеюсь, этот пост помог вам понять принцип работы радиатора и сделать выбор между радиатором или бойлером. Пожалуйста, не забудьте поделиться своим мнением в комментариях ниже.

Как работает печь?

Если у вас в доме старая система отопления, скорее всего, это печь. Печи — одни из самых старых систем отопления жилых помещений.В свои первые дни они работали на угле и дровах. В более новых моделях используется электричество, газ или пропан, и они могут работать с высоким КПД. Некоторые из них имеют рейтинг AFUE (годовая эффективность использования топлива) 98%, что означает, что они превращают 98% потребляемого топлива в тепло.

Но как именно работают эти великие боевые кони мира HVAC? Или, по крайней мере, современный, который сейчас сидит у вас в доме и делает отопление на осень? Вот краткое изложение работы современной печи.

Если вам нужна дополнительная помощь с печью , будь то техническое обслуживание или ремонт, или если вы хотите установить новую, обратитесь к специалистам по отоплению из Юджина, ИЛИ в компании Comfort Flow Heating.

Какое бы топливо ни использовала печь, она работает по принципу принудительного воздушного нагрева. Печь передает тепло воздуху, который затем передается вентиляторами через воздуховоды дома и наружу. Печи часто используют общую систему воздуховодов с кондиционером, поэтому домовладельцам не нужно занимать дополнительное место для своей системы охлаждения.

В печи, работающей на природном газе, пилотная лампа зажигает ряд горелок внутри камеры сгорания. Тепло, создаваемое этими горелками, затем поступает в теплообменник, где тепло передается воздуху и повышает его до температуры, установленной термостатом. В этот момент воздуходувки забирают воздух и направляют его по каналам. Пропановые печи работают по аналогичному принципу.

Для электрической печи вместо запальной лампы процесс нагрева начинается с электрического розжига.Вместо газовых горелок при розжиге активируются нагревательные элементы, содержащие токопроводящие катушки. По мере прохождения тока через катушки они начинают нагревать воздух для воздуходувок. Чем больше тепла требует термостат, тем больше нагревательных элементов включается.

Звучит обманчиво просто, но печи содержат множество компонентов, обеспечивающих бесперебойный теплообмен и распределение без проблем с безопасностью. Самостоятельно пытаться диагностировать или исправить неисправный термостат не рекомендуется, если у вас нет обширного обучения HVAC и соответствующих инструментов.Вы должны полагаться на специалистов, которые справятся с любыми проблемами вашей печи, независимо от ее источника питания. (Газовые печи могут привести к отравлению угарным газом, а электрические печи могут вызвать поражение электрическим током.)

Обеспечьте эффективную работу вашей отопительной системы Eugene, OR — печи, теплового насоса, излучающего теплого пола или геотермальной энергии — осенью и зимой: получите совет и помощь от Comfort Flow Heating. Мы работаем уже 50 лет и знаем вашу печь до мельчайших деталей.

Теги: Евгений
Понедельник, 14 октября 2013 г., 18:45 | Категории: Отопление |

Геотермальное отопление и охлаждение | Устойчивость: комплексный фундамент

Цели обучения

В этом модуле рассматриваются следующие темы: 1) основные термодинамические принципы нагрева, 2) геотермальное отопление и охлаждение, 3) различные типы геотермальных систем и принципы, определяющие их конструкцию.

После прочтения этого модуля учащиеся должны уметь

  • понять основные термодинамические принципы нагрева
  • узнайте, что делает геотермальное отопление и охлаждение более эффективным, чем обычные системы
  • сравнить различные типы геотермальных систем и принципы, лежащие в основе их проектирования

Введение

В связи с ограниченными запасами ископаемого топлива в ближайшие десятилетия и растущей осведомленностью об экологических проблемах, связанных со сжиганием ископаемого топлива, альтернативные источники энергии, такие как геотермальные, становятся все более привлекательными.Геотермальная энергия — это энергия, исходящая от Земли. В этом разделе мы описываем основные принципы геотермальных энергетических систем и экономию энергии, которая может быть получена в результате их использования.

Тепловой насос

Ключом к пониманию геотермальной энергетической системы является тепловой насос. Обычно тепло передается из горячей зоны в холодную, но тепловой насос — это устройство, которое позволяет передавать тепло от более низкой температуры к более высокой с минимальным потреблением энергии (см. Рисунок . Простой тепловой насос ).Домашний холодильник — это пример простого теплового насоса. Холодильник отводит тепло из внутренней части холодильника при температуре примерно 3 ° C, 38 ° F (см. Heat In на рисунке A Simple Heat Pump ), а затем сбрасывает его на кухню (примерно при 27 ° C, 80 ° C). ° F (см. Heat Out на рисунке A Simple Heat Pump ). перекачивает тепла из внутренней части холодильника наружу с помощью компрессора, отсюда и название теплового насоса.

