Отопление какое бывает: Основные виды отопления помещений | ГрейПей

Основные виды отопления помещений | ГрейПей

Отопление помещений — основа нормальной жизнедеятельности человека. Выделяют несколько основных видов отопления — они предназначены для поддержания нормативной температуры воздуха в помещениях различного назначения, комплексы различаются по принципу действия, по общему устройству.

Отопление помещений представляет из себя комплекс, в состав которого входят следующие основные компоненты:

  1. Теплогенератор — источник теплоты;
  2. Отопительные приборы — радиаторы, конвекторы, регистры, обогреватели, излучатели и так далее;
  3. Коммуникации — чаще всего это трубопроводы, электрические кабели, воздуховоды и мак далее.

Источник тела может быть собственным и сторонним. Сторонние источники тепла поставляют теплоноситель с требуемыми параметрами. Автономный котел (теплогенератор) дает возможность разработать и построить систему отопления с независимыми параметрами работы.

Типы отопительных устройств зависят от конкретного вида отопления.Отопление какое бывает: Основные виды отопления помещений | ГрейПей Различают несколько основных видов отопления:

  1. Водяное отопление;
  2. Воздушное отопление;
  3. Электрическое отопление;
  4. Печное отопление.

Системы автономного и централизованного водяного отопления

Самая часто используемая конфигурация комплекса обогрева помещений — водяное отопление. В качестве теплоносителя в этом случае используется вода. Она обладает отличными теплофизическими характеристиками — теплоемкостью, высокой теплоотдачей, текучестью и другими.

Водяное отопление имеет собственную классификацию и подвиды. По способу циркуляции теплоносителя различают два типа систем:

  1. С естественной циркуляцией;
  2. С принудительной циркуляцией.

Принудительная циркуляция воды по трубопроводам и отопительным приборам осуществляется с помощью насоса. Естественная циркуляция происходит за счет разницы плотностей воды — горячая вода имеет меньшую плотность, поднимается вверх. Холодный теплоноситель обладает большей плотностью и стремится вниз.Отопление какое бывает: Основные виды отопления помещений | ГрейПей

Водяные системы отопления могут быть открытыми (сообщающимися с атмосферой) и закрытыми (герметичными, обладающих определенным внутренним давлением). Давление в закрытых системах поддерживается с помощью мембранных расширительных устройств (баков).

По источнику тепла системы этого типа делятся на два подвида:

  1. Автономные;
  2. Централизованные.

Централизованные системы отопления подключаются к магистральным трубопроводам теплоснабжающих организаций. По ним поставляется теплоноситель заданных параметров (температуры, давления). Регулирование показателей теплоносителя производится поставщиком в зависимости от температуры воздуха окружающей среды.

Автономные отопительные комплексы состоят из независимого источника теплоты (котла), трубопроводов и отопительных приборов. Источниками теплоты являются котлоагрегаты, работающие на следующих видах топлива:

  1. Природный газ;
  2. Твердое топливо — древесина, уголь и так далее;
  3. Электрическая энергия;
  4. Жидкое топливо — сжиженный газ, дизельное топливо и другие.Отопление какое бывает: Основные виды отопления помещений | ГрейПей

Выбор типа основного оборудования (котла) зависит от доступности тех или иных топливных ресурсов.

Система парового отопления помещений

Паровое отопление является специфической конфигурацией водяного отопления. В паровые котлы вода подается дозированно насосом с циклическим режимом работы. Определенный объем воды испаряется после нагрева с помощью газовой горелки или ТЭНа. Пар от котла поступает в трубопроводы отопления. Отдавая тепло через стенки приборов и труб, пар конденсируется, собирается в емкости конденсатосборников и возвращается снова в котлы.

Системы отопления для паровых котлов сооружаются только из металла. Паровые комплексы обладают высокой скоростью нагрева, пар разогревается до 170 градусов Цельсия.

Исходная вода для работы котла должна проходить подготовку — очистку от солей жесткости. Рабочие зоны котлов имеют высокие температуры, на их внутренней поверхности соли из неочищенной воды выпадают в осадок. Образуется слой, снижающий эффективность работы оборудования.Отопление какое бывает: Основные виды отопления помещений | ГрейПей

Паровые комплексы ввиду своей сложности применяются чаще всего на предприятиях и для производства пара для технологических нужд.

Комплекс воздушного отопления

Воздушное отопление входит в состав приточных систем вентиляции. Воздух из окружающей среды закачивается вентилятором, производится его нагрев в специальном устройстве — калорифере. Нагретый воздух распространяется по помещениям через сеть воздуховодов.

Нагрев в калориферах происходит за счет циркуляции в теплообменном аппарате теплоносителя (воды) от источника теплоты — автономного или централизованной сети. В случае отсутствия такой возможности в качестве нагревательного устройства используется ТЭН (трубчатый электрический нагреватель).

Воздушное отопление обладает рядом достоинств. Перед нагревом воздух проходит через фильтр, очищается от пыли и других примесей. Агрегаты приточной вентиляции могут оборудоваться дополнительными блоками для увлажнения воздуха, очистки от химических примесей, обеззараживания и так далее.Отопление какое бывает: Основные виды отопления помещений | ГрейПей Сеть воздуховодов располагают обычно в конструкции потолка — это экономит пространство в помещениях. Отсутствует вероятность протечек из оборудования, которым подвержены водяные схемы обогрева.

Недостатком воздушного нагрева является общий характер регулирования температуры воздуха, осуществляемый на основном блоке установки. Воздух распределяется по помещениям, имея равную температуру во всех зонах.

Способы электрического обогрева

Электрическое отопление реализует в своей работе принцип преобразования электрической энергии в тепловую. В качестве источника теплоты в этих схемах используется:

  1. Электрический котел;
  2. Отдельные нагревательные приборы.

Электрические котлы работают в системах водяного отопления, имеют общее строение со всеми системами на других видах топлива. Котлы, работающие на электроэнергии, не требуют для установки выполнения проекта, славятся экологической чистотой, не имеют побочных продуктов деятельности (дымовых газов, зольного остатка).Отопление какое бывает: Основные виды отопления помещений | ГрейПей

Отдельные приборы электрического отопления представлены различными устройствами:

  1. Электрические конвекторы;
  2. Тепловые воздушные завесы;
  3. Масляные радиаторы;
  4. Инфракрасные излучатели;
  5. Парокапельные нагреватели;
  6. Тепловентиляторы, тепловые пушки.

Модификации нагревателей выбираются исходя из условий эксплуатации, места применения, стоимости и другим показателям.

Отопление различными печами

Печное отопление обычно служит для обогрева небольших площадей или отсутствии возможности сооружения отопления другого вида. Работают печи на твердых типах топлива.

В этом виде отопления отопительным прибором является обычно сама печь. При сгорании топлива ее конструкция разогревается и отдает тепло воздуху. По этому принципу работают русские печи, буржуйки и так далее.

Иногда печи включаются в качестве источника тепла в системы водяного отопления. Ярким представителем, реализующим эту модификацию печного отопления, является печь-голландка.Отопление какое бывает: Основные виды отопления помещений | ГрейПей В нее встраивается металлический бак, в котором происходит нагрев воды. Печь этой модели отдает тепло и поверхностью своей конструкции.

Печи обслуживаются в ручном режиме, требуют сооружения дымовой трубы, склада топлива. При некачественном сгорании топлива в помещение может выделиться угарный газ. Достоинством печного обогрева является полная энергонезависимость.

(Просмотров 3 706 , 3 сегодня)

Рекомендуем прочитать:

Виды отопления многоэтажных домов | Квартиры от застройщика, строительство в Брянске


Виды отопления многоэтажных домов


Подавляющее большинство многоэтажных зданий нашей страны подключены к центральным котельным или ТЭЦ, такая система отопления называется централизованной. Существуют и другие виды систем отопления многоквартирных домов, которые могут быть как однотрубными, так и двухтрубными. Ознакомимся с видами систем отопления «многоэтажек», а также с их плюсами и минусами.Отопление какое бывает: Основные виды отопления помещений | ГрейПей


Централизованная система отопления


Чтобы отапливать целый жилой район строится ТЭЦ или устраивается одна мощная котельная, т.е. тепло вырабатывается не в отапливаемом здании, а за его пределами. Магистральные трубы доставляют тепло от вырабатываемого источника в тепловые центры, а затем уже в квартиры. Данный тип называется независимым, так как циркуляционные насосы позволяют дополнительно отрегулировать тепло-подачу. Также существует зависимый тип подачи, который производится напрямую с ТЭЦ.


Централизованное отопление можно назвать сложной инженерной системой, занимающей значительную площадь и обеспечивающей теплом одновременно большое количество объектов.


Основные структурные элементы централизованной системы:


-Источники тепло-энергии (ТЭЦ, крупная котельная, теплоэнергоцентраль). В котельной передача тепла производится с помощью воды, а в ТЭЦ воду превращают в пар, который имеет более высокие энерго-показатели.Отопление какое бывает: Основные виды отопления помещений | ГрейПей Его направляют в паровые турбины, где происходит выработка электроэнергии. В отработанном виде пар применяется для нагрева той воды, которая поступит в систему отопления многоэтажного здания для обогрева квартир.


-Теплосети – это сложные, разветвленные, протяженные системы трубопроводов, которые предназначены для доставки тепла к объектам. Они могут прокладываться наземным и подземным способом, но обязательно имеют теплоизоляцию. Обычно это две стальные трубы, одна для подачи, другая для отработанного теплоносителя.


-Потребитель тепла – это оборудование для отопления, которое устанавливается в многоквартирном доме.


Плюсы центральной системы отопления:


-Есть возможность использовать недорогие виды топлива.


-Такая система является надежной, так как обеспечивается регулярный контроль специальными службами, которые следят за ее работой и техническим состоянием.


-Применяется экологичное оборудование.Отопление какое бывает: Основные виды отопления помещений | ГрейПей


-Система имеет простые эксплуатационные характеристики.


Минусы централизованного отопления:


-Функционирование системы в соответствии со строгим сезонным графиком.


-Отсутствует возможность самостоятельно регулировать температуру приборов отопления.


-Система отопления подвергается частым перепадам давления.


-При транспортировке теплоносителя в многоэтажный дом происходит значительная потеря тепла.


-Немаленькая стоимость оборудования и монтажа.


Автономная система отопления или индивидуальное отопление.


Наряду с центральным в наше время можно встретить автономное отопление многоквартирных зданий, чаще всего это новостройки. Индивидуальное отопление подразумевает расположение котельной в отапливаемом доме, обычно размещается котельная в отдельном помещении, внутри или недалеко от самого здания, так как необходима регулировка температуры теплоносителя в системе отопления.Отопление какое бывает: Основные виды отопления помещений | ГрейПей


Индивидуальное отопление подразумевает установку котла в квартире. Монтаж котла, подводку газа и другого вспомогательного оборудования лучше доверить специалистам. Наиболее популярным на сегодняшний день является газовое отопление.


Плюсы газового отопления:


-Возможность оплачивать только то количество тепла, которое было использовано, а это позволяет сэкономить примерно 30%.


-Возможность регулирования температурного режима, не зависимо от отопительного сезона.


-В квартире с установленным газовым отоплением не возникнет проблема с отключением горячей воды летом, как это обычно случается.


Минусы индивидуальной системы отопления:


-Высокая стоимость оборудования.


-Возможны перебои с давлением газа.


-Траты на обслуживание газового котла, ремонт и очистку дымохода.


Крышная котельная.


Крышная котельная является автономным источником отопления, предназначенным для обогрева и горячего водоснабжения зданий.Отопление какое бывает: Основные виды отопления помещений | ГрейПей Такое название котельная получила так как располагается на крыше дома. Бывает два вида крышных котельных – стационарные (устанавливаются в момент строительства) и блочно-модульные (транспортируются и устанавливаются уже в собранном виде). Крышные котельные обеспечивают жильцов дома бесперебойным, безопасным и экономичным теплом и горячей водой.


Плюсы крышной котельной:


-Простые эксплуатационные характеристики.


-Низкие теплопотери.


-Нет потребности в дополнительных зданиях, которые обычно возводятся для отопительных целей.


-Полностью автоматизированная система, которая может функционировать круглогодично.


-Крышные котельные являются сравнительно недорогим и эффективным решением, которое позволяет экономить средства, так как отсутствуют затраты на монтажные работы и дополнительных сотрудников.


Минусов у крышной котельной нет, скорее это ограничения, которые указаны в «СНиПах»:


-Существуют ограничения на вес отопительного оборудования.Отопление какое бывает: Основные виды отопления помещений | ГрейПей


-Необходимо соблюдать требования газовой безопасности.


-Установка сложных автоматических систем.


-Противопожарный контроль.

Отопление частного дома тепловым насосом. Виды отопления дома без газа – Ventbazar.ua™

  Каждый владелец частного дома задает себе вопрос как рациональнее отопить свое жилье. Существует множество вариантов и способов отопления, начиная от традиционной печи и заканчивая современными пассивными домами, которые почти не требуют затрат энергии. Но что же выбрать? В этой статье мы постараемся ответить на вопрос, чем стоит руководствоваться для правильного выбора.

  Современные системы отопления нужно рассматривать как единое целое, где радиатор является продолжением котла и, пренебрегая этим принципом, мы рискуем получить дорогостоящее неэффективное решение.

  В типичном коттедже приборы отопления — это теплый пол и радиаторы. Когда в доме есть витражное остекление, частым является применение внутрипольных конвекторов.Отопление какое бывает: Основные виды отопления помещений | ГрейПей Нередким является объединение отопления и кондиционирования в одну систему с помощью тепловых насосов, что позволяет снизить общие капитальные затраты.

Варианты отопления частных домов – положительные и негативные стороны

   Множества существующих вариантов отопления частного дома можно условно разделить, как минимум на 4 вида по источнику энергии: газовое, электрическое, дровяное и отопление с использованием энергии солнца. В первую очередь вам нужно определиться, какое же отопление наиболее выгодный вариант для вашего дома. И уже отталкиваясь от этого решения начинать проектировать систему отопления. Мы расскажем о преимуществах и недостатках наиболее распространенных видах отопления.

Вариант №1: Газовый котел, стальные радиаторы и теплый пол

  Газовый котел в сочетании с радиаторами – это, фактически, классическая система. И многие, не зная о преимуществах других систем отопления, спешат покупать необходимое оборудования.Отопление какое бывает: Основные виды отопления помещений | ГрейПей

  Принцип такого отопления состоит в том, радиаторы рассчитываются на высокую температуру воды 80оС. Это позволяет  значительно уменьшить их в размерах. А для теплого пола происходит подмес воды из обратного трубопровода в подачу, чтобы понизить температуру до 45оС.

  Плюсы этого решения – это конечно же низкие затраты на покупку оборудования, но минусом можно назвать высокую стоимость подключения к газовым сетям. Кроме того, последние несколько отопительных сезонов подряд из-за повышения тарифа на газ, эта система отопления не по карману многим владельцам частных домов. Поэтому они все чаще начинают искать альтернативу газовому отоплению.

  Все оборудование для обогрева дома на нашем сайте в разделе Отопление>>

Вариант №2: Электрический котел, стальные радиаторы и теплый пол

  Основная проблема этого варианта то, что изначально предполагается радиаторная система отопления с газовым котлом. Но по ходу реализации объекта оглашается стоимость подключения к газу, и происходит поиск альтернативы.Отопление какое бывает: Основные виды отопления помещений | ГрейПей

  Когда же изначально есть желания максимально понизить капитальные затраты и использовать электрическую энергию, как основной источник тепла, более правильным будет сразу применять электрические конвектора или электрический теплый пол. Кроме того, можно применить тепловой насос и получить заодно систему кондиционирования, но об этом напишем чуть ниже.

Вариант №3: Дровяной или пеллетный котел, стальные радиаторы и теплый пол

   Безусловно, применение дров или пелет — первое, что приходит в голову, как альтернатива газу. И, бесспорно, у данного способа много плюсов, но не стоит забывать, что у всего есть обратная сторона.

  Из плюсов – это независимость от поставляющих энергию компаний. Вы сами влияете на качество топлива, потому как сами выбираете, что и где купить. На первый взгляд кажется, что низкие затраты на эксплуатацию и в целом система отопления не особо усложняется по сравнению с газовым или электрическим котлом. Но то, что вначале кажется отличным решением в дальнейшем подходит далеко не всем.Отопление какое бывает: Основные виды отопления помещений | ГрейПей

  • Базовое дешевое решение на основе твердотопливных котлов требует слишком активного участия владельца в процессе отопления дома. Пеллеты необходимо загружать в бункер минимум раз в неделю, дрова — минимум каждый день. Для пеллет возможным будет установка дополнительного бункера и системы подачи пелет, но нужно учесть, что залежавшиеся пеллеты набирают влаги и теряют свои свойства.
  • Если пеллеты или дрова не качественные, то резко падает КПД котла и образуется большое количество золы, которую нужно вывозить. Часть золы будет выдуваться через дымоход и оседать на крыше дома или территории участка, что потребует специального устройства фильтрации «циклон» на дымоходе.
  • Если котел потух, то необходимо вручную его заново разжигать. Что для пелет потребует дополнительно специальной горелки с автоматическим розжигом.
  • Так как регулировать в твердотопливных котлах тепловую производительность крайне проблематично, придется использовать аккумулирующие тепло емкости, что потребует места и дополнительных затрат.Отопление какое бывает: Основные виды отопления помещений | ГрейПей

  В итоге, если сложить вместе стоимости всех необходимых дополнительных аксессуаров, чтобы получить аналогичную легкую в использовании систему отопления, как с газовым или электрическимкотлом – то получается цена, выше стоимости твердотопливного котла в 2-3 раза.

Вариант №4: Гелиоколлекторы и солнечные батареи

  На этом варианте не стоит долго задерживаться. В условиях нашего климатического пояса солнечные батареи стоит использовать исключительно для электроснабжения.

  Когда речь касается применения гелио коллекторов для отопления, их количество становиться таким, что просто не хватает места для размещения.

  Летом наступает противоположная задача – куда-нибудь деть избыточное тепло, чтобы не перегреть систему, иначе оборудование может быстро выйти из строя.

Вариант №5: Тепловые насосы и теплый пол или фанкойлы — самое эффективное отопление


Этот вариант отопления лучше всего подходит для заново строящихся домов.Отопление какое бывает: Основные виды отопления помещений | ГрейПей Когда речь заходит о тепловом насосе – первой задачей стоит максимальная экономия на эксплуатации, это очень важный момент, про который не стоит забывать, так как это влияет всю нашу систему отопления.

  Тепловой насос – это низкотемпературный источник тепла. Прямо, как газовый конденсационный котел, и идеальным для него будет температура воды не превышающая 45оС. Отсюда вывод – радиаторы не наш вариант, потому что при таких параметрах они становятся просто гигантских размеров. Кроме того, тепловой насос может обеспечивать охлаждение нашего дома летом и будет расточительно не использовать эту его особенность. Идеальные приборы отопления для теплового насоса – это теплый пол и фанкойлы. Также можно использовать специальные настенные или потолочные панели, тем самым обеспечив себе абсолютно бесшумное отопление и кондиционирование.

  Принцип отопления тепловым насосом состоит в том, что он в отличие от газовых, дровяных или электрических котлов, не производит тепла.Отопление какое бывает: Основные виды отопления помещений | ГрейПей Тепловой насос переносит тепло из воздуха, воду или грунта в дом. Поэтому и разделяют три типа тепловых насосов: ‘воздух-воздух’, ‘воздух-вода’ и ‘воздух-грунт’. Более подробно о каждом из них читайте в этой статье.

  Благодаря перенесению тепла в дом эффективность работы такого оборудования в разы выше. Она составляет не 70-98%, а 300-500%. Существует даже специальный коэффициент СОР, который показывает, насколько хорош тепловой насос. СОР равный 5 значит, что с 1 кВт электричества тепловой насос произведет 5 кВт тепла.

  Покупка и внедрение теплового насоса в систему отопления — удовольствие не из дешевых. Однако, благодаря программе IQ ENERGY, вам вернут до 35% от суммы потраченной на покупку теплового насоса и его монтаж.



Что касается фанкойлов, то некоторые относятся к ним с неким предубеждением. Зря. Ведь это визуально фактически тот же внутренний блок обычного бытового кондиционера, просто работающего на обычной воде. К тому же это оборудование работает на отопление или охлаждение, а также подмес свежего воздуха и его очистка.Отопление какое бывает: Основные виды отопления помещений | ГрейПей Это очень эффективная установка для улучшения микроклимата в помещении. Если захотите узнать больше о принципе работы фанкойлов, рекомендуем почитат статью, в которой мы все подробно описали.

  В зависимости от способа крепления различают настенные, канальные, кассетные и универсальные фанкойлы. Последние могут монтироваться как на полу, так и на стене.

Кассетный фанкойл                                      Настенный фанкойл                                  Напольный фанкойл

Daikin FWF 02CT                                            Daikin FWT 02CT                                 MyCond Glass MCFG-380T2 B/W

                

Системы отопления на базе тепловых насосов

Схема автономной системы отопления в двухэтажном доме

  Главное преимущество теплового насоса (конечно, после экономии денег на отоплении) состоит в том, что его можно внедрить как в новую систему отопления на этапе строительства дома, так и в действующую. Но всегда помните, что этим должен заниматься профессионал.Отопление какое бывает: Основные виды отопления помещений | ГрейПей Поскольку в первую очередь нужно подобрать подходящую по производительности для вашего дома модель теплового насоса. Ведь только так, вы сможете быть уверены в результате.

Мы хотим проконсультировать Вас

 Три ‘да’ в пользу альтернативного отопления тепловым насосом:

1. Негазовое отопление позволяет сэкономить значительную сумму. Предлагаем самостоятельно просчитать окупаемость теплового насоса в вашем случае. Для этого воспользуйтесь формулами, опубликованными в статье ‘Окупаемость теплового насоса — формулы, сроки’.

2. Удобная эксплуатация. Вы сами можете регулировать температуру. При этом вам обеспечено отопление зимой и кондиционирование летом, а также наличии горячей воды в доме круглый год.

3. Интеграцияв любую систему отопления и возможность работать с теплым полом, фанкойлами и резервным газовым котлом. Есть даже возможность настроить все так, чтобы при пиковых нагрузках включался резервный котел.

Популярные модели тепловых насосов

MyCond MHCS 040 AHS                                                      Hitachi RWD-4.0 NWE-260S/RAS-4WHNPE                
                                                   
Mitsubishi Electric PUHZ-SHW80VHA                                           Vaillant Flexotherm Exclusive VWF197/4 400V

Вывод

  Перед будущим владельцем частного дома стоит нелегкий выбор оптимальной системы отопления. Чтобы принять верное решение необходимо учитывать множество факторов, многие из которых знают только специалисты. Поэтому наша команда инженеров по отоплению рекомендует обращаться к специалистам, которые смогут качественно помочь в этом нелегком выборе. (поверьте мы то знаем).

  Вы ведь не будете проводить сложную операцию на сердце самостоятельно без должных навыков, а обратитесь в больницу к хорошему врачу? Система отопления тоже своего рода сердце вашего дома, и чтобы он был уютным лучше сразу сделать все правильно. Или позвоните нам — и мы все сделаем за вас: проведем необходимые расчеты, проконсультируем в вопросе лучших брендов и моделей тепловых насосов, а также займемся монтажем оборудования в систему отопления для вашего дома.

  А пока вы думаете, стоит ли переходить на альтернативное отопление на базе теплового насоса, предлагаем ознакомиться со статьей ‘Отопление частных домов — 180м2 и 350м2 на базе тепловых насосов Hitachi Yutaki S (сплит)’. Здесь мы опубликовали уже реализованные проекты модернизации действующих систем отопления и интеграции в каждую из них теплового насоса специалистами нашей компании.

Интересные статьи на похожую тему:

Системы отопления. Виды и источники тепла. Особенности

Для поддержания положительной температуры в помещении применяются различные системы отопления. Выбор в пользу любой из них зависит от многих факторов, таких как специфика помещения, себестоимость установки, необходимая мощность, тип энергии, скорость нагрева.

Какие бывают системы отопления

Наиболее распространенными системами отопления являются:

  • Воздушные.
  • Водяные.
  • Комбинированные (смешанные).

Все они имеют свою специфику, поэтому наилучшим образом подходят под конкретные условия. Это не позволяет назвать, какая система является самой лучшей.

Воздушное отопление

Данные системы подразумевают прямой нагрев воздуха от источника тепла без использования теплоносителей. За счет перемешивания воздуха тепло постепенно распространяется по всему помещению. Это наиболее простая система. Она сравнительно не сложная в установке. Ее достоинством является быстрое поднятие температуры, как минимум на 15% быстрее, чем оборудованием жидкостного типа.

Нагревательным элементом такого оборудования может выступить котел, камин, печка, обогреватель. Воздушное отопление может быть местным или центральным.

Местное отопление наиболее простое. В качестве основного оборудования в нем может использоваться нагревательный прибор, работающий в результате сжигания газа, твердого топлива или электрическая установка. Монтаж и запуск электрических систем наиболее простой, поскольку не требуется оборудование для отвода дыма. Для местного отопления характерно, что чем дальше от единого источника тепла, тем холоднее. Такое решение рентабельно только в домах с площадью до 100 м².

Центральное воздушное отопление подразумевает комбинирование с системой вентиляции. То есть, обогрев выполняется не циркулирующего в помещении одного и того же воздуха, а свежего поступаемого с улицы. Поток из приточной вентиляции пропускается через отопительное оборудование и поступает в помещении теплым. Такая система менее экономична в плане потребления энергии, но она позволяет создать более здоровый микроклимат. Она исключает образование повышенной влажности, снижение уровня кислорода в помещении. Кроме этого нередко такие системы предусматривают применение воздушного фильтра. Это способствует поступлению чистого воздуха.

Водяные системы отопления

Они являются замкнутой и в разы сложнее. В ней предусматривается источник нагрева, от которого разветвляются трубы с радиаторами. По ним циркулирует вода или антифриз. Жидкость разогревается от нагревательного прибора и самотеком, или перекачивается циркуляционным насосом, поступает в радиаторы. Сами радиаторы располагаются в разных точках здания. От них нагревается воздух, при этом жидкость внутри охлаждается, и далее по кругу возвращается обратно к нагревателю, где снова подогревается.

Набор достаточной температуры воздуха в помещении с жидкостным отоплением произойдет позднее, в сравнении с воздушными системами. При этом температура во всех помещениях будет максимально одинаковой. Также отрегулировав радиатор можно уменьшать или увеличивать интенсивность прогрева в отдельных уголках здания, поддерживая везде разную комфортную температуру, пользуясь при этом общим источником тепла.

Система водяного отопления может быть с естественной или принудительной циркуляцией теплоносителя. Естественная циркуляция является менее эффективной в плане скорости разогрева радиаторов. В ней теплоноситель двигается естественным образом за счет свойства жидкости при нагреве поднимается вверх. За счет этого происходит ее перемешивание в трубах. Достоинство такой системы в том, что она полностью автономна.

Системы отопления с принудительной циркуляцией подразумевают наличие циркуляционного насоса. Он быстро прокачивает жидкость по кругу, позволяя более эффективно распределить температуру по всем помещениям здания. Однако недостаток этой системы: зависимость от электроэнергии.

Водяное отопление имеет ряд недостатков:
  • Сложность монтажа и обслуживания.
  • Большой промежуток времени между включением системы и обогревом помещения.
  • Высокая вероятность протечки.
  • Дороговизна установки и ремонта.
Варианты подключения радиаторов водяного отопления
В зависимости от варианта их подключения разделяют 3 основные системы:
  1. Однотрубные.
  2. Двухтрубные.
  3. Коллекторные.

Они отличаются по тому, сколько труб подходит к радиатору отопления. В однотрубной выполняется последовательное подключение. Как следствие радиатор стоящий первым в системе разогревается больше всего. Последний будет самым холодным. Чтобы компенсировать разницу температур, проводится корректировка размера радиаторов. Первый имеет меньше всего секций. За счет этого у него самая низкая площадь нагрева. У последнего радиатора больше всего ребер. За счет большей площади они даже при небольшой температуре поверхности отдают почти такое же количество тепла, как и узкий горячий радиатор.

Двухтрубная система подразумевается параллельное подключение радиаторов. Для этого к каждому из них подводится по 2 трубы. Это делает такой вариант подсоединения более дорогостоящим. Однако в двухтрубной системе можно ставить радиаторы одинакового размера. Они независимо от отдаленности будут давать одинаковое количество тепла.

Коллекторная система отопления подразумевает применение распределительных коллекторов. Они устанавливаются в магистрали и используются для разветвления потоков на отдельные батареи. Ее монтаж сопровождается перерасходом труб в сравнении с другими системами. При этом положительным моментом является возможность регулировки всех радиаторов в одном месте в точке расположения коллектора.

Водяные системы отопления позволяют разместить источник тепла вдали от радиаторов. В зависимости от того где он расположен, применяются разные способы разводки труб:
  • Верхняя.
  • Нижняя.
  • Вертикальная.
  • Горизонтальная.
Виды систем отопления в зависимости от источников тепла

Для функционирования системы отопления необходим источник тепла, который будет нагревать воздух или теплоноситель, циркулирующий в трубах. Существует масса вариантов такого источника, который позволяет получить тепло в результате потребления:

  • Твердого топлива.
  • Газа.
  • Жидкого топлива.
  • Электричества.
  • Альтернативных источников.

В качестве источника тепла работающего на твердом топливе могут выступать печки, камины, котлы.  Их работа заключается в сжигания внутри рабочей камеры топлива. Это могут быть дрова, уголь, брикеты. Во многих случаях такой вид топлива является самым доступным. Подобные системы автономны, поскольку для их работы не требуется электричество, водопровод. Главный их недостаток заключается в необходимости ручной загрузки топлива, а также надобности уборки золы, чистки сажи.

Газовые системы отопления работают на природном магистральном газе. Они одни из самых дешевых в плане потребления, однако их установка сопровождается необходимостью получения разрешительной документации. Кроме этого данное топливо является источником повышенной опасности. Система отопления на газу подойдет только при наличии газопровода.

Система на жидком горючем обычно подразумевает получение тепла за счет сжигания дизельного топлива. Это крайне нерентабельное отопление по причине дороговизны горючего. Однако оно отличается простотой обслуживания. Система подходит для удаленных загородных домов, где нет газа и проводного электричества, при этом оборудование на твердом топливе является неприемлемым. Котлы, работающие на жидком горючем, подразумевают подключение к магистрали с теплоносителем. По воздушному принципу они не работают, что вызвано требованиями безопасности. Котел на ДТ должен быть вынесен за пределы жилого помещения.

Отопление на электрической энергии является на сегодняшний день одним из самых перспективных, особенно для небольших помещений. Электроотопление может быть как воздушным, так и водяным. Наиболее простым является воздушное. Для установки такой системы необходимо просто расставить в каждое помещение по камину, калориферу, тепловентилятору или другому электроприбору.

Системы отопления на альтернативных источниках подразумевают использование геотермальной энергии или энергии солнца. В последнем случае используются солнечные коллекторы. Это часть системы выносится за пределы помещения на открытый участок, где напрямую контактирует с прямыми солнечными лучами. Данный элемент нагреваясь передает тепло в помещение. Солнечные коллекторы работают только днем. Их эффективность зависит от разности температур, а также продолжительности светового дня и облачности. Подобные системы недостаточно эффективны для полноценного обогрева, поэтому используются как дешевые вспомогательные, позволяющие снизить себестоимость отопления помещения.

Альтернативные системы отопления на геотермальной энергии работают почти также, как и аналог на солнечном коллекторе. Однако они берут тепло из грунтовой массы. Породы и грунт на глубине от поверхности имеет положительную температуру даже зимой. Подобные системы подразумевают закапывание под землю трубной магистрали с ее выходом в помещение. При продувании холодного воздуха из помещения через такую систему можно получить на выходе его более теплым. Нагреть воздух до +20°С таким источником невозможно, но геотермальная система не даст температуре стать отрицательной. Обычно такие системы используют больше для кондиционирования летом. Для отопления они применяются как вспомогательные.

Похожие темы:

В Италии разрешается включать отопление в домах на определенное время — Российская газета

Италия, на первый взгляд, кажется теплой страной, в которой можно безболезненно и с комфортом перезимовать. На деле зимой бывает холодно, но далеко не каждый житель Апеннин может позволить себе такую роскошь, как круглосуточное отопление. В большинстве домов зуб на зуб не попадает ввиду неподъемно высоких расходов на коммуналку и особых правил, действующих на итальянской территории.

В Италии отопление включается неравномерно. По правилам снабжения страна поделена на шесть климатических зон по средним температурным показателям. Для каждой из них прописано конкретное количество часов в сутки, во время которых позволяется включать батареи. Например, в сицилийском городе Палермо можно прогревать жилища с 1 декабря по 31 марта в течение максимум восьми часов в сутки, тогда как в Милане отопление в домах может работать с 15 октября по 15 апреля, но не более 14 часов в сутки. В исключительных ситуациях, когда температура за окном резко падает ниже установленного значения, муниципальные власти могут разрешить более раннее начало отопительного периода.

Правила также регулируют вопрос о допустимой максимальной температуре в жилых помещениях и офисах — она не должна превышать 20 градусов по Цельсию плюс-минус 2 градуса погрешности. В индустриальных помещениях и на производстве лимит составляет 18 градусов. Нарушителям может грозить штраф, поскольку именно эта температура считается на Апеннинах оптимальной для жизни и работы.

В голове итальянца никак не укладывается, что в доме может быть всегда +25, а то и больше. Отопление для них — это не только весьма больной вопрос, но и повод для гигантского стресса и финансового напряжения. С наступлением зимнего периода перед каждой среднестатистической семьей встает почти риторический выбор: платить за отопление каждые два месяца 250-300 евро либо добровольно превращаться в «капусту», надевая на себя дома чуть ли не шубу?

В голове итальянца никак не укладывается, что в доме может быть всегда +25, а то и больше

Для того чтобы не ставить итальянцев перед таким жестким выбором, многочисленные печатные и онлайн-издания щедро делятся разнообразными оригинальными лайфхаками на тему «как пережить зиму в Италии в тепле и не разориться на отоплении». Учитывая, что большинство итальянцев зимой не могут себе позволить в квартире температуру выше 15 градусов, им приходится следовать некоторым полезным советам и идти на разные ухищрения. Так, те, кто в не состоянии приобретать новомодные электрические матрасы, перед сном вынуждены разогревать постель феном для волос, чтобы потом бесстрашно нырнуть в нее, не испытывая неприятных ощущений. А утром, когда центральное отопление выключено, многие итальянцы придерживаются принципа «не бывает плохой погоды дома, бывает неподходящая одежда». Поэтому многие на Апеннинах расхаживают по дому, накрывшись огромными пледами. К счастью, в последнее время, аккурат к зиме, в местных магазинах появились пледы-жакеты, которые не стесняют движения. Среди хитов продаж этого года также лидируют специальные USB-тапочки с подогревом, которые заряжаются от компьютера. Для того, чтобы сэкономить на отоплении в те короткие часы, когда кондоминиум включает батареи, многие итальянцы используют самодельные алюминиевые или керамические панели, которые отражают тепло, либо чередуют согревающие помещения устройства, попеременно включая батареи и специальные термовентиляторы, которые не потребляют много энергии и нагревают квартиру за довольно короткий промежуток времени.

Двухтрубная система отопления

Виды двухтрубной системы отопления

Двухтрубная система отопления бывает как горизонтального, так и вертикального исполнения. Двухтрубная горизонтальная система отопления последнее время получает большое распространение, ввиду того, что многие новые здания имеют большую протяженность, а также не имеют простенков. Из-за внедрения панельно-каркасных конструкций и отсутствия простенков, размещать вертикальные стояки довольно затруднительно. Поэтому используется двухтрубная горизонтальная система, а стояки для ее ветвей размещают в различных дополнительных помещениях здания, например, в коридорах или лестничных клетках. В такой системе нагревательные приборы одного этажа подключают к единому стояку, в то время как в двухтрубной вертикальной системе отопления к единому стояку подключают нагревательные приборы разных этажей.
Двухтрубная вертикальная система отопления стоит несколько дороже, чем горизонтальная, поскольку здесь необходимо больше труб, а сам монтаж проводится дольше. Зато она исключает возможность образования воздушных пробок в нагревательных приборах, а также ее проще эксплуатировать, чем горизонтальную систему.

Другая классификация систем отопления касается направления течения теплоносителя. Существуют тупиковая двухтрубная система отопления и прямоточная. В тупиковой системе отопления прямая и возвратная вода текут в противоположных направлениях, тогда как в прямоточных системах направления прямой и возвратной воды совпадают.
Третья классификация говорит о циркуляции воды в отопительной системе. Отопительные системы с естественной циркуляцией используются только при строительстве небольших зданий, площадью не более 150 кв. м. Двухтрубная система отопления частного дома вполне может иметь естественную циркуляцию. Вода циркулирует под действием собственной плотности, поэтому трубы такой системы имеют большой диаметр, а прокладывают их под углом в горизонтальной плоскости. Недостатком подобной системы отопления является то, что они практически не поддаются регулировке, а плюсом – то, что они не зависимы от электроснабжения.
В больших зданиях используется двухтрубная принудительная система отопления, которая намного более эффективна, чем система с естественной циркуляцией. Тем не менее, она нуждается в электропитании, которое должно постоянно присутствовать. В такой системе используется циркуляционный насос, который позволяет монтировать трубы с небольшим диаметром и прокладывать их без уклона. Двухтрубная система отопления многоэтажного дома не может быть основана на принципе естественной циркуляции воды.

В одноэтажном доме часто используют однотрубные системы отопления. На самом деле, это не совсем правильный подход. Система должна обогревать все помещения даже в самые лютые морозы, а с подобной задачей лучше справляется двухтрубная система отопления. Двухтрубная система отопления одноэтажного дома имеет один существенный недостаток – она обойдется заказчику довольно дорого. Но на системе отопления средства лучше не экономить.

отопление газом, схемы отопления, выбираем газовый котел

Самым выгодным топливом для отопления частного дома является природный газ. Он доступен для всех и имеет невысокую стоимость. Отапливать дом газом намного выгоднее, чем электричеством. Если в вашей местности проведена газовая магистраль, то проблем с подключением газового отопления не возникнет. Есть несколько вариантов для отопления частного дома газом. Самым выгодным и популярным является газовый котел.

Если в вашем районе нет газовой магистрали, то можно использовать газовый баллон или газгольдер для отопления дома.

 Содержание:

  1. Отопление газом
  2. Выбираем газовый котел
  3. Схемы отопления
  4. Что необходимо для подключения газового отопления

Отопление газом

Первым делом при подключении отопительной системы в доме необходимо подумать о газе. Как он будет поступать в ваш дом. Не все районы оснащены газовой магистралью. Поэтому многие применяют газгольдеры. Такой вариант отлично подойдет для небольших домов. Но если у вас есть возможность подключения к газовой магистрали, такое отопление обойдется гораздо дешевле. Но если ваш дом находится далеко от магистрали, то выгоднее будет устройство газгольдера.

При применении газгольдера не стоит беспокоиться о давлении в трубе. Для проверки работы необходимо периодически вызывать специалистов. А также своевременно производить его заправку. Установить газгольдер можно за три дня.

Если вы подключились к газовой магистрали, то следует выбирать соответствующий котел. Производители газовых котлов выпускают специальные модели, которые рассчитаны на работу на магистральном природном газе. Но многие модели могут работать на двух разновидностей газа.

Выбираем газовый котел

Газовые котлы можно различать по многим показателям. Самым основным является мощность оборудования. Они бывают: большой мощности ( до 150000кВт), средней мощности (до 1700кВт) и малой мощности (до 65 кВт).

Газовые котлы с малой и средней мощность обычно используют для небольших частных домов, а оборудование с большой мощностью отлично подходит для промышленных зданий с большой площадью.

Также газовые котлы бывают одноконтурные и двухконтурные. Первые выполняют функцию обогрева дома, а вторые помимо отопления могут подогревать воду. Но обогревать двухконтурные котлы могут небольшое количество воды.

Выпускают специальные котлы, которые поддерживают температуры воды в бассейне.

В котлах есть два типа газовых горелок: вентиляционные и атмосферные. Первый тип горелки применяется чаще всего в промышленных зданиях, а атмосферные используют для отопления частных домов.

Газовые котлы бывают с принудительной и естественной тягой. Принудительная тяга не требует устройства дымохода, а выводит газа с помощью вентилятора. При использовании естественной тяги необходимо устроить дымоход.

Для отопления больших домов чаще применяют напольные котлы, которые обладают высокой мощностью и могут отапливать помещения с большой площадью. Они имеют высокую стоимость, но и срок службы такого оборудования довольно-таки высок. Настенные котлы более компактные и имеют невысокую мощность. Они менее долговечны и имеют невысокую стоимость.

Схемы отопления

Бывает два типа циркуляции: принудительная и естественная. В первом случае теплоноситель циркулирует при помощи насоса. А в естественной циркуляции теплоноситель движется за счет разницы плотности горячей и холодной воды.

Если вы самостоятельно собираетесь устроить отопительную систему в частном доме, то необходимо произвести расчет схемы отопления.

Не менее важным элементом является разводка отопления. Она бывает:

  1. Однотрубная. Такая разводка подходит для маленьких домов с небольшим количеством помещений. Так как при использовании однотрубной разводки температура в батареях будет разной.
  2. Двухтрубная. Устроить такую разводку не очень просто, но она отлично подходит для регулирования температурного режима в разных помещениях.

В первом варианте есть существенный недостаток: нижняя часть радиатора будет холоднее верхней. А если в доме более одного этажа, то на разных этажах радиаторы будут прогреваться неравномерно. Но при устройстве отопительной системы самостоятельно, установить такую разводку будет легко. При устройстве трубопровода затрачивается мало материалов. Решить проблему неравномерного прогревания батарей можно установив перемычки, а также увеличить число секций радиатора. Для быстрой циркуляции теплоносителя можно установить циркуляционный насос.

Естественная циркуляция будет работать эффективно, если котел установлен ниже, чем радиаторы отопления. Для того чтобы процесс циркуляции проходил нормально, необходимо устроить естественный наклон обратного и подводящего трубопроводов.

В искусственной циркуляции необходимо использовать насос. Установить такую систему просто, но она имеет несколько минусов:

  1. Радиаторы отопления прогреваются неравномерно.
  2. Образование воздушных пробок.
  3. Зависит от электричества.

Популярным вариантом разводки является ленинградская. В такой разводке отопительной системы в трубе, которая замкнута на котел, циркулирует вода. К ней подключают радиаторы отопления, через которые теплоноситель будет циркулировать параллельно к питающему контуру. Такая система отлично подходит для частного дома.

В двухтрубной разводке радиаторы отопления прогреваются равномерно. Но количество материалов на прокладывание труб намного больше, чем в однотрубной схеме. Регулировать каждый радиатор можно при помощи запорных вентилей.

Если газовый котел установлен в подвале, то для вашего дома отлично подойдет двухтрубная разводка с естественной циркуляцией.

Что необходимо для подключения газового отопления

Газификация и система отопления устраивается в частном доме в несколько шагов:

  • Создание проекта газового отопления, затем подтверждение его в соответствующих организациях.
  • Покупка газового котла и необходимых материалов.
  • Подключение вашего дома к газовым сетям.
  • Устройство газового котла.
  • Устройство системы трубопроводов и радиаторов.
  • Заполнить трубы теплоносителем.
  • Проверить работу системы при помощи пробного запуска.

Создать схему системы отопления самостоятельно не получится. Поэтому лучше воспользоваться услугами квалифицированных компаний. Следует тщательно рассчитать схему отопления. Ведь при использовании котла высокой мощности будет расходоваться лишнее топливо. А если вы выберете газовый котел низкой мощности, то ему придется работать на максимальной мощности, что приведет к износу оборудования, а следовательно срок службы оборудования уменьшится.

Читайте также:

Principles of Heating and Cooling

Понимание того, как тепло передается с улицы в ваш дом и от вашего дома к вашему телу, важно для понимания проблемы поддержания прохлады в вашем доме. Понимание процессов, которые помогают сохранять ваше тело прохладным, важно для понимания стратегий охлаждения вашего дома.

Принципы теплопередачи

Тепло передается к объектам и от них — например, к вам и вашему дому — посредством трех процессов: теплопроводности, излучения и конвекции.

Проводимость — это тепло, проходящее через твердый материал. В жаркие дни тепло попадает в ваш дом через крышу, стены и окна. Теплоотражающие крыши, изоляция и энергоэффективные окна помогут снизить теплопроводность.

Излучение — это тепло, распространяющееся в виде видимого и невидимого света. Солнечный свет — очевидный источник тепла для дома. Кроме того, низковолновое невидимое инфракрасное излучение может переносить тепло непосредственно от теплых предметов к более холодным.Благодаря инфракрасному излучению вы можете почувствовать тепло горячего элемента конфорки на плите даже через всю комнату. Старые окна позволят инфракрасному излучению, исходящему от теплых предметов снаружи, проникать в ваш дом; оттенки могут помочь заблокировать это излучение. Новые окна имеют низкоэмиссионные покрытия, которые блокируют инфракрасное излучение. Инфракрасное излучение также будет переносить тепло от стен и потолка прямо к вашему телу.

Конвекция — это еще одно средство для достижения тепла от ваших стен и потолка.Горячий воздух естественным образом поднимается вверх, унося тепло от стен и заставляя его циркулировать по всему дому. Когда горячий воздух проходит мимо вашей кожи (и вы вдыхаете его), он согревает вас.

Охлаждение вашего тела

Ваше тело может охладиться посредством трех процессов: конвекции, излучения и потоотделения. Вентиляция усиливает все эти процессы. Вы также можете охладить свое тело с помощью теплопроводности — например, некоторые автокресла теперь оснащены охлаждающими элементами, — но это, как правило, непрактично для использования в домашних условиях.

Конвекция возникает, когда тепло уносится от вашего тела через движущийся воздух. Если окружающий воздух холоднее вашей кожи, воздух поглотит ваше тепло и поднимется. По мере того, как нагретый воздух поднимается вокруг вас, более прохладный воздух движется, чтобы занять его место и поглотить больше вашего тепла. Чем быстрее движется конвекционный воздух, тем прохладнее вы чувствуете.

Излучение возникает, когда тепло распространяется через пространство между вами и предметами в вашем доме. Если предметы теплее, чем вы, тепло пойдет к вам.Удаление тепла через вентиляцию снижает температуру потолка, стен и мебели. Чем прохладнее ваше окружение, тем больше тепла вы будете излучать на предметы, а не наоборот.

Потоотделение может вызывать дискомфорт, и многие люди предпочли бы сохранять спокойствие без него. Однако в жаркую погоду и при физических нагрузках пот является мощным охлаждающим механизмом тела. Когда влага покидает поры кожи, она переносит с собой много тепла, охлаждая ваше тело.Если ветерок (вентиляция) пройдет по вашей коже, эта влага испарится быстрее, и вам станет еще прохладнее.

Отопление | процесс или система

Отопление, процесс и система повышения температуры замкнутого пространства с основной целью обеспечения комфорта обитателей. 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, масле 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 салона 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, поскольку 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 был простым отверстием в центре крыши, а затем поднимался прямо из камина, появился в Европе к 13 веку и эффективно устранял дым и испарения 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 комнате, а не пропускают вверх по дымоходу в виде горячих дымовых газов.

Центральное отопление, кажется, было изобретено в Древней Греции, но именно римляне стали лучшими 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.

Получите 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 выработки тепла; среда, транспортируемая по трубам или каналам 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, предполагает 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 конкретной обстановке. В рабочей атмосфере, в которой напряженная деятельность является нормой, человеческое тело выделяет больше тепла. В качестве компенсации поддерживается более низкая температура воздуха, позволяющая 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 людей, выполняющих тяжелую ручную работу.

При сгорании топлива углерод и водород реагируют с атмосферным кислородом с выделением тепла, которое передается из камеры сгорания в среду, состоящую из воздуха или воды. Оборудование устроено так, что нагретая среда постоянно удаляется и заменяется охлаждающей системой, то есть циркуляцией. 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 на природном газе 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, к которым особенно хорошо подходит газовое топливо и на которые 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, газ из обогревателей должен выводиться наружу. В местах, недоступных для трубопроводов природного газа, сжиженный нефтяной 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.

Какой тип теплопередачи имеет место в жидкостях и газах?

Передача тепла происходит за счет трех основных механизмов: теплопроводности, когда сильно колеблющиеся молекулы передают свою энергию другим молекулам с более низкой энергией; конвекция, при которой объемное движение жидкости вызывает потоки и водовороты, способствующие перемешиванию и распределению тепловой энергии; и излучение, когда горячее тело излучает энергию, которая может воздействовать на другую систему посредством электромагнитных волн.Конвекция и теплопроводность — два наиболее известных метода передачи тепла в жидкостях и газах.

Общая проводимость

Обычно проводимость возникает в твердых телах. В электрических плитах используется кондуктивный теплообмен, чтобы довести воду до кипения: тепловая энергия передается от горячей горелки к холодной кастрюле, в результате чего температура воды повышается. Проводимость происходит из-за вибрации молекул. В твердом веществе атомы, очень плотно расположенные в решетчатые структуры, имеют очень небольшую свободу передвижения в пространстве.Когда горелка нагревается, атомы в металле начинают вибрировать все быстрее и быстрее, поскольку их энергия увеличивается. Когда вы ставите холодную кастрюлю с водой на конфорку, вы создаете температурный градиент — место, куда попадает тепло. Поскольку энергия перетекает от горячих предметов к более холодным, вибрирующие атомы горелки передают часть своего тепла атомам, из которых состоит металл вашей кастрюли с водой. Это заставляет атомы горшка вибрировать, передавая свою энергию воде.

Электропроводность в газах и жидкостях

Электропроводность больше характерна для твердых тел, но в принципе она может — и происходит — в жидкостях и газах, но не очень хорошо.Поскольку молекулы жидкости обладают большей свободой движения, чем в твердых телах, вероятность того, что колеблющиеся молекулы столкнутся с другой и передадут энергию по жидкости, меньше. Фактически, воздух — такой плохой проводник, что его используют для изоляции домов. У некоторых энергоэффективных окон есть «воздушные промежутки» между ними, которые создают воздушный карман между внутренней частью дома и холодным наружным воздухом. Поскольку воздух не очень хорошо проводит тепло, больше тепла остается внутри дома, поскольку воздух затрудняет выход этой тепловой энергии наружу.

Конвекция

Конвекция на сегодняшний день является наиболее эффективным и распространенным способом передачи тепла через жидкости и газы. Это происходит, когда некоторые области жидкости становятся более горячими, чем другие, в результате чего в жидкости возникают токи, которые перемещают ее для более равномерного распределения тепла. Представьте себе дом зимой. Возможно, вы заметили, что на чердаке всегда очень тепло, а в подвале — прохладно. Это происходит потому, что когда воздух нагревается, он становится светлым и поднимается к потолку.Холодный воздух намного тяжелее и падает на пол. Когда горячий воздух движется к потолку, а холодный воздух падает, эти два типа воздуха сталкиваются и смешиваются, в результате чего тепло от теплого рукава передается более холодному воздуху и, таким образом, распределяется по комнате.

Излучение

Излучение возникает, когда тело становится достаточно горячим, чтобы излучать электромагнитную энергию. Солнце — классический пример лучистой теплопередачи: оно очень далеко в космосе, но достаточно горячее, чтобы вы могли почувствовать его тепло.Вы чувствуете это тепло из-за радиации, и даже в прохладный день солнце кажется теплым. Электромагнитная энергия может перемещаться через пустое пространство и может вызвать нагрев целевого объекта издалека. Радиационная теплопередача в жидкостях и газах обычно не происходит.

Технически говоря: принципы теплопередачи

Вы когда-нибудь задумывались, почему в вашем доме постоянно жаркие или холодные комнаты, которые невозможно охладить или нагреть? Ответ строительной науки — теплопередача.Теплообмен в доме сводится к двум законам термодинамики, которая представляет собой область науки, изучающую взаимосвязь между теплом и другими видами энергии.

Первый закон термодинамики гласит:

  • Энергия перемещается с места на место
  • Энергия переходит из одной формы в другую
  • Энергия не может быть создана или уничтожена

Второй закон термодинамики гласит:

  • Тепло движется от более теплого к более холодному
  • Воздух движется от более высокого давления к более низкому давлению
  • Влага переходит от более влажного к более сухому

Как законы термодинамики применяются в доме

Все мы знаем, что тепло движется, но обязательно ли оно «поднимается», Как нас всех учили в детстве? Не обязательно, потому что тепло может двигаться в любом направлении.Например, если у вас температура в жилом помещении 70 градусов, а в не кондиционированном подвале — 52 градуса, тепло в жилом пространстве будет двигаться вниз, поскольку тепло перемещается из более теплого помещения в более прохладное.

Теплообмен происходит тремя разными способами: теплопроводностью, конвекцией и излучением.

Подумайте о кондукции с точки зрения утреннего кофе: дымящаяся горячая жидкость помещается в бумажный стаканчик, который вы затем держите в руке. Без этого дополнительного картонного конверта ваша рука довольно быстро почувствует тепло.Это теплопроводность: передача тепла между соприкасающимися объектами.

Конвекция — это передача тепла при циркуляции жидкости или газа. Для этого типа теплопередачи требуется текучая среда, например воздух. Чтобы визуализировать это, представьте печь с горелкой и теплообменником. В печи также есть обработчик воздуха, который нагнетает воздух. Поскольку воздух холодный, а пламя горячее, тепло перемещается по воздуху, а теплый воздух проталкивается через воздуховоды в дом.

Наконец, излучение — это передача тепла от теплого объекта через пространство к более холодному объекту.Два объекта не должны соприкасаться для успешной теплопередачи. Лучистая теплопередача обычно является причиной дискомфорта в доме.

Как работает теплопередача в доме

Тепло перемещается по дому за счет теплопроводности, конвекции и излучения.

В холодный день:

  1. Конвекция заставляет теплый воздух в вашем жилом помещении подниматься вверх.
  2. Этот воздух перемещается через потолок на чердачный этаж. Если дом неплотный, тепло также будет перемещаться в чердачное пространство за счет конвекции.
  3. Тепло от мансардного этажа излучается на крышу.
  4. Тепло проходит через конструкцию крыши и выходит наружу.

В жаркий день:

  1. Солнечное тепло излучается на крышу.
  2. Тепло проходит через конструкцию крыши и излучается от крыши к чердачному этажу.
  3. Тепло от мансардного этажа к нижнему потолку.
  4. Тепло излучается к более прохладным поверхностям в вашем жилом помещении.

Важно знать, как тепло перемещается в доме, чтобы вы могли понять, что значит иметь дом с тепловыми потерями или с проблемой притока тепла.Если вы обнаружите, что зимой уровень снега на вашей крыше неравномерный (в одних местах голые места, в других скопился), то вы можете держать пари, что ваш дом теряет тепло из-за чердака. С другой стороны, если ваш счет за охлаждение резко возрастает летом и вам трудно удерживать тепло, возможно, ваш дом испытывает прилив тепла.

Физика тепловых потерь

Осень уже здесь. Дни становятся короче, и скоро вы будете откапывать эту зимнюю одежду.Но прежде чем вы включите термостат, чтобы приспособиться к более холодной погоде на улице, узнайте немного о том, как на самом деле работает отопление в вашем доме и как могут происходить потери тепла. Иногда единственный результат запуска термостата — это увеличение счета за электроэнергию, если ваш дом испытывает сильные потери тепла. Итак, узнайте, как тепло распространяется по вашему дому и что вы можете сделать, чтобы сохранить его там, где вы хотите.

Теплопроводность

По закону физики энергия всегда течет из более теплых областей в более холодные.Это называется проводимостью. Например, когда вы садитесь на стул, тепло перетекает от вашего тела к стулу.

Тогда, если вы встанете и через несколько минут дотронетесь до подушки стула, она станет теплой. Это происходит из-за движения молекул. Когда вы садились на стул, тепло вашего тела заставляло молекулы в кресле двигаться быстрее. Как только они начали двигаться, они ударяли другие молекулы поблизости, пока все молекулы около вершины сиденья не начали двигаться и передавать тепло по всему объекту.

Теплопроводность происходит только при прямом контакте с твердыми предметами. Примером этого в вашем доме может быть пол. Если у вас теплые полы или с подогревом, они помогут согреть любую мебель, ковры или другие предметы, соприкасающиеся с полом, что, в свою очередь, стабилизирует температуру, которую вы установили для своих комнат.

Тепловая конвекция

Когда мы передаем тепло воздуху или воде, это называется конвекцией. Так мы обогреваем наши дома. Наши источники тепла (печь, котел и т. Д.) отводят тепло в воздух, который затем удаляется от источника тепла в более прохладные области в комнате. Это явление называется конвекционным током.

Если ваша комната герметизирована должным образом, конвекционный поток будет работать в вашу пользу, чтобы нагреть вашу комнату быстро и уютно. Если у вас есть утечка воздуха наружу, произойдет конвективная потеря тепла, поскольку ваш теплый воздух будет стремиться выйти в сторону холодного. Это может произойти из-за утечки воздуха вокруг окон, дверей, полов, потолков и стен.

Тепловое излучение

Третьей формой теплопередачи является излучение, при котором горячий объект испускает инфракрасное излучение со скоростью света.Излучение поглощается всем, что находится поблизости, более холодным, чем горячий объект. Это поглощение вызывает повышение температуры, не нагревая воздух между горячими и холодными предметами.

Вы можете почувствовать тепловое излучение, если поднесете руку к плите или электрическому обогревателю. В вашем доме тепловое излучение часто теряется через стену сразу за радиатором, если эта стена не изолирована.

Самостоятельные исправления основных форм потери тепла в доме

Если в вашем доме не поддерживается надлежащее состояние для сохранения тепла в помещении, вашим обогревателям придется работать намного больше и дольше, чтобы согреть вас.Это приведет к пустой трате энергии и денег. Итак, если вы хотите сделать что-то хорошее для вашего кошелька и окружающей среды, проверьте свой дом, чтобы узнать, как уменьшить потери тепла.

  1. Начните с поиска утечек воздуха возле окон, дверей, полов, стен и потолка. Если вы чувствуете или видите сквозняки, идущие вокруг, например:
  • вентиляционные отверстия
  • электрические розетки
  • оконные рамы
  • дверные рамы
  • плинтусы
  • встроенное освещение

нанесите герметик или герметизирующую прокладку для герметизации утечки .

  1. Обязательно закройте заслонку дымохода, чтобы она не действовала как открытое окно, всасывая воздух вверх и наружу через дымоход. Вы можете потерять до 30% тепла через открытую заслонку.
  2. Если у вас есть неотапливаемый чердак, на который можно попасть по складной лестнице, проверьте края проема на предмет утечки теплого воздуха на (холодный) чердак из (поджаренного) дома. Легкий тест — включить свет на чердаке, закрыть дверь снизу и поискать блики вокруг проема. Видимый свет означает, что есть место для выхода теплого воздуха.Закройте эти места уплотнением, чтобы сохранить тепло там, где ему нужно.
  3. Подумайте о дополнительной изоляции, чтобы сохранить еще больше тепла внутри. Начните с настенных ковров, толстых штор и ковров. Примените двойное остекление к окнам, и если вы хотите взять на себя более крупный проект, добавьте лучшую изоляцию к вашим стенам и чердаку. Но не забудьте проверить отсутствие утечек воздуха, прежде чем браться за какие-либо дорогостоящие проекты. Небольшой ковер, герметик и герметик имеют большое значение для сохранения тепла и снижения счетов за электроэнергию.

По вопросам установки и обслуживания энергоэффективного оборудования для отопления и охлаждения обращайтесь к опытному подрядчику HVAC.

Тепловые системы — НАСА Марс

Тепловая подсистема поддерживает нужную температуру во всех частях космического корабля. Это может показаться простым, но оказывается, что это не так. Солнце нагревает одну сторону космического корабля, а черное пространство с другой стороны отводит тепло. Таким образом, горячая сторона на сотни градусов горячее, чем холодная.Кроме того, части космического корабля, использующие электроэнергию, будут выделять тепло внутри и сильно нагреваться. Теперь, на Земле, когда в вашем доме становится слишком жарко, вы можете охладить вещи с помощью вентиляторов или кондиционеров. Или, когда становится слишком холодно, включаешь печь. Все эти методы работают, добавляя или отнимая тепло от воздуха, а затем перемещая его (это называется конвекцией). В космосе нет воздуха, поэтому конвекция не работает. Другие физические процессы — теплопроводность и излучение — необходимо использовать для перемещения тепла по космическому кораблю и, в конечном итоге, избавления от излишков.

Электропроводность — это процесс, при котором тепло перемещается через вещества и между веществами, которые находятся в контакте, такими как вода в бассейне и ваша кожа или холодные металлические перила и ваша рука. Тепло перемещается вокруг космического корабля в основном за счет теплопроводности (в меньшей степени также за счет излучения).

Радиация, или, точнее, электромагнитное излучение, включает в себя все, от рентгеновских лучей до солнечного света и радиоволн. Наши глаза чувствительны только к очень небольшой части этого спектра, которую мы называем видимым светом.Тепло, которое вы чувствуете на лице, когда приближаетесь к огню, является результатом инфракрасного излучения, которое представляет собой тип электромагнитного излучения, находящегося за пределами диапазона ваших глаз. Единственный способ, которым космический корабль действительно может поглотить или избавиться от тепла, — это электромагнитное излучение.

Mars Reconnaissance Orbiter использует несколько методов на основе проводимости и излучения для контроля температуры:

Радиаторы

Некоторые материалы лучше других выделяют инфракрасное излучение при нагревании.Для компонентов, которые в противном случае были бы слишком горячими, к ним можно прикрепить пластину из такого материала и открыть пространство. Тепло, генерируемое компонентом, передается радиатору за счет теплопроводности и, наконец, в космос за счет излучения.

Покрытия поверхностей

Эти покрытия изменяют способ взаимодействия излучения с объектом. Поверхностные покрытия, часто имеющие форму специальной краски, определяют, сколько тепла поглощается, излучается или отражается от внешних источников тепла.Повседневный пример — белая одежда, которую предпочитают жители пустыни. Белый имеет тенденцию отражать больше тепла, чем поглощать, и поэтому хорошо подходит для защиты владельца от солнечного тепла.

Многослойная изоляция или тепловые одеяла

Сделанные из нескольких слоев майлара или подобных материалов, эти одеяла образуют защитный слой вокруг большей части космического корабля. Они сохраняют тепло, а также включают в себя различные покрытия поверхности с описанными выше преимуществами. Кстати, они также обеспечивают некоторую защиту от ударов микрометеороидов, образуя своего рода бронежилет для космического корабля.

Обогреватели

Это просто провод, который из-за своего сопротивления потоку электричества выделяет тепло при прохождении через него тока. Проволока приклеивается непосредственно к деталям, которые необходимо согреть, и нагревает их за счет теплопроводности. Термостат, аналогичный домашнему, включает электрический ток, подаваемый на обогреватель, только тогда, когда температура падает ниже заданного значения. Для работы обогревателей в различных частях космического корабля используется до 300 Вт мощности.

Теплопередача — Урок — TeachEngineering

Быстрый просмотр

Оценка Уровень: 9
(9-11)

Требуемое время: 15 минут

Зависимость урока: Нет

Тематические области:
Физические науки, физика, решение проблем

Подпишитесь на нашу рассылку новостей

Резюме

Учащиеся изучают теплопередачу и энергоэффективность в контексте энергоэффективных домов.Они получают четкое представление о трех типах теплопередачи: излучении, конвекции и теплопроводности, которые подробно объяснены и связаны с реальным миром. Они узнают о многих способах использования солнечной энергии в качестве возобновляемого источника энергии для сокращения выбросов парниковых газов и эксплуатационных расходов. Студенты также изучают способы, которыми устройство может использовать методы теплопередачи для получения положительного результата. Им даются инструменты для расчета теплопередачи между системой и ее окружением.

Инженерное соединение

Передача энергии, в частности передача тепловой энергии, является фундаментальной областью изучения для всех инженеров. Радиация делает Землю пригодной для жизни людей и обеспечивает нас возобновляемой солнечной энергией. Конвекция — это основа механики движения воздуха в зданиях и воздухообмена в типичном доме. Электропроводность позволяет нагреть кастрюлю емкостью 5 галлонов до ручки всего от единственного пламени под ней.Практически неограниченные формы теплопередачи очевидны повсюду в нашем мире, и их важность очень важна, особенно в области техники. Например, при проектировании системы вентиляции здания инженеры учитывают теплопередачу здания в окружающую среду, а также внутреннюю теплопередачу. Точно так же они выбирают материалы, которые либо минимизируют, либо максимизируют передачу тепла через определенные компоненты, чтобы оптимизировать эффективность.

Цели обучения

После этого урока учащиеся должны уметь:

  • Подробно объясните три типа теплопередачи и приведите примеры каждого из них.
  • Объясните, почему одни материалы лучше других передают тепло.
  • Примените то, что они узнали о теплопередаче и материалах, к реальным проблемам.

Образовательные стандарты

Каждый урок или мероприятие TeachEngineering соотносится с одним или несколькими научными дисциплинами K-12,
образовательные стандарты в области технологий, инженерии или математики (STEM).

Все 100000+ стандартов K-12 STEM, охватываемых TeachEngineering, собираются, поддерживаются и упаковываются Сетью стандартов достижений (ASN),
проект D2L (www.achievementstandards.org).

В ASN стандарты иерархически структурированы: сначала по источникам; например, по состоянию; внутри источника по типу; например, естественные науки или математика;
внутри типа по подтипу, затем по классу и т. д.

Международная ассоциация преподавателей технологий и инженерии — Технология
  • Согласование технологических процессов с естественными процессами максимизирует производительность и снижает негативное воздействие на окружающую среду.(Оценки
    9 —
    12)

    Подробнее

    Посмотреть согласованную учебную программу

    Вы согласны с таким раскладом?

    Спасибо за ваш отзыв!

  • Энергетические ресурсы могут быть возобновляемыми или невозобновляемыми.(Оценки
    9 —
    12)

    Подробнее

    Посмотреть согласованную учебную программу

    Вы согласны с таким раскладом?

    Спасибо за ваш отзыв!

ГОСТ
Колорадо — наука
  • Сбор, анализ и интерпретация данных о химических и физических свойствах элементов, таких как плотность, точка плавления, точка кипения и проводимость.
    (Оценки
    9 —
    12)

    Подробнее

    Посмотреть согласованную учебную программу

    Вы согласны с таким раскладом?

    Спасибо за ваш отзыв!

  • Используйте прямые и косвенные доказательства для разработки и поддержки утверждений о сохранении энергии в различных системах, включая преобразование в тепло.
    (Оценки
    9 —
    12)

    Подробнее

    Посмотреть согласованную учебную программу

    Вы согласны с таким раскладом?

    Спасибо за ваш отзыв!

Предложите выравнивание, не указанное выше

Какое альтернативное выравнивание вы предлагаете для этого контента?

Больше подобной программы

Что такое тепло?

Учащиеся узнают об определении тепла как формы энергии и о том, как оно существует в повседневной жизни.Они узнают о трех типах теплопередачи — теплопроводности, конвекции и излучения, а также о связи между теплом и изоляцией.

Что популярно, а что нет?

С помощью простых демонстрационных упражнений под руководством учителя учащиеся изучают основы физики теплопередачи посредством теплопроводности, конвекции и излучения.Они также узнают о примерах нагревательных и охлаждающих устройств, от печных поверхностей до автомобильных радиаторов, с которыми они сталкиваются в своих домах, с …

Насколько жарко?

Студенты узнают о природе тепловой энергии, температуре и о том, как материалы накапливают тепловую энергию. Они обсуждают разницу между проводимостью, конвекцией и излучением тепловой энергии, а также полные действия, в которых они исследуют разницу между температурой, тепловой энергией и…

Теплопередача: в этом нет ничего волшебного

Студенты изучают научные концепции температуры, тепла и передачи тепла посредством теплопроводности, конвекции и излучения, которые иллюстрируются сравнением с магическими заклинаниями, найденными в книгах о Гарри Поттере.

Предварительные знания

Базовое представление об изоляторах и проводниках.

Введение / Мотивация

, авторское право

© Корпорация Microsoft, 2004, One Microsoft Way, Редмонд, Вашингтон, 98052-6399, США. Все права защищены.

Каждый день тепловая энергия Солнца проходит через 91 миллион миль (146 миллионов км) пустого пространства до Земли. Энергия солнца является движущей силой всех жизненных систем, существующих на нашей планете сегодня. Если бы не было способа передать эту энергию от Солнца к Земле, у нас были бы большие проблемы.И это только один пример того, почему передача тепловой энергии так важна для людей. Без способа передачи этой тепловой энергии Земля не была бы такой, какой она является сегодня. Солнечная энергия излучается к нам в виде тепла и видимого света. И это преобладающий источник возобновляемой энергии, используемый сегодня во всем мире.

Физика, лежащая в основе передачи тепловой энергии, объясняет, как мы можем использовать возобновляемую энергию солнца и преобразовывать ее в энергию, которую мы можем использовать в нашей повседневной жизни.Передача тепла между веществами при разных температурах происходит тремя разными способами: теплопроводностью, конвекцией и излучением. Все три являются частью нашего повседневного опыта. Электропроводность — это передача тепла через определенный материал, например, тепло, проходящее через металлический горшок, нагреваемый на плите. Конвекция — это передача тепла через жидкость, такую ​​как вода или воздух, а не через материал. Вы можете испытать это, лежа на полу дома. Воздух внизу прохладнее, правда? Это связано с тем, что более теплый воздух поднимается к потолку, а прохладный воздух остается позади, низко к земле.Ситуации, в которых тепло передается через текучую среду (воздух), являются примерами конвекции. Радиация — это энергия, которая излучается или передается в форме лучей, волн или частиц. Повседневный пример этого — тепло, которое вы ощущаете на своей коже от солнечного света.

Изоляция и проводимость

, авторское право

© Корпорация Microsoft, 2004, One Microsoft Way, Редмонд, Вашингтон, 98052-6399, США. Все права защищены.

Почему одни материалы на ощупь холоднее других? Это не обязательно потому, что один материал имеет более низкую температуру.Скорее, это потому, что одни материалы являются лучшими проводниками, чем другие. Это в основном означает, что они лучше переносят тепловую энергию через себя. Например, кафельный пол кажется вам холоднее босиком, чем ковровое покрытие (при той же температуре), потому что плитка передает тепловую энергию от вашей ноги намного быстрее, чем ковер. Материалы с плохой проводимостью — это те материалы, которые мы используем для изоляции, чтобы максимально ограничить передачу тепла. С другой стороны, такие металлы, как медь, обеспечивают оптимальную передачу тепловой энергии и полезны при попытке быстрее нагреть что-либо.

(Демонстрация учителя: поставьте стакан с водой на горелку Бунзена и доведите воду до кипения. Поместите кусок медной трубки в воду так, чтобы один конец торчал наружу. Задайте ученикам следующий вопрос.) Можете ли вы определить все три формы теплопередачи в этой демонстрации? (Ответ: Конвекция возникает, когда вода передает тепло через себя [холодная вода падает, а горячая вода поднимается внутри стакана]. Тепло передается по медной трубе от погруженного конца к открытому концу.Тепло излучается от горелки и наружу от химического стакана [продемонстрировать, держа руки близко к химическому стакану, фактически не касаясь его].

