Большинство домохозяйств в Северной Америке зависят от центральной печи для обеспечения тепла. Печь работает, продувая нагретый воздух через воздуховоды, которые доставляют теплый воздух в комнаты по всему дому через воздушные регистры или решетки. Этот тип системы отопления называется канальной или принудительной системой распределения теплого воздуха. Он может работать на электричестве, природном газе или мазуте.
Внутри газовой или жидкотопливной печи топливо смешивается с воздухом и сжигается. Пламя нагревает металлический теплообменник, в котором тепло передается воздуху. Воздух проталкивается через теплообменник вентилятором топки «обработчика воздуха», а затем нагнетается по воздуховоду после теплообменника. В топке продукты сгорания выводятся из здания через дымоход. Старые «атмосферные» печи выбрасывали воздух прямо в атмосферу и тратили впустую около 30% энергии топлива только на то, чтобы выхлоп оставался достаточно горячим, чтобы безопасно подниматься по дымоходу. Современные печи с минимальной эффективностью значительно сокращают эти потери за счет использования «нагнетательного» вентилятора для протягивания выхлопных газов через теплообменник и создания тяги в дымоходе. «Конденсационные» печи предназначены для рекуперации большей части уходящего тепла путем охлаждения выхлопных газов до температуры ниже 140°F, когда водяной пар в выхлопе конденсируется в воду. Это основная характеристика высокоэффективной печи (или котла). Обычно они вентилируются через боковую стенку с пластиковой трубой.
В настоящее время Министерство энергетики США разрабатывает новые стандарты для печей, которые должны быть окончательно утверждены весной 2016 года. Текущие стандарты для печей не обновлялись с 1987 года.
Органы управления системой отопления регулируют, когда различные компоненты системы отопления включаются и выключаются. С вашей точки зрения, самым важным элементом управления является термостат, который включает и выключает систему или, по крайней мере, систему распределения, чтобы вам было комфортно. Типичная система с принудительной подачей воздуха будет иметь один термостат. Но в системе отопления есть и другие внутренние элементы управления, такие как выключатели «верхнего предела», которые являются частью невидимого, но критического набора средств управления безопасностью.
Лучшие газовые печи и котлы на сегодняшний день имеют КПД более 90%.
Эффективность печи или котла, работающего на ископаемом топливе, является мерой количества полезного тепла, производимого на единицу подводимой энергии (топлива). Эффективность сгорания – простейшая мера; это просто эффективность системы во время ее работы. Эффективность сгорания подобна количеству миль на галлон, которое ваш автомобиль проезжает со скоростью 55 миль в час по шоссе.
В США эффективность печи регулируется минимальным AFUE (годовая эффективность использования топлива). AFUE оценивает сезонную эффективность, усредняя пиковые и частичные нагрузки. AFUE учитывает потери при запуске, охлаждении и другие эксплуатационные потери, возникающие в реальных условиях эксплуатации, и включает оценку электроэнергии, используемой системой обработки воздуха, нагнетательным вентилятором и органами управления. AFUE похож на пробег вашего автомобиля между заправками, включая как движение по шоссе, так и движение с частыми остановками. Чем выше AFUE, тем эффективнее печь или котел.
Котлы
Бойлеры – это водонагреватели специального назначения. В то время как печи переносят тепло в теплом воздухе, котельные системы распределяют тепло в горячей воде, которая отдает тепло, проходя через радиаторы или другие устройства в комнатах по всему дому. Затем более холодная вода возвращается в котел для повторного нагрева. Системы горячего водоснабжения часто называют гидравлическими системами. Бытовые котлы обычно используют в качестве топлива природный газ или мазут.
В паровых котлах, которые сегодня гораздо реже встречаются в домах, вода кипятится, и пар переносит тепло по дому, конденсируясь в воду в радиаторах по мере остывания. Обычно используются нефть и природный газ.
Вместо вентилятора и системы воздуховодов в котле используется насос для циркуляции горячей воды по трубам к радиаторам. В некоторых системах горячего водоснабжения вода циркулирует по пластиковым трубам в полу. Такая система называется лучистым подогревом пола (см. «Современное отопление»). Важные элементы управления котлом включают термостаты, аквастаты и клапаны, которые регулируют циркуляцию и температуру воды. Хотя стоимость не является тривиальной, как правило, гораздо проще установить «зональные» термостаты и элементы управления для отдельных помещений с водяной системой, чем с принудительной вентиляцией. Некоторые элементы управления входят в стандартную комплектацию новых котлов, в то время как другие могут быть добавлены для экономии энергии (см. раздел «Модификации специалистами по системам отопления» на странице обслуживания систем отопления).
Как и в случае с печами, конденсационные газовые котлы относительно распространены и значительно более эффективны, чем неконденсационные котлы (если не используются очень сложные средства управления). Конденсационные котлы, работающие на жидком топливе, не распространены в США по нескольким причинам, связанным с более низким потенциалом скрытой теплоты и возможностью большего загрязнения обычным мазутом.
Тепловые насосы
Тепловые насосы — это просто кондиционеры двухстороннего действия (см. подробное описание в разделе «Системы охлаждения»). Летом кондиционер работает, перемещая тепло из относительно прохладного помещения в относительно теплое снаружи. Зимой тепловой насос меняет этот трюк, забирая тепло из холода снаружи с помощью электрической системы и отводя это тепло внутрь дома. Почти все тепловые насосы используют системы принудительной подачи теплого воздуха для перемещения нагретого воздуха по всему дому.
Геотермальный тепловой насос нагревает и охлаждает в любом климате, обмениваясь теплом с землей, которая имеет более постоянную температуру.
Существует два относительно распространенных типа тепловых насосов. Воздушные тепловые насосы используют наружный воздух в качестве источника тепла зимой и радиатора летом. Тепловые насосы с наземным источником (также называемые геотермальными, GeoExchange или GX) получают тепло из-под земли, где температура более постоянна круглый год. Воздушные тепловые насосы гораздо более распространены, чем геотермальные, потому что они дешевле и проще в установке. Однако геотермальные тепловые насосы гораздо более эффективны, и их часто выбирают потребители, которые планируют оставаться в одном и том же доме в течение длительного времени или имеют сильное желание жить более устойчиво. Как определить, подходит ли тепловой насос для вашего климата, обсуждается далее в разделе «Варианты топлива».
В то время как воздушный тепловой насос устанавливается так же, как центральный кондиционер, тепловые насосы с использованием грунта требуют, чтобы «контур» был зарыт в землю, как правило, в длинных неглубоких (глубиной 3–6 футов) траншеях или в одной или более вертикальные скважины. Конкретный используемый метод будет зависеть от опыта установщика, размера вашего участка, недр и ландшафта. В качестве альтернативы некоторые системы всасывают грунтовые воды и пропускают их через теплообменник вместо использования хладагента. Затем грунтовые воды возвращаются в водоносный горизонт.
Поскольку электричество в тепловом насосе используется для перемещения тепла, а не для его производства, тепловой насос может отдавать больше энергии, чем потребляет. Отношение поставленной тепловой энергии к потребленной энергии называется коэффициентом полезного действия или КПД, его типичные значения находятся в диапазоне от 1.5 до 3.5. Это «установившийся» показатель, который нельзя напрямую сравнивать с коэффициентом эффективности отопительного сезона (HSPF), сезонным показателем, обязательным для оценки тепловой эффективности воздушных тепловых насосов. Преобразование между мерами не является простым, но блоки с наземным источником обычно более эффективны, чем тепловые насосы с воздушным источником.
Прямой нагрев
Газовые обогреватели
В некоторых районах популярно газовое оборудование прямого нагрева. Сюда входят настенные, отдельно стоящие и напольные печи, все они характеризуются отсутствием воздуховодов и относительно небольшой тепловой мощностью. Поскольку в них нет воздуховодов, они наиболее полезны для обогрева одной комнаты. Если требуется обогрев нескольких помещений, необходимо либо оставить открытыми двери между помещениями, либо необходим другой способ обогрева. В лучших моделях используются системы «герметичного воздуха для горения» с трубами, проложенными через стену как для подачи воздуха для горения, так и для отвода продуктов сгорания. Эти блоки могут обеспечить приемлемую производительность, особенно для кают и других зданий, где допустима большая разница температур между спальнями и главными помещениями. Модели могут работать на природном газе или пропане, а некоторые – на керосине.
Невентилируемые газовые обогреватели: плохая идея
Газовые или керосиновые обогреватели, не имеют вытяжной вентилятор, которые продаются десятилетиями, но мы настоятельно не рекомендуем их использование по соображениям здоровья и безопасности. Известные производителями как «безвентиляционные» газовые отопительные приборы, они включают в себя настенные и отдельно стоящие обогреватели, а также газовые камины с открытым пламенем с керамическими бревнами, которые фактически не подключены к дымоходу. Производители утверждают, что, поскольку эффективность сгорания продуктов очень высока, они безопасны для жильцов здания. Однако это утверждение справедливо только в том случае, если вы держите ближайшее окно открытым для достаточного количества свежего воздуха, что противоречит цели дополнительного тепла. Опасности включают воздействие побочных продуктов сгорания, как описано в разделе «Вентиляция», и кислородное истощение (эти обогреватели должны быть оснащены датчиками кислородного истощения). Из-за этих опасностей по крайней мере в пяти штатах (Калифорния, Миннесота, Массачусетс, Монтана и Аляска) их использование в домах запрещено, и во многих городах США и Канады они также запрещены.
Электрические обогреватели
Портативные (подключаемые) электрические обогреватели недороги в покупке, но дороги в использовании. К таким резистивным нагревателям относятся «маслонаполненные» и «кварцевые инфракрасные» нагреватели. Они преобразуют электрический ток из розетки прямо в тепло, как тостер или утюг. Как поясняется далее в разделе «Выбор новой системы», требуется много электроэнергии для производства того же количества полезного тепла, которое может дать природный газ или нефть на месте. Подключаемый нагреватель мощностью 1,500 Вт будет использовать почти всю мощность 15-амперной ответвленной цепи; таким образом, добавление большой дополнительной нагрузки приведет к срабатыванию автоматического выключателя или перегоранию предохранителя. Стоимость эксплуатации 1,500-ваттной установки в час вычислить просто: она в 1.5 раза превышает стоимость электроэнергии в центах за киловатт-час. При средних расценках по стране — 12 центов за кВт/ч за электроэнергию — этот нагреватель будет стоить 18 центов в час, и его стоимость быстро превысит его покупную цену. С другой стороны, для периодического использования это «наименее плохое» решение, когда альтернативы потребуют крупных инвестиций, например, для улучшения воздуховодов в определенной области. Просто помните, что нагрев электрическим сопротивлением обычно является самой дорогой формой нагрева, и поэтому его редко рекомендуют.
«Электрический плинтусный обогрев» — это еще один вид резистивного обогрева, похожий на подключаемый обогреватель, за исключением того, что он жестко подключен. Он имеет два основных преимущества: низкая стоимость установки и простота установки индивидуальных комнатных термостатов, позволяющих отключать отопление в неиспользуемых помещениях. Эксплуатационные расходы, как и для всех резистивных систем, как правило, очень высоки, если только дом не «сверхизолирован».
Дровяные печи и печи на пеллетах
Дровяное отопление может иметь большой смысл в сельской местности, если вам нравится складывать дрова и топить печь или печь. Цены на древесину, как правило, ниже, чем на газ, нефть или электричество. Если вы сами рубите дрова, экономия может быть большой. Загрязнители от сжигания древесины были проблемой в некоторых частях страны, в результате чего Агентство по охране окружающей среды США (EPA) ввело правила, регулирующие выбросы загрязняющих веществ из дровяных печей. В результате новые модели довольно чисто горят. Пеллетные печи имеют ряд преимуществ перед дровяными печами. Они меньше загрязняют окружающую среду, чем дровяные печи, и предлагают пользователям большее удобство, контроль температуры и качество воздуха в помещении.
Камины
Газовые (и большинство дровяных) камины в основном являются частью декора комнаты, обеспечивая теплое свечение (и способ избавиться от секретных документов), но, как правило, не являются эффективным источником тепла. В обычных установках, которые полагаются на воздух, поступающий из комнаты в камин для сжигания и разбавления, камин, как правило, теряет больше тепла, чем дает, потому что через устройство проходит так много теплого воздуха, который должен быть заменен холодным наружным воздухом. С другой стороны, если у камина есть плотно закрывающаяся стеклянная дверца, источник наружного воздуха и хороший дымоходный клапан, он может обеспечить полезное тепло.
Современное отопление
Лучистый теплый пол обычно относится к системам, в которых теплая вода циркулирует по трубам под полом. Это нагревает пол, который, в свою очередь, согревает людей, использующих помещение. Он легко поддается контролю, его сторонники считают его эффективным, и его установка стоит дорого. Это также требует очень опытного системного проектировщика и установщика и ограничивает выбор ковров и другой отделки пола: вы не хотите «закрывать» свой источник тепла.
Бесканальный, мини-сплит, мульти-сплит. Жилые воздуховоды относительно редко встречаются за пределами Северной Америки. Широко используются «бесканальные» тепловые насосы, которые распределяют энергию по линиям хладагента вместо воды или воздуха. Крупные полевые испытания на северо-западе Тихого океана показывают, что они могут иметь хорошие характеристики в холодную погоду и быть очень рентабельными при замене электрического нагрева сопротивления. Как и в случае с наземными системами, относительная незрелость рынка помогает гарантировать, что мульти-сплит-системы для всего дома продаются по премиальным ценам.
Комбинированное тепло и электроэнергия (ТЭЦ) или когенерация для домов серьезно изучается в некоторых странах. Основная предпосылка заключается в использовании небольшого генератора для удовлетворения части потребностей дома в электроэнергии и рекуперации отработанного тепла (обычно более 70% теплотворной способности топлива) для обогрева дома (водяной или водяной). воздушные системы) и производить горячую воду для бытовых нужд. Эти системы еще не получили широкого распространения. Они, вероятно, будут иметь наилучшие экономические показатели в домах с высокими счетами за отопление, потому что дом невозможно изолировать, например, дома из цельного камня или кирпича.
Ремонт системы отопления
Общий обзор устройства и функционирования системы отопления при реновации многоквартирных домов
Центральное отопление, особенно водяное, где в качестве источников тепла используются радиаторы и конвекторы, является наиболее распространенным видом отопительной системы во всех местах, где в холодное время года требуется постоянное отопление. По оценкам, только в Европе используется один миллиард радиаторов/конвекторов.
Причина их популярности заключается в том, что правильно спроектированные и правильно построенные системы радиаторного отопления работают надежно, служат долго и обеспечивают превосходный тепловой комфорт. Их надежность подкреплена многолетним опытом эксплуатации как компонентов, так и всего в сборе. Действительно, радиаторные системы оказались одной из наименее проблематичных различных технических систем зданий.
По устройству обвязки радиаторные сети бывают двух основных типов: однотрубные и двухтрубные ( Рисунок 1 ). Двухтрубные системы на сегодняшний день являются самыми популярными многоквартирными домами. Использование вертикальных однотрубных систем в многоквартирных домах было широко распространено в Восточной Европе. В какой-то мере горизонтальные однотрубные системы применяются в основном в небольших постройках. Из-за их недостаточного охлаждения и, как следствие, слабой энергоэффективности целесообразно перейти от однотрубных систем к двухтрубным вариантам.
Рис. 1. Структура радиаторной сети: двухтрубная система (слева) и однотрубная система (справа).
Данная презентация посвящена радиаторным сетям в реконструируемых многоквартирных домах. Также очень важно иметь возможность отремонтировать системы отопления, пока жильцы находятся на объекте. Если есть возможность переселить жителей во временное жилье на время ремонта, это откроет возможности для других типов технических решений.
Действия, выполняемые на тепловой сети во время ремонта.
Поскольку реконструкция фонда зданий руководствуется установленной законом целью (требования ЕС EPBD) по повышению энергоэффективности зданий до уровня здания с практически нулевым потреблением энергии (nZEB), действия по реконструкции должны обеспечивать достижение целевой энергоэффективности, и что ремонт помогает создать условия для того, чтобы здания стали углеродно-нейтральными.
В старых зданиях ключевым направлением энергетической реконструкции является снижение потерь тепла из ограждающих конструкций, например, замена окон и наружных дверей, а также улучшение теплоизоляции. Действия, направленные на повышение эффективности использования активной энергии, включают, например, переход на углеродно-нейтральные системы производства тепла, установку оборудования для рекуперации тепла, снижение потребления электроприборов, мероприятия по сокращению потребления водопроводной воды (в частности, ГВС) и внедрение учет потребления воды и энергии. Собственные системы выработки электроэнергии в зданиях устанавливаются во все большем количестве. Сокращение потребностей в охлаждении и установка более энергоэффективных систем охлаждения также являются важной частью реконструкции.
В дополнение к этим мерам одним из наиболее энергоэффективных и рентабельных мероприятий, которые можно предпринять, является усиление радиаторных сетей и превращение их в системы низкотемпературного отопления. Системы отопления и их функционирование имеют решающее значение для теплового комфорта, энергоэффективности и затрат на энергию.
Для повышения энергоэффективности производства тепла в таких областях, как тепловые насосы и централизованное теплоснабжение, необходимо довести температуру теплосети до значительно более низкого уровня, чем раньше ( Рисунок 2 ). Цель состоит в том, чтобы повысить эффективность производства тепла и в то же время снизить затраты на производство тепловой энергии.
Рисунок 2. Примеры: старое здание (слева) имеет высокую температуру подающей воды и выпуклую кривую отопления. Новые и капитально отремонтированные старые здания (справа) имеют низкую температуру подающей воды из-за низкой потребности в тепле и вогнутую кривую нагрева из-за сильного влияния солнечного и внутреннего теплопритока.
Энергетическая реконструкция здания изменяет некоторые характеристики здания. Потребности в отоплении помещений меняются, как и соотношение потребностей в отоплении между различными помещениями. Это означает, что необходимо перепроектировать тепловую сеть с размерами, адаптированными к новым условиям и требованиям. Как правило, от старой системы следует сохранить линии электропередач и стояки тепловых сетей. По возможности целесообразно заменить патрубки подключения радиатора на новые ( Рисунок 3 ).
Рисунок 3. Радиатор правильного размера будет иметь большую теплоизлучающую поверхность. Новый радиатор и его клапаны проще всего установить, когда заменены соединительные трубы радиатора от стояков до радиаторных клапанов.
Новые радиаторы должны быть рассчитаны на размер, подходящий для низкотемпературной системы, при этом их теплоизлучающая поверхность должна быть как можно больше, учитывая пространство, доступное для установки. Радиаторные вентили следует заменить точно настроенными термостатическими вентилями. Существующие стояки должны быть оснащены автоматическим регулированием перепада давления. арматура. Тепловая сеть должна быть сбалансирована с использованием расчетных значений. Также желательно обновить регулятор температуры и насос циркуляции воды.
В энергоэффективном здании до 60–80 % потребности в отоплении в отопительный период может быть покрыто за счет поступления тепла от жильцов и электроприборов, прямого солнечного излучения. Радиатор и термостат, работая вместе, позволяют утилизировать свободное количество тепла.
На практике добиться сбалансированной тепловой сети несложно, потому что в новой рабочей ситуации старые стояки подачи более свободны и больше не являются источником потерь на трение: если выбрать уровень перепада давления, например, 10 кПа, этот перепад давления будет точно сохранен, даже с радиаторными клапанами. Таким образом, значения настроек радиаторных клапанов могут определяться почти полностью на основе расчетной потребности в тепле. Небольшой перепад давления обеспечивает точную, бесшумную работу радиаторного клапана, а также обеспечивает хорошее охлаждение воды.
Размеры и энергоэффективность радиаторов на объектах централизованного теплоснабжения и тепловых насосов
Районное отопление
При подключении к центральному отоплению функциональный уровень для расчетной температуры составляет 60/30/21°C (температура подачи/температура обратки/комнатная температура). Интенсивное охлаждение, т. е. низкая температура обратной воды, повышает энергоэффективность централизованного теплоснабжения: уменьшаются потери в сети, возможны более низкие уровни расхода и мощности насосов, повышается эффективность работы котла при снижении температуры дымовых газов, а повышенная конденсация улучшает работу скрубберов дымовых газов, снижая выбросы твердых частиц ( Рисунок 4 ). Благодаря этим преимуществам многие поставщики централизованного теплоснабжения также смогли снизить потребительские тарифы. В ценах на энергоносители обычно предусмотрен вычет в размере 2 евро/МВтч за каждый градус снижения температуры возвратной воды; например, среднемесячная температура возвратной воды по сравнению с эталонной температурой 50°C. Некоторые поставщики централизованного теплоснабжения также налагают штрафы, если температура возвратной воды превышает контрольную температуру.
Рис. 4. Конденсация выходящих газов значительно усиливается, когда температура обратной воды падает ниже 50°C, в этом случае КПД котла может повыситься на 10 %.
Эффективная конденсация дымовых газов и эффективность котла, которую обеспечивает такая конденсация, относятся ко всем типам отопительных котлов, таких как котлы на биомассе, газе и жидком топливе.
Система теплового насоса
Для эффективности теплового насоса важно поддерживать низкие температуры в системе отопления. Когда потребность в отоплении невелика, радиаторы также могут быть рассчитаны на очень низкие температуры.
Эффективность работы теплового насоса описывается коэффициентом полезного действия (COP), который представляет собой отношение тепла, вырабатываемого системой теплового насоса (Q), к работе, выполненной за счет электрической энергии компрессора (W).
· Q – полезное тепло, подведенное или отведенное рассматриваемой системой
· W – работа, необходимая рассматриваемой системе
Выражение COPa также используется для годового коэффициента полезного действия.
На практике температура подаваемой воды имеет решающее значение, поскольку КПД теплового насоса (КПД) примерно на 2/3 зависит от температуры подаваемой воды и на 1/3 от температуры обратной воды ( Рисунок 5 ). По этой причине при расчете теплового насоса температура, например, 50/40°C (температура подачи/возврата) лучше, чем 60/30°C, последняя из которых подходит для централизованного теплоснабжения. В качестве ориентировочного значения можно предположить, что снижение температуры подаваемой воды на 10°C улучшит COP примерно на 30%, что на годовом уровне означает, что тепловой коэффициент COPa повышается на 12-15%, с фокусом на обогрев помещений.
Рис. 5. Температура воды на подаче тепловой сети оказывает влияние на КПД теплового насоса примерно на 2/3, а на оборотную воду примерно на 1/3 – сравните коэффициенты уравнений регрессии.
Производство горячей воды для бытовых нужд (свыше 55°C) исключительно с помощью геотермальных тепловых насосов и тепловых насосов наружного воздуха часто нерентабельно. Для большинства тепловых насосов 50°C можно считать разумным повышением температуры. Чем больше подъем температуры, тем ниже становится COP ( Рисунок 6 ). Оптимальный уровень повышения температуры зависит от КПД, соответствующего рассматриваемому пороговому уровню температуры, и преобладающего соотношения цен на электроэнергию и другие виды энергии.
Рисунок 6. Типичные значения COPa, полученные из разных источников.
Тепловые насосы на вытяжном воздухе в качестве источника тепла используют вентиляционный вытяжной воздух, который имеет высокую температуру (в пределах 22°C круглый год). При высокой начальной температуре тепловой насос на отработанном воздухе может эффективно производить горячую воду и горячую воду для бытовых нужд. Но имейте в виду, что, учитывая ограниченный поток вытяжного воздуха механической системы вентиляции, производительность тепловых насосов, использующих вытяжной воздух в качестве источника тепла, ограничена.
Вообще говоря, рекомендуется использовать тепловой насос параллельно с централизованным отоплением или отопительным котлом, если мощности теплового насоса недостаточно для достижения экономичного нагрева горячей воды для бытовых нужд или максимальной эффективности системы отопления.
Однако следует помнить, что такие гибридные системы всегда требуют качественных систем управления и связи для обеспечения оптимального функционирования.
нагрев
Несмотря на то, что были приложены все усилия для соблюдения правил стиля цитирования, могут быть некоторые расхождения. Пожалуйста, обратитесь к соответствующему руководству по стилю или другим источникам, если у вас есть какие-либо вопросы.
Наши редакторы рассмотрят то, что вы отправили, и решат, следует ли пересматривать статью.
Несмотря на то, что были приложены все усилия для соблюдения правил стиля цитирования, могут быть некоторые расхождения. Пожалуйста, обратитесь к соответствующему руководству по стилю или другим источникам, если у вас есть какие-либо вопросы.
Прочтите краткий обзор этой темы
нагрев, процесс и система повышения температуры в закрытых помещениях с основной целью обеспечения комфорта находящихся в них людей. Регулируя температуру окружающей среды, отопление также служит для поддержания структурных, механических и электрических систем здания.
Историческое развитие
Самым ранним способом обогрева помещений был открытый огонь. Такой источник, наряду с родственными методами, такими как камины, чугунные печи и современные обогреватели, работающие на газе или электричестве, известен как прямой нагрев, потому что преобразование энергии в тепло происходит на месте, которое нужно нагреть. Более распространенная форма отопления в наше время известна как центральное или непрямое отопление. Он состоит из преобразования энергии в тепло в источнике за пределами, отдельно от или в пределах объекта или объектов, подлежащих обогреву; полученное тепло передается на место через текучую среду, такую как воздух, вода или пар.
За исключением древних греков и римлян, большинство культур полагались на методы прямого нагрева. Древесина была самым ранним используемым топливом, хотя в местах, где требовалось лишь умеренное тепло, таких как Китай, Япония и Средиземноморье, использовался древесный уголь (сделанный из дерева), потому что он производил гораздо меньше дыма. Дымоход, или дымоход, который сначала представлял собой простое отверстие в центре крыши, а затем поднимался прямо из камина, появился в Европе к 13 веку и эффективно устранял дым и дым от огня из жилого помещения. Закрытые печи, по-видимому, впервые использовались китайцами около 600 г. до н.э. и в конечном итоге распространились через Россию в Северную Европу, а оттуда в Америку, где Бенджамин Франклин в 1744 году изобрел усовершенствованную конструкцию, известную как печь Франклина. Печи гораздо менее расточительны по теплу, чем камины, потому что тепло огня поглощается стенками печи, которые нагревают воздух в помещении, а не проходят вверх по дымоходу в виде горячих дымовых газов.
Центральное отопление, кажется, было изобретено в Древней Греции, но именно римляне стали высшими инженерами-теплотехниками древнего мира с их системой гипокауста. Во многих римских зданиях полы из мозаичной плитки поддерживались колоннами внизу, которые создавали воздушные пространства или воздуховоды. На месте, центральном для всех отапливаемых комнат, сжигали древесный уголь, хворост, а в Британии – уголь, а горячие газы проходили под полами, нагревая их в процессе. Однако система гипокауста исчезла с упадком Римской империи, а центральное отопление было вновь введено только примерно 1,500 лет спустя.
Центральное отопление снова было принято для использования в начале 19 века, когда промышленная революция привела к увеличению размеров зданий для промышленности, жилых помещений и услуг. Использование пара в качестве источника энергии предложило новый способ обогрева фабрик и заводов с передачей пара по трубам. Угольные котлы подавали горячий пар в помещения с помощью стоячих радиаторов. Паровое отопление долгое время преобладало на Североамериканском континенте из-за его очень холодных зим. Преимущества горячей воды, которая имеет более низкую температуру поверхности и более мягкий общий эффект, чем пар, начали осознавать примерно в 1830 году. В системах центрального отопления двадцатого века для передачи тепла обычно используется теплый воздух или горячая вода. Канальный теплый воздух вытеснил пар в большинстве недавно построенных американских домов и офисов, 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 либо американские, либо европейские предпочтения в методах нагрева.
Системы центрального отопления и топливо
Важными компонентами системы центрального отопления являются устройство, в котором можно сжигать топливо для выработки тепла; среда, транспортируемая по трубам или воздуховодам для передачи тепла отапливаемым помещениям; и излучающее устройство в этих помещениях для выделения тепла либо конвекцией, либо излучением, либо тем и другим. Принудительное распределение воздуха подает нагретый воздух в помещение с помощью системы воздуховодов и вентиляторов, создающих перепады давления. Лучистое отопление, напротив, предполагает прямую передачу тепла от излучателя к стенам, потолку или полу закрытого помещения независимо от температуры воздуха между ними; испускаемое тепло устанавливает цикл конвекции во всем пространстве, создавая в нем равномерно нагретую температуру.
Температура воздуха и влияние солнечной радиации, относительной влажности и конвекции влияют на конструкцию системы отопления. Не менее важным соображением является объем физической активности, ожидаемый в конкретных условиях. В рабочей атмосфере, в которой напряженная деятельность является нормой, человеческое тело выделяет больше тепла. В качестве компенсации температура воздуха поддерживается на более низком уровне, чтобы позволить рассеивать лишнее тепло тела. Верхний предел температуры 24°C (75°F) подходит для сидячих рабочих и домашних жилых помещений, а нижний температурный предел 13°C (55°F) подходит для людей, выполняющих тяжелую физическую работу.
При сгорании топлива углерод и водород реагируют с кислородом воздуха с выделением тепла, которое передается из камеры сгорания в среду, состоящую из воздуха или воды. Оборудование устроено таким образом, что нагретая среда постоянно удаляется и заменяется более холодным подводом—т.е. по тиражу. Если средой является воздух, оборудование называется печью, а если средой является вода, то бойлером или водонагревателем. Термин «котел» более правильно относится к сосуду, в котором производится пар, а «водонагреватель» — к сосуду, в котором вода нагревается и циркулирует ниже точки кипения.
Природный газ и мазут являются основными видами топлива, используемыми для производства тепла в котлах и печах. Они не требуют никакого труда, за исключением периодической очистки, и они управляются полностью автоматическими горелками, которые могут регулироваться термостатом. В отличие от своих предшественников, угля и кокса, после использования не остается остаточного зольного продукта, который можно было бы утилизировать. Природный газ вообще не требует хранения, а нефть закачивается в резервуары для хранения, которые могут располагаться на некотором расстоянии от отопительного оборудования. Рост газового отопления тесно связан с увеличением доступности газа из сетей подземных трубопроводов, надежностью подземной доставки и чистотой сжигания газа. Этот рост также связан с популярностью систем воздушного отопления, к которым особенно подходит газовое топливо и на долю которого 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 его использования, а доставка топлива не зависит от капризов моторизованного транспорта. Газовые горелки, как правило, проще, чем те, которые требуются для жидкого топлива, и имеют мало движущихся частей. Поскольку при сжигании газа образуются вредные выхлопы, газовые нагреватели необходимо выводить наружу. В районы, недоступные для газопроводов, сжиженный нефтяной газ (пропан или бутан) доставляется в специальных автоцистернах и хранится под давлением в доме до готовности к использованию так же, как и природный газ. Нефтяное и газовое топливо во многом обязаны своим удобством автоматической работе их отопительной установки. Эта автоматика основывается в первую очередь на термостате, устройстве, которое, когда температура в помещении падает до заданного значения, активирует печь или котел до тех пор, пока потребность в тепле не будет удовлетворена. Автоматические отопительные установки настолько надежно защищены термостатами, что почти все мыслимые и опасные обстоятельства предвидятся и контролируются.