Тот факт, что большинство жидкостей закипает при разных температурах при изменении давления, имеет решающее значение для работы теплового насоса.Кипячение удаляет тепло из окружающей среды, так же как кипящая вода забирает тепло от плиты. В тепловом насосе кипение происходит при более низком давлении и, следовательно, при более низкой температуре. Предположим, 40 ° F или 4 ° C, чтобы он мог эффективно отводить тепло от почвы или воды пруда (источника тепла) в геотермальной установке при температуре 50 ° F или 10 ° C. Затем пар, образующийся при кипении, может быть сжат (см. Компрессор на рис. A Простой тепловой насос ) до более высокого давления, так что он будет конденсироваться (в противоположность кипению) при гораздо более высокой температуре.Когда геотермальная установка встроена в здание, это здание отводит тепло, а затем нагревает его (см. Heat Out на рис. . Простой тепловой насос ). Конденсированный пар в геотермальном тепловом насосе, таким образом, будет обеспечивать теплом намного более высокую температуру для обогреваемой области, чем исходный источник тепла. Наконец, дроссель, похожий на домашний водопроводный кран, используется для понижения давления (см. Расширительный клапан на рис. . Простой тепловой насос ) для завершения цикла замкнутой системы, который затем повторяется.Путем переключения направления теплового насоса геотермальная система также может использоваться для охлаждения.

A Простой тепловой насос Типичный парокомпрессионный тепловой насос для охлаждения, используемый с геотермальной системой . Источник: Сохаил Мурад адаптировано из Илмари Каронен

Геотермальное отопление и охлаждение

Геотермальные системы подходят для мест с несколько экстремальными диапазонами температур. Области с умеренным температурным режимом (напр.грамм. некоторые районы Калифорнии) могут использовать обычные тепловые насосы с аналогичной экономией энергии за счет непосредственного добавления или отвода тепла от наружного воздуха. Районы, которые испытывают несколько экстремальные температуры (например, Средний Запад и Восточное побережье), являются идеальными целевыми точками для геотермальных систем. В регионах с умеренным климатом, таких как многие части Южного или Западного побережья, можно использовать обычные тепловые насосы, которые обмениваются энергией, как правило, с наружным воздухом, с аналогичной экономией энергии. Геотермальные тепловые насосы (GHP) используют почти постоянную температуру (от 7 ° C до 8 ° C или от 45 ° F до 48 ° F) почвы под линией замерзания в качестве источника энергии для обеспечения эффективного обогрева и охлаждения в течение всего года.Стоимость установки GHP выше, чем у традиционных систем из-за дополнительных затрат на бурение и земляные работы, но добавленная стоимость быстро компенсируется более высокой эффективностью GHP. Можно получить до 50% экономии по сравнению с обычными системами отопления и охлаждения (см. Рисунок : Сравнение расчетных затрат на охлаждение ), что позволяет окупить дополнительные капитальные затраты на установку в среднем менее чем за 5 лет. GHP имеют средний срок службы более 30 лет, оставляя 25 и более лет экономии на отоплении / охлаждении для тех, кто готов вложить средства.Кроме того, GHP занимают мало места, и, поскольку они содержат меньше движущихся компонентов, они также имеют более низкие затраты на обслуживание.

Сравнение расчетных затрат на охлаждение Расчетные затраты на охлаждение геотермальных систем по сравнению с традиционными системами. Источник: Сохаил Мурад

Типы геотермальных систем

Есть два основных типа геотермальных систем: в земле и пруд системы . В наземных геотермальных системах может быть вертикальным и горизонтальным, как показано на рисунке в наземных геотермальных системах .Стоимость земляных работ вертикальных систем, как правило, выше, и для их установки требуется больше земли, что, как правило, не подходит для городских районов. Помимо затрат на земляные работы, вертикальные и горизонтальные GHP имеют одинаковую эффективность, поскольку температура грунта ниже линии промерзания практически постоянна.

Геотермальные системы прудов обычно предпочтительнее, если поблизости есть вода с почти постоянной температурой круглый год. Эти системы особенно подходят для промышленных предприятий (например,грамм. нефтеперерабатывающие заводы) с водоочистными сооружениями для очистки обработанной воды перед ее сбросом. Температура очищенной воды на этих объектах практически постоянна в течение года и является идеальным местом для системы прудов. Геотермальные системы прудов состоят из открытых или замкнутых контуров (см. Рисунок Геотермальные системы прудов ). Системы с разомкнутым контуром фактически удаляют воду из пруда, в то время как системы с замкнутым контуром отбирают только энергию в виде тепла из воды пруда.Конечно, в системе открытого пруда эта вода снова возвращается в пруд, хотя и с более низкой температурой, когда используется для обогрева.