Предпосылки и концепции урока для учителей

Проводимость: Передача энергии путем проводимости возможна из-за кинетической энергии, возникающей в результате столкновений между атомами и молекулами в веществе. По мере передачи тепловой энергии более горячие молекулы обладают более высокой кинетической энергией и сталкиваются с более холодными, тем самым увеличивая энергию более холодных молекул.Этот процесс продолжается во всем веществе до тех пор, пока не будет достигнуто тепловое равновесие. Различные материалы передают тепло с разной скоростью — в зависимости от их конкретных свойств. Скорость, с которой материал передает тепловую энергию через себя, называется его теплопроводностью. Противоположным этому термину является термическое сопротивление, которое измеряет способность материала сопротивляться передаче тепла. Материалы изолятора измеряются с точки зрения теплового сопротивления, а не теплопроводности.

Теплопроводность: Теплопроводность — это количество тепла, передаваемого в течение определенного времени через толщину материала в направлении, перпендикулярном (перпендикулярном) поверхности площади.Обратитесь к практическому заданию, связанному с проектированием, Солнечный водонагреватель, чтобы проиллюстрировать эту концепцию на реальном примере. Теплопроводность можно измерить математически, используя следующее уравнение:

Конвекция: Конвекция — это передача тепла через текучую среду, такую ​​как вода или воздух. Например, когда воздух нагревается, он становится менее плотным, чем окружающий воздух, заставляя его подниматься и уносить с собой свою тепловую энергию. Более прохладный воздух опускается в воздух из-за его более высокой плотности.Тепло, передаваемое конвекцией, течет из областей с более высоким давлением в области с более низким давлением, что является причиной погодных условий, которые мы наблюдаем каждый день.

Радиация: Радиация — это тепло, излучаемое в форме лучей или волн. Эта передача энергии происходит с помощью волн, которым не требуется среда для перемещения. Радиация — это то, как солнечное тепло достигает нас после путешествия через в основном пустое пространство. Энергия излучения передается в основном в виде инфракрасного света, но иногда это также и видимый свет.

Испарение: Когда атомы или молекулы жидкости (например, воды) подвергаются воздействию значительного объема газа, они имеют тенденцию самопроизвольно переходить в газообразное состояние или испаряться. Это происходит потому, что молекулы около поверхности жидкости постоянно движутся во всех разных направлениях со случайными скоростями и сталкиваются друг с другом. Во время этих столкновений несколько молекул получают достаточно кинетической энергии, чтобы толкнуть их выше точки кипения воды, заставляя их испаряться и превращаться в водяной пар.Но у большинства молекул для этого недостаточно энергии, поэтому жидкости не превращаются мгновенно в пар. Кипячение воды значительно увеличивает энергию молекул, что, в свою очередь, ускоряет процесс испарения.

Охлаждение путем испарения: Когда жидкая вода испаряется, тепло передается от более высокой температуры воздуха (посредством конвекции) к более низкой температуре воды, охлаждая воздух. Можно подумать, что температура воды будет повышаться до тех пор, пока не будет достигнуто тепловое равновесие между воздухом и водой, но этого не происходит.Поскольку для испарения воды в первую очередь требуется энергия, тепло, которое передается воде, в конечном итоге используется для облегчения процесса испарения. Таким образом, температура воды остается ниже температуры воздуха. Процесс испарительного охлаждения продолжается до полного насыщения воздуха или до 100% относительной влажности. Однако по мере увеличения относительной влажности воздуха процесс становится менее эффективным, так как меньше воды может испаряться. Обратитесь к соответствующему занятию «Охладитель болота», чтобы получить практическую иллюстрацию дизайна, где группы студентов проектируют и создают устройства испарительного охладителя (охладители болота), чтобы узнать о процессе, который охлаждает воду во время испарения воды.

Сопутствующие мероприятия

Закрытие урока

Передачи энергии постоянно происходят и повторяются повсюду вокруг нас. Некоторые инженеры изучают методы передачи энергии, потому что они проектируют механические системы, которые производят энергию, необходимую для поддержания комфорта и хорошего качества воздуха в зданиях. Некоторыми примерами таких систем являются охладители болот, кондиционеры и системы водяного или воздушного отопления.

Мы узнали, что тепло может передаваться тремя разными способами. Кто они такие? (Ответ: проводимость происходит за счет вибрации молекул внутри материала, конвекция происходит через воздух или воду, а излучение происходит через лучи, волны или частицы, переносящие энергию.) Используя различные материалы, мы можем либо максимизировать теплопередачу (с высокой проводимостью), либо максимально предотвратить это (используя изоляторы). Знание этого о материалах полезно при разработке всех видов вещей, которые мы используем каждый день.Как мы видим, что материалы используются, потому что они хорошие проводники или хорошие изоляторы? (Возможные ответы: проводники, такие как кастрюли с медным дном и стальные радиаторы. Изоляторы, такие как термокофемашина, прихватки для духовки или стены в вашем доме.)

Инженеры применяют свои знания о принципах теплопередачи при разработке многих продуктов для использования людьми. Они также используют концепции теплопередачи для изучения новых технологий, которые используют возобновляемые ресурсы и менее разрушительны для окружающей среды, что помогает всем нам.Понимание того, как передается энергия, открывает безграничные возможности для инженерных решений.

Словарь / Определения

проводимость: передача тепла через вещество путем прямого контакта атомов или молекул.

конвекция: передача тепла путем циркуляции газа (например, воздуха) или жидкости (например, воды).

излучательная способность: разница между количеством поглощаемого тепла и количеством тепла, отражаемым объектом.Чем ниже коэффициент излучения, тем меньше тепла поглощается и тем больше тепла отражается. Эта способность сильно зависит от цвета; черные предметы поглощают больше тепла, чем белые.

испарение: процесс, при котором атомы или молекулы в жидком состоянии получают достаточно энергии, чтобы стать газом или паром.

парниковые газы: газы, которые задерживают солнечное тепло в атмосфере земли, вызывая парниковый эффект. Двумя основными парниковыми газами являются водяной пар и двуокись углерода.

излучение: тепло излучается в виде лучей или волн (например, солнечных лучей).

возобновляемая энергия: энергия, вырабатываемая из неограниченных, быстро восполняемых или возобновляемых естественным образом ресурсов, таких как энергия ветра или солнца.

солнечная энергия: энергия, полученная от солнца в форме солнечного излучения.

Удельная теплоемкость: количество тепла, которое должно быть добавлено или удалено из единицы массы этого вещества, чтобы изменить его температуру на один градус.

теплопроводность: скорость, с которой материал передает тепловую энергию через себя.

тепловое равновесие: состояние, в котором все части системы имеют одинаковую температуру.

тепловое сопротивление: скорость, с которой материал сопротивляется передаче тепла через себя.

Оценка

Оценка перед уроком

Групповое обсуждение: спросите учащихся и обсудите в классе:

  • Почему важно понимать, как энергия передается через определенную среду (например, воздух или воду)? (Ответ: если мы сможем понять, как передается тепло, мы сможем использовать это понимание для создания более эффективных и более логичных систем.)

Оценка после введения

Групповое обсуждение: спросите учащихся и обсудите в классе:

  • Какое значение имеет выбор материала при выборе трубы для системы горячего водоснабжения? (Ответ: Важно выбрать трубу с высокой теплопроводностью (например, медь), чтобы тепло передавалось очень быстро и с минимальными потерями.)

Итоги урока Оценка

Размышления о концепции / Написание дневника: попросите учащихся поразмышлять о принципах теплопередачи и напишите в дневнике свои мысли.Спросите у студентов:

  • Как мы можем извлечь выгоду из принципов теплопередачи, чтобы улучшить наш образ жизни? (Ответы могут быть разными. Пример ответа: анализируя теплопередачу, мы можем найти проблемные области в системе, а затем решить их, что приведет к оптимизации ресурсов. Экспериментируя с новыми средами и материалами, мы добиваемся прогресса в совершенствовании технологий. для всеобщего блага.)

Мероприятия по продлению урока

Предложите учащимся выяснить, какая система водяного отопления есть в их доме, а затем исследовать преимущества и недостатки этого типа системы.

Дополнительная поддержка мультимедиа

Посмотрите великолепные анимации и примеры всех трех типов теплопередачи на этом веб-сайте Висконсинского центра онлайн-ресурсов: http://www.wisc-online.com/objects/index_tj.asp?objID=SCE304.

Рекомендации

План факультета алгебры 1. Математика средней школы Лексингтона, Лексингтон, Массачусетс.По состоянию на 5 февраля 2008 г. http://lps.lexingtonma.org/site/default.aspx?PageType=3&ModuleInstanceID=1574&ViewID=7b97f7ed-8e5e-4120-848f-a8b4987d588f&RenderLoc=0&FlexDataID=111353&PageID=

Испарение. Последнее обновление 5 декабря 2007 г. Википедия, Бесплатная энциклопедия, Wikimedia Foundation, Inc., дата обращения 5 февраля 2008 г. http://en.wikipedia.org/wiki/Evapuration

Теплообмен. Последнее обновление 9 октября 1999 г. Теоретическая физика, Виннипегский университет, Канада.По состоянию на 5 февраля 2008 г. http://theory.uwinnipeg.ca/mod_tech/node74.html

Глоссарий терминов передачи сосков. eFunda, Основы инженерного дела. По состоянию на 5 февраля 2008 г. http://www.efunda.com/formulae/heat_transfer/home/glossary.cfm

Джарвис, Лори и Деб Симонсон. Теплообмен: теплопроводность, конвекция, излучение. Общественный колледж Фокс-Вэлли, Центр онлайн-ресурсов Висконсина (Консорциум WISCONLINE.ORG). По состоянию на 5 февраля 2008 г. http: // www.wisc-online.com/objects/index_tj.asp?objID=SCE304

Авторские права

© 2007 Регенты Университета Колорадо.

Авторы

Лэндон Б. Геннеттен; Лорен Купер; Малинда Шефер Зарске; Дениз В. Карлсон

Программа поддержки

Комплексная программа преподавания и обучения, Инженерный колледж, Университет Колорадо в Боулдере

Благодарности

Содержание этой электронной библиотеки было разработано в рамках Комплексной программы преподавания и обучения в рамках гранта GK-12 Национального научного фонда.0338326, и программа обучения открытий в колледже инженерии и прикладных наук CU-Boulder. Однако это содержание не обязательно отражает политику Национального научного фонда, и вам не следует предполагать, что оно одобрено федеральным правительством.