Экономика геотермальных систем

Как указывалось ранее, в зависимости от типа системы капитальные затраты и затраты на установку геотермальной системы примерно вдвое превышают стоимость традиционной системы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха (HVAC). Однако как эксплуатационные расходы, так и затраты на техническое обслуживание намного ниже, а переключение с нагрева на охлаждение не требует усилий.Типичный график возврата инвестиций (ROI) для наземной геотермальной системы для многоквартирного здания является благоприятным (см. Рисунок Возврат инвестиций в геотермальную систему ). Геотермальная система с дополнительными капитальными затратами на 500 000 долларов США, но с меньшими затратами на эксплуатацию и техническое обслуживание, позволила окупить добавленные затраты за 5-8 лет. Поскольку средний срок службы геотермальной системы составляет не менее 30 лет, экономия за весь срок службы системы может быть значительной. Эффективность наземных геотермальных систем довольно постоянна, поскольку нет больших колебаний температуры грунта.Эффективность прудовых систем, как правило, будет намного выше, чем те, которые показаны на Рисунке . Возврат инвестиций в геотермальную систему , если в зимние месяцы температура воды пруда будет выше, чем типичная температура грунта ниже линии замерзания (7 ° C — 8 ° C или 44 ° F — 48 ° F), поскольку эффективность тепловых насосов увеличивается с повышением температуры источника тепла. Другой причиной более высокой эффективности систем прудов является гораздо более высокая скорость теплопередачи между жидкостью и внешней поверхностью геотермальных труб, особенно если вода течет.

Возврат инвестиций в геотермальную систему Возврат дополнительных капитальных вложений в типичную геотермальную систему. Источник: Murad, S., & Al-Hallaj, S. из технико-экономического обоснования гибридной топливной ячейки / геотермальной системы, окончательный отчет, HNTB Corporation, август 2009 г.

Повышение эффективности геотермальных систем

Существует несколько стратегий повышения эффективности геотермальных систем. Одной из наиболее многообещающих возможностей является использование его в сочетании с материалами с фазовым переходом (PCM) (см. Также Модуль «Применение материалов с фазовым переходом для устойчивой энергетики »), в частности, для обработки пиковых нагрузок потребления энергии.Материалы с фазовым переходом — это материалы, которые могут поглощать и передавать гораздо большее количество энергии по сравнению с типичными строительными материалами. Стоимость геотермальных систем, в отличие от других систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха, увеличивается почти линейно с размером системы (приблизительно 1000 долларов за тонну). Таким образом, создание более крупных систем с учетом пиковых нагрузок может значительно увеличить как капитальные затраты, так и затраты на установку. PCM может быть включен во все четыре геотермальные системы, описанные ранее. Наилучший подход — объединить PCM с геотермальными системами для приложений в системах с неоднородными потребностями в энергии или в системах с короткими, но значительными колебаниями и пиками потребностей в энергии.Например, проектировщики могут включить системы нагрева таянием снега для платформ поездов или они могут построить буферный резервуар энергии с использованием PCM для удовлетворения пиковых потребностей в охлаждении в жаркий летний полдень. Преимущество первого варианта применения состоит в том, чтобы избежать работы геотермальной системы для тепловых нагрузок при низких температурах в течение продолжительных периодов времени, что не будет таким энергоэффективным и потребует специально разработанных систем.

Использование материалов с фазовым переходом позволяет использовать стандартные геотермальные системы, которые затем будут накапливать энергию в блоке PCM для подачи тепла при постоянной температуре и с равномерной скоростью нагрева, например, для таяния снега на платформах поездов.Как только энергия в PCM почти израсходована, геотермальная система восстановит питание хранилища PCM. Дополнительная энергия, необходимая для пиковых периодов, может храниться в резервуарах для хранения PCM, а затем использоваться для удовлетворения таких потребностей. Например, в жаркий летний день блок PCM можно использовать для отвода дополнительного тепла сверх проектной мощности геотермальной системы во время скачков температуры, которые обычно длятся всего несколько часов. Это снижает нагрузку на геотермальную систему в часы пик, когда затраты на электроэнергию обычно самые высокие.

Резервуары

PCM значительно снижают общую стоимость геотермальной системы теплового насоса, поскольку ее не нужно проектировать для удовлетворения пиковых потребностей в отоплении / охлаждении. Кроме того, он также переносит энергетические нагрузки с часов пик на часы непиковой нагрузки. На рис. Изменение температуры показано изменение температуры для типичного летнего дня июля 2010 года в Чикаго. Высокая температура в 90 градусов сохранялась лишь в течение короткого периода около 4 часов, а затем быстро опустилась ниже 85 градусов.Эти относительно короткие пики температуры могут быть легко устранены с помощью PCM.

В заключение, геотермальные тепловые насосы являются очень привлекательным, экономичным и устойчивым источником энергии как для отопления, так и для охлаждения с минимальным углеродным отпечатком. Это хорошо разработанная технология, которая может быть легко внедрена как в жилых, так и в коммерческих зданиях на стадии проектирования или модернизации зданий.

Обзорные вопросы

По какому принципу работает геотермальный тепловой насос?

Что делает его более экономичным по сравнению с электрическим нагревом или обычными печами?

Подходят ли геотермальные тепловые насосы для умеренного климата (например,грамм.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *