Как можно увеличить кпд теплопередачи: Как увеличить кпд батареи отопления: варианты эффективного увеличения показателя

Содержание

Как увеличить кпд батареи отопления: варианты эффективного увеличения показателя

Основная задача любого вида батарей отопления – максимально возможный обогрев помещения. Параметром, определяющим, насколько прибор соответствует поставленным задачам, является их теплоотдача. Но не только это может повлиять на часто возникающую проблему, которая заключается в том, как увеличить кпд батареи отопления. Справиться с потерями тепла можно достаточно простыми средствами, но перед этим необходимо выяснить, что может повлиять на процесс передачи тепла в окружающее пространство. Рассмотрим основные факторы, влияющие на кпд отопительных приборов:

  • Модель радиатора, количество секций и размер самой батареи;
  • Тип подключения радиатора к сети теплоснабжения;
  • Размещение батареи отопления в помещении;
  • Материал, из которого изготовлена батарея.

Все эти факторы являются основополагающими в эффективности обогрева помещения с помощью радиаторов. Однако, указанный изготовителем кпд радиаторов отопления можно изменить в лучшую сторону, если использовать несколько хитростей при их выборе и установке. Для этого в первую очередь необходимо разобраться в том, что такое коэффициент полезного действия батарей отопления, как его рассчитать и какие показатели могут на него повлиять. (См. также: Схема водяного отопления частного дома)

Что такое кпд и как его рассчитать

Теплоотдача приборов отопления, к которым относятся батареи или радиаторы, складывается из количественного показателя тепла, которое передано батареей за определённый промежуток времени и измеряется в Ваттах. Процесс теплоотдачи батареями проходит в результате процессов, которые известны как конвекция, излучение и теплообмен. Любой радиатор использует эти три вида теплообмена. В процентном соотношении эти виды передачи тепла могут варьироваться у различных типов батарей.

Каким будет кпд обогревателей, в подавляющем большинстве случаев зависит от материала, из которого они изготовлены. Рассмотрим, какими преимуществами и недостатками обладают радиаторы, изготовленные из разных видов материала.

  1. Чугун обладает сравнительно низкой теплопроводностью, поэтому батареи из этого материала не являются лучшим вариантом. К тому же небольшая поверхность этих приборов отопления значительно снижает теплоотдачу и происходит за счёт излучения. В обычных условиях квартиры мощность батареи из чугуна составляет не более 60 Вт.
  2. (См. также: Какой лучше выбрать радиатор отопления)

  3. Сталь несколько выше чугунных. Более активная теплоотдача происходит из-за наличия дополнительных рёбер, которые увеличивают площадь излучения тепла. Теплоотдача происходит в результате конвекции, мощность составляет примерно 100 Вт.
  4. Алюминий обладает наибольшей из всех предыдущих вариантов теплопроводностью, мощность их составляет около 200 Вт.

Кроме того, для наиболее эффективного обогрева необходимо учесть, какая мощность может потребоваться. При расчёте необходимой для помещения мощности обогревательных приборов используется количество стен, выходящих на улицу и окон. На каждые 10 м2 пола при наличии 1 наружной стены и окна требуется около 1 Квт тепловой мощности батареи. Если наружных стен 2, то требуемая мощность составляет уже 1,3 кВт. (См. также: Печи с водяным отоплением)

Немаловажную роль в увеличении кпд батарей отопления играет способ подключения, который должен соответствовать типу батареи и материалу, из которого она изготовлена. Прямое одностороннее подключение имеет самые высокие показатели по эффективности теплоотдачи и самые низкие по потере тепла. Диагональное подключение используется в случае наличия большого количества секций и существенно снижает возможные потери тепла.

Нижнее подключение используется в том случае, если теплопроводные трубы скрыты под стяжкой пола и не исключает потерю тепла в количестве до 10% от исходного значения. Наименее эффективным считается однотрубное подключение, так как потеря мощности обогревательного прибора при этом способе может достигать 45%.

5 способов увеличения кпд отопительной системы

Существует несколько простых способов, как повысить кпд батареи отопления без особых материальных и трудовых затрат. Рассмотрим их подробно. (См. также: Автономные системы отопления)

  • Поддержание поверхности отопительных приборов в чистоте.

Каким бы невероятным не казалось это утверждение, но даже тонкий слой пыли на радиаторах ведёт к понижению теплоотдачи. Например, кпд алюминиевых радиаторов, загрязнённых слоем пыли, может понизиться на 20–25%. Кроме того, в регулярной очистке нуждается и внутренняя часть батареи. С первой проблемой можно справиться самостоятельно путём обычной влажной уборки, а вот для второго придётся обратиться к квалифицированному специалисту. Сантехники имеют на вооружении знания и навыки, которые помогут в короткие сроки очистить радиатор от накипи и других загрязнений, скопившихся в процессе эксплуатации.

  • Окрашивание радиаторов соответствующей их назначению краской.

Во-первых, для окрашивания необходимо подбирать краску тёмных расцветок. Благодаря этому удастся добиться не только хорошего нагрева батарей, но и значительного повышения теплоотдачи. Во-вторых, необходимо выбрать для окрашивания подходящую краску. В качестве покрытия для чугунных радиаторов отопления лучше использовать известные всем эмали, а для алюминиевых и стальных батарей больше подойдут акриловые, алкидные и акрилатные эмали.

Почему вопрос с покраской стоит так, а не иначе, можно объяснить достаточно просто: чугунные радиаторы достаточно легко поддаются окраске любыми видами эмали ввиду своего строения. Тонкие пластины алюминиевых радиаторов могут быть забиты слишком толстым слоем краски. В заводских условиях радиаторы с тонким корпусом и множеством пластин окрашивают порошковыми красками, которые не представляют угрозы для качественных характеристик радиатора и не изменяют вид его теплоотдачи. Окраска батареи в тёмный цвет позволяет повысить кпд отопительных элементов до 15% от обычного значения. (См. также: Сравнение систем отопления)

  • Использование отражающих экранов.

Тепло, которое излучает батарея, распространяется во все стороны. Поэтому как минимум половина полезного теплового излучения уходит в стену, расположенную за приборами отопления. Уменьшить напрасные потери тепла можно, расположив за радиатором экран, например, из обычной фольги или готовый, купленный в магазине. При использовании даже самодельного экрана из тонкого металлического листа не только прекращается нагрев стены, но и создаётся дополнительный источник тепла, так как, нагреваясь, экран сам начинает отдавать тепло в помещение. При использовании отражающего экрана, кпд чугунных батарей, да и многих других, можно повысить до 10–15%.

  • Увеличение площади поверхности батарей.

Между площадью поверхности, которая излучает тепло, и количеством этого тепла есть самая прямая зависимость. Для увеличения теплоотдачи радиаторов можно использовать дополнительный кожух. Материал, из которого он будет изготовлен, необходимо тщательно выдирать. Например, наибольшей теплоотдачей обладают кожухи из алюминия. Их используют в качестве дополнения к чугунным радиаторам. При частых перебоях в работе отопительных систем стоит подумать о приобретении стальных кожухов, которые очень долго сохраняют полученное от радиаторов тепло. Соответственно, этот тип кожухов для батарей отдаёт тепло в окружающее пространство намного дольше других.

  • Создать дополнительные потоки воздуха в помещении.

Если направить на приборы отопления поток воздуха, например, с помощью обычного бытового вентилятора, то нагрев воздуха в помещении будет происходить значительно быстрее. При этом стоит учитывать, что направление воздушного потока должно быть вертикальным и направленным снизу вверх. При таком способе повышение кпд радиаторов может достигать 5–10%.

Используя даже один способ улучшения теплоотдачи батарей, можно значительно повысить температуру в помещении и снизить затраты на дополнительный обогрев. Перед тем, как вы приступите к улучшению характеристик радиаторов, убедитесь в правильности их подключения к теплосети и в том, что регуляторы подачи тепла на приборах последнего поколения установлены на необходимое значение. Кроме того, при постоянной проблеме с теплоснабжением, нужно уделить внимание теплоизоляции стен и окон, через которые обычно и уходит тепло. Утеплять нужно не только наружные стены, но и те, которые выходят на лестничную клетку.

Как увеличить КПД твердотопливной печи на дровах

Твердотопливная печь является традиционным устройством для обогрева загородного или частного дома, а также гаража или дачи. Каждый владелец печи стремится сделать отопление в своем доме максимально экономичным. Однако на это влияет не только цена используемого топлива, но и конструкция печи и ее эффективность.

Чтобы понять, насколько эффективна ваша печь и можно ли сократить расход топлива при той же мощности, необходимо определить коэффициент полезного действия.

Как и в каких случаях можно увеличить КПД дровяной печи? Ответы на эти вопросы вы найдете в нашей статье.

Содержание:

  1. Что такое КПД печи?
  2. Особенности металлической печи
  3. Способы увеличения КПД металлической печи
  4. Как повысить теплоотдачу печи обычной конструкции?

Что такое КПД печи?

Коэффициентом полезного действия является показатель, который получают путем расчета соотношения количества затраченного топлива и выделенного тепла. Чаще всего измерение выполняют в процентном соотношении. Чем выше КПД, тем больше тепла она выделяет при определенном расходе дров. В странах Европы данный показатель называют эффективностью печи.

Металлическая печь в доме занимает намного меньше места, но её установка предполагает свои особенности и нюансы. Для таких печей нужно оборудовать специальное место.

Печи изготавливаются из прочного чугуна или специализированной профилированной стали. Толщина стенок начинается от 2 мм и может достигать 8 мм. Обычно корпус таких печей имеет несколько слоёв — стальные стенки, изолирующий материал, кожух-конвектор. При таком устройстве корпуса печного оборудования жильцы надежно защищены от ожогов и тепловых ударов, а риск возникновения пожара будет минимальным.

Преимущества металлических печей:

  • Такие печи имеют более красивый дизайн, чем, например, кирпичные и эстетичный вид, благодаря чему не только обогревает помещение, но и служат украшением интерьера.
  • Длительность службы таких печей. Оборудование не нужно перекладывать или переделывать со временем, как кирпичную печь.
  • Довольно недорогая стоимость.
  • Металлические печи быстро нагреваются и начинают отдавать тепло, благодаря чему в помещении создается комфортная температура.

В настоящее время мастера используют разные варианты увеличения мощности при создании печей. Используются новые схемы и проекты конструкций.

Рассмотрим несколько эффективных и несложных вариантов, благодаря которым можно увеличить количество выделяемого тепла без дополнительных затрат на топливо.

Для того чтобы повысить КПД металлической печи, существуют несколько распространённых способов:

  1. Первым делом для печи без кожуха-конвектора можно установить боковые экраны. Для этого необходимо приобрести листы металла и прикрепить их к корпусу печи с помощью болтов или саморезов. Толщина железа не важна, так как железо является хорошим проводником тепла. Такие экраны должны находиться на расстоянии 5-6 см от металлической печи.

Благодаря данной конструкции полностью изменяется принцип распространения и передачи тепла. Теперь тепловая энергия, вырабатываемая с помощью печи, будет передаваться за счёт конвекции, а не благодаря излучению, как это происходило ранее. В промежутке между печью и железом будет образовываться тёплый воздух и циркулировать тепло в помещении. Благодаря такому приёму в разы увеличивается скорость прогрева помещения, а также происходит заметная экономия топливных ресурсов.

  1. Одним из несложных и эффективных способов увеличения тепла в доме также является монтаж металлической вытяжки над печью. Таким образом, тепло будет подниматься вверх и переходить в вытяжку, а далее с помощью трубы подаваться в дальний угол комнаты. За счет этого будет быстрее происходить нагрев зоны, в который тепло поступает меньше всего и помещение будет нагрето значительно быстрее. Благодаря такому простому изобретению тепло не будет уходить через потолок над печкой.
  2. Третьим вариантом, увеличивающим КПД металлической печи, является изменение конструкции дымохода печи. Дымоход является неотъемлемой и необходимой частью отопительной системы печи. Именно на этом промежутке возникает множество проблем с нормальным функционированием печи, а также происходит значительная потеря тепла. В стандартном варианте металлической печи труба является прямой, и дымовые массы, попадая в такую конструкцию, сразу же выходят на улицу. Для того чтобы повысить теплоотдачу традиционной трубе можно добавить пару колен. Например, можно создать пару отводов по 90 градусов и сделать формат трубы в форме английской буквы S. Дым будет проходить медленнее, труба будет нагреваться, что будет обеспечивать дополнительную теплоотдачу.

Как повысить теплоотдачу печи обычной конструкции?

Рассмотрим отдельный вариант усовершенствования, который служит непосредственным ответом на вопрос: «Как увеличить КПД печи на дровах?».

Особенности конструкции печи приводят к быстрому прогоранию дров. Поэтому, чтобы не допустить охлаждения по причине полного сгорания топлива, приходится постоянно добавлять дрова в топку.

Для экономии ресурсов рекомендуют использовать для отопления короткие дрова. Для этого необходимо немного сталиварного мастерства. Нужно подготовить сухой герметичный цилиндр высотой 40 см. Цилиндр изготавливается заранее, его необходимо сварить из стали. Данное изделие будет служить кассетой и заполняется длинными дровами, он устанавливается в конфорочное отделение верхней плиты, если у вас печь буржуйка. После его монтажа конструкцию необходимо крепко закрепить с помощью упорного фланца.

Когда будете заполнять кассету дровами не нужно забивать их под завязку. При их опрокидывании должно быть выполнено свободное перемещение. Перед использованием данной конструкции нужно разжечь печь и подождать, когда будет достаточно углей. Дрова, которые находились в цилиндре, начнут гореть. Основным преимуществом в данной конструкции является то, что при таком типе сгорания будет гореть только часть дров, оставшиеся дрова будут просушиваться и дожидаться своей очереди. Через некоторое время под своей тяжестью они будут перемещаться в топку, где уже постепенно перегорает предыдущий слой дров.

Цилиндр в это время будет нагреваться и отдавать своё тепло окружающей среде, за счёт чего будет повышаться температура в помещении.

Самым простым и незамысловатым, «народным» способом увеличения теплоотдачи металлической печи является установка сверху на печь ведёр с различными веществами, такими как вода или песок. При нагреве они будут передавать тепло окружающей среде.

Помимо всех вариантов и советов по увеличению коэффициента тепла, важным также является правильная эксплуатация печи. Как все мы знаем, при долгосрочном использовании внутри печи и в дымоходе накапливается зола, что может привести к тому, что со временем помещение будет хуже нагреваться. Поэтому необходимо своевременно соблюдать правила чистки печи. Очищать её от сажи и налёта, прочищать трубу, в которой нередко могут образовываться различные засоры. Обязательно необходимо проводить ежегодный осмотр печи.

Все вышеперечисленные методы и усовершенствования помогут значительно уменьшить расход топливных ресурсов, а также продлить горение топлива и увеличить количество выделяемого тепла.


КПД печи и теплообменника – какую конструкцию предпочесть

КПД у печей и котлов, работающих на твердом топливе, имеет большой разброс значений. Простая буржуйка с водяным контуром обойдется в разы дешевле, но у нее слишком маленький КПД, — отопление окажется в итоге не экономичным. Не только дешевизна первичного вложения в оборудование определяет правильность выбора. Скорее выбор конструкции печи, должен зависеть от будущих долговременных расходов (которые намного больше), — от КПД, от комфортности проживания рядом с таким отоплением. Что же оказывается лучшим выбором и для каких условий…

 

КПД печи на твердом топливе – важный фактор

Если КПД электрического или газового котла далеко за 90%, то на него просто не обращают внимание при выборе такого оборудования. Но в твердотопливных агрегатах КПД может сильно различаться.

  • В неумело сделанной буржуйке может быть ниже 50%.
  • На заводские котлы в основном дают значение 75 – 78%.
  • Отдельные мастера по выкладке (сборке) печей уверяют, что у них КПД 85%, а при отдельных режимах приближается к 90%, а значит потребуется меньше дров процентов на 15 – 20, меньше обслуживать…

КПД печи определяет температура исходящих газов – отношение энергии оставшейся в помещении к вылетевшей в трубу. Чем ниже температура газов в дымоходе, тем больше КПД.

Металлическая печь — буржуйка с наименьшим КПД

 

Методы повышения отбора тепла у печи

Умельцы повышают забор энергии до максимума двумя методами.

  • Обустройством в дымоходах теплообменников, которые являются первичными, в них подается холодный теплоноситель из обратки, или к ним подключается отдельный нагреваемый бак.
  • Прокладкой дымоходов в отапливаемой зоне, в стенах, через металлические балки в перекрытиях, которые являются рассеивателями тепла.

Можно ли это создать в собственном доме (котедже) и обеспечить максимальную энергоотдачу на отопление дома от сгоревшего топлива…

 

Пути повышения КПД, защита от сажистого налета

Если в системе отопления не сделана защита от холодной обратки для печки, то теплообменник значительную часть времени будет слишком холодным, ниже 55 градусов. Это значит, что на нем будет выпадать роса, которая смешиваясь с сажей образует агрессивные кислоты и крепкую теплоизолирующую корку.

Чтобы уменьшить негативное явление, влекущее наружную коррозию и теплоизоляцию, желательно создать в отопительной системе защиту от холодной обратки на основе трехходового клапана, которая будет давать на выходе теплоноситель всегда горячее +60 град. Это повысит в итоге КПД печи за счет уменьшения смолистых загрязнений и значительно продлит жизнь стальным деталям.

Второй путь снижения загрязненности печи – регулярные чистки теплообменника, удаления сажи. Сюда же сопутствует оптимальное топливо (сухие не смолистые дрова) и оптимальные режимы работы, с дожигом зольнистых частиц и СО, подачей необходимого количества воздуха, а точнее нахождение достаточного количества кислорода поверх пламени в дополнение к воздуху подаваемому снизу.

 

Какая мощность печи ожидается с учетом КПД

Мы можем лишь приближенно определить среднюю эксплуатационную мощность печи по количеству топлива сжигаемого за сутки. Теплотворность сухих дров (20% влаги, год под навесом) определяется в среднем как 4,0 кВт/ кг. Если в сутки сумели сжечь 50 кг дров, то получили 200 кВт энергии.

С учетом КПД 0,7 для хорошей печи – 140 кВт уйдет на обогрев дома, а 60 кВт поступит через дымоход на обогрев космических пространств.

Средняя развиваемая мощность в час — 140/24=5,8 кВт/час. Вероятно, максимальная мощность была в короткие промежутки времени – 5,8х2,9=15 кВт. Передача тепла осуществлялась разными путями: какая-то часть была привнесена в дом через теплообменник и теплоноситель, другая ушла непосредственно на нагрев воздуха от печки и дымохода, третья – предметов и стен инфракрасным излучением.

 

Мощность теплообменника

Среднюю удельную максимальную мощность теплообменника принято принимать как 10 кВт с метра квадратного его площади, которая непосредственно контактирует с пламенем. Обычно умельцы собирают теплообменники для печной зоны с площадями 0,5 – 1,5 м кв.

Для теплообменника в дымоходе, удельная мощность зависит от температуры газов, и вряд ли будет больше чем 0,4 кВт с 1 м кв. его поверхности. Тем не менее, именно это устройство позволяет увеличить КПД всего контура и забрать парочку дополнительных киловатт, например, за счет размещения 0,5 м кв. плоского теплообменника в канале дымохода.

Для трубчатых дымоходов выпускаются приспособления, которые надеваются сверху. Определить их удельную мощность можно лишь экспериментально для конкретных условиях, но то, что они существенным образом повысят КПД теплогенераторов — сомнению не подлежит.

 

Важные вопросы при создании теплообменников и печей

При создании отопительного оборудования нужно преследовать несколько целей. Помимо цели максимально напичкать зону горения полезной площадью теплообмена, есть еще два ключевых момента, которые нужно решить и которые обеспечивают качественные характеристики печи.

  • Объем топочного пространства, количество одновременно горящих дров, не должны быть маленькими. Иначе придется буквально дежурить у печи держа очередную дровеняку в руках.
  • Нужно по возможности обеспечивать оптимальный объем закладки, такой, чтобы мощность от горения всего объема дров забиралась бы площадью размещенных теплообменников.
  • Еще важный вопрос  — возможность чистить теплообменники от сажи без проблем легко и без разбора печи.

 

Конструкции теплообменников с максимальным КПД

Исходя из требований простоты очистки, большой топочной камеры при одновременно большой площади теплообменна, большой удельной мощности произошли различные варианты конструкций печи и самих камер, по которым движется теплоноситель. На рынке и в самодельных конструкциях распространены следующие решения.

  • В буржуйке устанавливают спиральные теплообменники из нержавейки. КПД печки обычно 40%, если только дымоход не протянут по помещению.
  • Трубчатые теплообменники из сварных труб заделываются в кирпичную кладку. Обычно эффективность не более 50% по причине скоплений сажи в рельефной форме. Это не совсем эффективная конструкция, применялась чаще раньше при недостатке листового металла, варилась из труб отопления 50 мм.
  • Трубы  с теплоносителем опоясывают металлическую камеру сгорания — распространенная конструкция печей из металла, — не более 70%.
  • Коробчатый бак, формирует из себя камеру горения, тыльную и боковые ее стороны. Дополнительные трубы устанавливаются на исходящей газов. Это обычная схема в котлах и печах, дает КПД 70 — 75%.
  • Водяная колосниковая решетка — в отдельных котлах делают еще и колосники  из труб с теплоносителем — прибавка в несколько процентов.
  • На дымоход сделанный из труб надевается дополнительный бак-теплообменник — обычно им  подогревают небольшую ГВС.
  • Теплообменник в виде короба на исходящих газах, — забор энергии у дымовых газов, количество зависит от размеров, протяженности, площади, поднятие КПД до 85%.

Важно в печке организовать правильное горение дров, чтобы достаточное количество воздуха поступало бы к зоне горения поверх пламени, тем самым снижая не догоревшие сухие летучие остатки к минимуму, и дожигая СО, если он образуется из-за недостатка воздуха снизу, когда происходит режим тления. Именно таким образом уменьшаются отложения сажи и забирается вся энергия заключенная в топливе — поднимается КПД печи или котла.

 

Как увеличить эффективность радиаторной батареи отопления

Как увеличить кпд батареи отопления

Основная задача любого вида батарей отопления – максимально возможный обогрев помещения. Параметром, определяющим, насколько прибор соответствует поставленным задачам, является их теплоотдача. Но не только это может повлиять на часто возникающую проблему, которая заключается в том, как увеличить кпд батареи отопления. Справиться с потерями тепла можно достаточно простыми средствами, но перед этим необходимо выяснить, что может повлиять на процесс передачи тепла в окружающее пространство. Рассмотрим основные факторы, влияющие на кпд отопительных приборов:

Модель радиатора, количество секций и размер самой батареи;

Тип подключения радиатора к сети теплоснабжения;

Размещение батареи отопления в помещении;

Материал, из которого изготовлена батарея.

Все эти факторы являются основополагающими в эффективности обогрева помещения с помощью радиаторов. Однако, указанный изготовителем кпд радиаторов отопления можно изменить в лучшую сторону, если использовать несколько хитростей при их выборе и установке. Для этого в первую очередь необходимо разобраться в том, что такое коэффициент полезного действия батарей отопления, как его рассчитать и какие показатели могут на него повлиять. (См. также: Схема водяного отопления частного дома)

Что такое кпд и как его рассчитать

Теплоотдача приборов отопления, к которым относятся батареи или радиаторы, складывается из количественного показателя тепла, которое передано батареей за определённый промежуток времени и измеряется в Ваттах. Процесс теплоотдачи батареями проходит в результате процессов, которые известны как конвекция, излучение и теплообмен. Любой радиатор использует эти три вида теплообмена. В процентном соотношении эти виды передачи тепла могут варьироваться у различных типов батарей.

Каким будет кпд обогревателей, в подавляющем большинстве случаев зависит от материала, из которого они изготовлены. Рассмотрим, какими преимуществами и недостатками обладают радиаторы, изготовленные из разных видов материала.

Чугун обладает сравнительно низкой теплопроводностью, поэтому батареи из этого материала не являются лучшим вариантом. К тому же небольшая поверхность этих приборов отопления значительно снижает теплоотдачу и происходит за счёт излучения. В обычных условиях квартиры мощность батареи из чугуна составляет не более 60 Вт.

Сталь несколько выше чугунных. Более активная теплоотдача происходит из-за наличия дополнительных рёбер, которые увеличивают площадь излучения тепла. Теплоотдача происходит в результате конвекции, мощность составляет примерно 100 Вт.

Алюминий обладает наибольшей из всех предыдущих вариантов теплопроводностью, мощность их составляет около 200 Вт.

Кроме того, для наиболее эффективного обогрева необходимо учесть, какая мощность может потребоваться. При расчёте необходимой для помещения мощности обогревательных приборов используется количество стен, выходящих на улицу и окон. На каждые 10 м2 пола при наличии 1 наружной стены и окна требуется около 1 Квт тепловой мощности батареи. Если наружных стен 2, то требуемая мощность составляет уже 1,3 кВт. (См. также: Печи с водяным отоплением)

Немаловажную роль в увеличении кпд батарей отопления играет способ подключения, который должен соответствовать типу батареи и материалу, из которого она изготовлена. Прямое одностороннее подключение имеет самые высокие показатели по эффективности теплоотдачи и самые низкие по потере тепла. Диагональное подключение используется в случае наличия большого количества секций и существенно снижает возможные потери тепла.

Нижнее подключение используется в том случае, если теплопроводные трубы скрыты под стяжкой пола и не исключает потерю тепла в количестве до 10% от исходного значения. Наименее эффективным считается однотрубное подключение, так как потеря мощности обогревательного прибора при этом способе может достигать 45%.

5 способов увеличения кпд отопительной системы

Существует несколько простых способов, как повысить кпд батареи отопления без особых материальных и трудовых затрат. Рассмотрим их подробно. (См. также: Автономные системы отопления)

Поддержание поверхности отопительных приборов в чистоте.

Каким бы невероятным не казалось это утверждение, но даже тонкий слой пыли на радиаторах ведёт к понижению теплоотдачи. Например, кпд алюминиевых радиаторов, загрязнённых слоем пыли, может понизиться на 20–25%. Кроме того, в регулярной очистке нуждается и внутренняя часть батареи. С первой проблемой можно справиться самостоятельно путём обычной влажной уборки, а вот для второго придётся обратиться к квалифицированному специалисту. Сантехники имеют на вооружении знания и навыки, которые помогут в короткие сроки очистить радиатор от накипи и других загрязнений, скопившихся в процессе эксплуатации.

Окрашивание радиаторов соответствующей их назначению краской.

Во-первых, для окрашивания необходимо подбирать краску тёмных расцветок. Благодаря этому удастся добиться не только хорошего нагрева батарей, но и значительного повышения теплоотдачи. Во-вторых, необходимо выбрать для окрашивания подходящую краску. В качестве покрытия для чугунных радиаторов отопления лучше использовать известные всем эмали, а для алюминиевых и стальных батарей больше подойдут акриловые, алкидные и акрилатные эмали.

Почему вопрос с покраской стоит так, а не иначе, можно объяснить достаточно просто: чугунные радиаторы достаточно легко поддаются окраске любыми видами эмали ввиду своего строения. Тонкие пластины алюминиевых радиаторов могут быть забиты слишком толстым слоем краски. В заводских условиях радиаторы с тонким корпусом и множеством пластин окрашивают порошковыми красками, которые не представляют угрозы для качественных характеристик радиатора и не изменяют вид его теплоотдачи. Окраска батареи в тёмный цвет позволяет повысить кпд отопительных элементов до 15% от обычного значения. (См. также: Сравнение систем отопления)

Использование отражающих экранов.

Тепло, которое излучает батарея, распространяется во все стороны. Поэтому как минимум половина полезного теплового излучения уходит в стену, расположенную за приборами отопления. Уменьшить напрасные потери тепла можно, расположив за радиатором экран, например, из обычной фольги или готовый, купленный в магазине. При использовании даже самодельного экрана из тонкого металлического листа не только прекращается нагрев стены, но и создаётся дополнительный источник тепла, так как, нагреваясь, экран сам начинает отдавать тепло в помещение. При использовании отражающего экрана, кпд чугунных батарей, да и многих других, можно повысить до 10–15%.

Увеличение площади поверхности батарей.

Между площадью поверхности, которая излучает тепло, и количеством этого тепла есть самая прямая зависимость. Для увеличения теплоотдачи радиаторов можно использовать дополнительный кожух. Материал, из которого он будет изготовлен, необходимо тщательно выдирать. Например, наибольшей теплоотдачей обладают кожухи из алюминия. Их используют в качестве дополнения к чугунным радиаторам. При частых перебоях в работе отопительных систем стоит подумать о приобретении стальных кожухов, которые очень долго сохраняют полученное от радиаторов тепло. Соответственно, этот тип кожухов для батарей отдаёт тепло в окружающее пространство намного дольше других.

Создать дополнительные потоки воздуха в помещении.

Если направить на приборы отопления поток воздуха, например, с помощью обычного бытового вентилятора, то нагрев воздуха в помещении будет происходить значительно быстрее. При этом стоит учитывать, что направление воздушного потока должно быть вертикальным и направленным снизу вверх. При таком способе повышение кпд радиаторов может достигать 5–10%.

Используя даже один способ улучшения теплоотдачи батарей, можно значительно повысить температуру в помещении и снизить затраты на дополнительный обогрев. Перед тем, как вы приступите к улучшению характеристик радиаторов, убедитесь в правильности их подключения к теплосети и в том, что регуляторы подачи тепла на приборах последнего поколения установлены на необходимое значение. Кроме того, при постоянной проблеме с теплоснабжением, нужно уделить внимание теплоизоляции стен и окон, через которые обычно и уходит тепло. Утеплять нужно не только наружные стены, но и те, которые выходят на лестничную клетку.

Как увеличить эффективность теплоотдачи радиаторов отопления

Вполне очевидно, что главной задачей радиатора отопления является максимально эффективный обогрев помещения. Основным параметром, который определяет, насколько отопительный прибор справляется с этой задачей, является теплоотдача радиатора.

Ключевым показателем эффективности любого радиатора отопления является теплоотдача. Данный показатель является индивидуальным для каждой модели радиаторов, кроме того, на него влияет тип подключения прибора, особенности его размещения и другие факторы. Как подобрать оптимальный с точки зрения теплоотдачи радиатор, как подключить его максимально эффективно, как увеличить теплоотдачу?

Теплоотдача представляет собой показатель, обозначающий количество тепла, переданное радиатором в помещение за определенное время. Синонимами теплоотдачи являются такие термины как мощность радиатора, тепловая мощность, тепловой поток и т.д. Измеряется теплоотдача отопительных приборов в Ваттах (Вт). В некоторых источниках тепловая мощность радиатора приводится в калориях в час. Эту величину можно перевести в Ватты (1 Вт=859,8 кал/ч).

Теплопередача от радиатора отопления осуществляется в результате трех процессов:
– Теплообмена;
– Конвекции;
– Излучения (радиации).
Каждый радиатор отопления использует все три типа переноса тепла, однако их соотношение у разных типов отопительных устройств отличается. По большому счету, радиаторами могут называться только те приборы, у которых не менее 25% тепловой энергии передается в результате прямого излучения, однако сегодня значение этого термина значительно расширилось. Потому очень часто под называнием «радиатор» можно встретить устройства конвекторного типа.

Выбор радиаторов отопления для установки в дом или квартиру должен основываться на максимально точных расчетах необходимой мощности. С одной стороны, всем хочется сэкономить, потому покупать лишние батареи не следует, но с другой – если радиаторов будет недостаточно, то в квартире не получится поддерживать комфортную температуру.

Способов расчета необходимой тепловой мощности отопительных приборов несколько.
Самый простой способ основывается на количестве наружных стен и окон в них.
Расчет производится так:
– Если в помещение одна наружная стена и одно окно, то на каждые 10 м2 площади помещения необходимо 1 кВт тепловой мощности батарей отопления.
– Если в помещение две наружные стены, то на каждые 10 м2 площади помещения необходимо минимум 1,3 кВт тепловой мощности батарей отопления.
Второй способ более сложен, но он дает возможность получить максимально точное значение требуемой мощности.
Расчет производится по формуле:
S x h x41, где: S – площадь комнаты, для которой производится расчет. h – высота помещения. 41 – нормативный показатель минимальной мощности на 1 кубический метр объема помещения. Полученная величина и будет необходимой мощностью отопительных приборов. Далее следует эту мощность поделить на номинальную теплоотдачу одной секции радиатора (как правило, эту информацию содержит инструкция к отопительному прибору).
В результате мы получаем необходимое для эффективного отопления количество секций.
Если в результате деления у вас получилось дробное число – округляйте его в большую сторону, так как недостаток мощность отопления гораздо сильнее снижает уровень комфорта в помещении, чем его избыток.

Отопительные приборы из разных материалов отличаются по теплоотдаче. Поэтому, выбирая радиаторы для квартиры или дома, необходимо внимательно изучать характеристики каждой модели – очень часто даже близкие по форме и габаритам радиаторы имеют разную мощность.
Чугунные радиаторы – обладают относительно небольшой поверхностью теплоотдачи, отличаются низкой теплопроводностью материала. Теплоотдача происходит в основном за счет излучения, лишь около 20% приходится на долю конвекции. «Классический» чугунный радиатор Номинальная мощность одной секции чугунного радиатора МС-140 при температуре теплоносителя в 90 град. С составляет около 180 Вт, однако данные цифры справедливы лишь для лабораторных условий. На самом деле в системах централизованного отопления температура теплоносителя редко поднимается выше 80 градусов, при этом некоторая часть тепла теряется по пути к самой батарее. В итоге температура поверхности такого радиатора составляет около 60 град. С, а теплоотдача одной секции не превышает 50-60 Вт.


Стальные радиаторы сочетают в себе положительные качества секционных и конвекционных радиаторов. Как правило, стальной радиатор включает в себя одну или несколько панелей, внутри которых циркулирует теплоноситель. Для повышения тепловой мощности радиатора к панелям дополнительно привариваются стальные ребра, которые и работают как конвектор. Теплоотдача стальных радиаторов не намного больше, чем у чугунных – потому к преимуществам таких отопительных приборов можно причислить разве что относительно небольшую массу и более привлекательный дизайн. При снижении температуры теплоносителя теплоотдача стального радиатора снижается очень сильно. Поэтому, если в вашей системе отопления циркулирует вода с температурой 60-750, показатели теплоотдачи стального радиатора могут разительно отличаться от заявленных производителем.

Теплоотдача алюминиевых радиаторов существенно выше, чем у двух предыдущих разновидностей (одна секция – до 200 Вт), но существует фактор, который ограничивает применение алюминиевых отопительных приборов. Этот качество воды: при использовании чересчур загрязненного теплоносителя внутренняя поверхность алюминиевого радиатора постепенно подвергается коррозии. Вот почему, несмотря на хорошие показатели по мощности, алюминиевые радиаторыв основном устанавливают в частных домах с автономной системой отопления.


Биметаллические радиаторы по показателям теплоотдачи ничуть не уступают алюминиевым. Но за эффективность всегда приходится платить, а потому цена биметаллических радиаторов несколько выше, чему батарей из других материалов.

Как все же можно управлять теплоотдачей уже купленного радиатора в зависимости от подключения.
Теплоотдача радиатора зависит не только от температуры теплоносителя и материала, из которого радиатор изготовлен, но и от способа подключения радиатора к системе отопления:
Прямое односторонне подключение считается самым выгодным с точки зрения теплоотдачи. Именно поэтому номинальная мощность радиатора рассчитывается именно при прямом подключении (схема приведена на фото).
Диагональное подключение применяется в том случае, если подключается радиатор с числом секций боле 12. Такое подключение максимально снижает теплопотери.
Нижнее подключение радиатора используется для присоединения батареи к скрытой в стяжке пола системе отопления. Потери теплоотдачи при таком подключении составляют до 10%.
Однотрубное подключение является наименее выгодным с точки зрения мощности. Потери теплоотдачи при таком подключении могут составлять от 25 до 45%.

Каким бы мощным ни был ваш радиатор, часто хочется увеличить его теплоотдачу. Особенно актуальным это желание становится в зимний период, когда радиатор, даже работающий на полную мощность, не справляется с поддержанием температуры в помещении.
Есть несколько способов увеличения теплоотдачи радиаторов:
Первый способ – это регулярная влажная уборка и очистка поверхности радиатора. Чем чище радиатор, тем выше уровень его теплоотдачи. Также важно правильно окрашивать радиатор, особенно если вы используете чугунные секционные батареи. Толстый слой краски препятствует эффективному теплообмену, потому перед покраской батарей необходимо удалить с них слой старой краски.
Также эффективно будет использование специальных красок для труб и радиаторов, имеющих низкое сопротивление теплопередаче. Чтобы радиатор обеспечивал максимальную мощность, его нужно правильно смонтировать. Среди наиболее распространенных ошибок в монтаже радиаторов специалисты выделяют наклон батареи, установку слишком близко к полу или стене, перекрытие радиаторов неподходящими экранами или предметами интерьера
.

Правильный и неправильный монтаж Для повышения эффективности можно также провести ревизию внутренней полости радиатора. Часто при подключении батареи к системе остаются заусенцы, на которых со временем образуется засор, препятствующий движению теплоносителя. Еще одним способом обеспечения максимально отдачи является монтаж на стену за радиатором теплоотражающего экрана из фольгированного материала. Особенно эффективен данный способ при усовершенствовании радиаторов, установленных на наружных стенах здания.

? Какие из этих способов действительно повышают теплоотдачу батарей?

На чтение: 5 минут Нет времени?

Пришли холода, включили отопление, а дома всё равно холодно? Знакомая многим ситуация. Первое, что приходит на ум – как заставить работать батареи на 100%? В сегодняшнем обзоре мы решили разобрать, какие из способов, которые можно найти в сети, действительно способствуют повышению теплоотдачи радиаторов, а какие являются вымыслом с научной и практической точки зрения. А поможет нам в этом специально приглашённый специалист.

Вот такую картину можно иногда наблюдать при проверке радиатора тепловизором

Читайте в статье

Уменьшение теплопотерь

К сведению! Сразу оговоримся, что данный пункт относится к проблеме в целом, а не к радиаторам конкретно.

Начнём мы наш анализ с банальной вещи – снижение теплопотерь. Для большинства не секрет, что на различного рода ограждения приходится до 60% тепловых потерь. Посмотрите на калькулятор ниже.

Давайте оставим параметры по умолчанию, но попробуем «поиграться» с характеристиками стены, пола, потолка и проёмов. Сравним идеальный случай, когда внешние стены утеплены, сверху и снизу находится отапливаемое помещение, имеется одно окно с двухкамерным стеклопакетом. В этом случае понадобится всего 1,2 кВт на отопление такого помещения. А теперь посмотрим случай, когда стены не утеплены, сверху и снизу неотапливаемые помещения, а окно обычное деревянное. В этом случае понадобится аж 4,69 кВт! Значительная разница, не правда ли?

Примерные величины теплопотерь через ограждающие конструкции

Именно поэтому первым-наперво необходимо обеспечить уменьшение теплопотерь всеми доступными способами, после чего переходить непосредственно к радиаторам.

Вывод: эффективно на 100%.

Использование экранов-отражателей за радиатором

Пожалуй, самый часто обсуждаемый и противоречивый способ. Из аргументов против чаще всего приводится:

  • сдвиг точки росы или изотермы внутрь помещения;
  • охлаждение стены за радиатором и, как следствие, уменьшение температуры в самом помещении;

Давайте попробуем разобраться.

Принцип работы экрана-отражателя

Сдвиг точки росы

Тут нужно понимать, что площадь экрана за радиатором значительно ниже площади стены. Именно поэтому оказать хоть сколько-таки сильное влияние на смещение точки росы экран просто не в состоянии. На неё оказывают влияние слишком много параметров. Это и коэффициент теплопроводности ограждающей конструкции (на простом языке – материал стены), и вид утеплителя, и способ его монтажа, и влажность снаружи/внутри и т.д.

Изменение точки росы в зависимости от способа утепления

Охлаждение стены за радиатором

Очень сомнительный довод, прямо вытекающий из пункта выше. Участок стены за радиатором слишком небольшой, чтобы его нагрев/охлаждение оказал сильное влияние на общую температуру в помещении.

Так что же тогда? Эффективен ли экран за батареей? В большинстве случаев он всего лишь препятствует расходу тепла на обогрев стены за прибором. Это тепло может быть расходовано более эффективно, но и тут возникает проблема – как его распределить? Если радиатор установлен в нише, да ещё и завешан шторами, то пользы от экрана не будет никакой.

Вывод: эффективно, но требует идеальных условий эксплуатации.

Улучшение циркуляции воздуха

Как многие знают, в основе работы радиатора заложены процессы конвекции и излучения. Конвекция основана на простом законе физики: тёплый воздух имеет меньшую плотность и поднимается вверх. Теплообмен излучением осуществляется посредством электромагнитных волн в инфракрасном диапазоне. Соотношение этих двух видов теплообмена будет очень сильно зависеть от вида источника тепла. Но для простоты пояснения скажем, что в обычном водяном радиаторе преобладает конвекция.

Процессы теплообмена в водяном радиаторе

То есть теоретически, установив за радиатором средства принудительной циркуляции, можно добиться лучшего смешения конвективных потоков в помещении, тем самым используя выделяемое батареей тепло более эффективно. В сочетании с предыдущим пунктом (экран-отражатель) радиатор будет работать более «качественно».

Многие домашние мастера приспосабливают для этих целей обычные компьютерные кулеры

Вывод: эффективно, но требует идеальных условий эксплуатации.

Окраска радиатора в тёмный цвет

Ещё одно мнение, которое блуждает в интернете, что покраска батареи в чёрный или коричневый цвет увеличивает теплообмен излучением. В большинстве случаев подобные суждения основаны на физическом понятии «абсолютно чёрного тела», которое сильнее всего поглощает и излучает. Всё это относится и к батарее отопления. Покрашенные светлой краской излучают меньше, чем покрашенные тёмной. Давайте прикинем, насколько.

Немного физики. По закону Стефана-Больцмана излучение абсолютно чёрного тела пропорционально абсолютной температуре в 4-й степени.

R (T) = σ × T 4 , где

σ = 5,67·10 -8 Вт/(м 2 К 4 ) — постоянная Стефана-Больцмана.

Реальные тела относятся к «серым». Для реального «серого» нужно учитывать его излучательную способность ε . Батарея и сама поглощает ИК-излучение из комнаты, и в учебниках приводится соответствующая формула, в которую входят температуры как батареи, так и комнаты (в кельвинах в 4-й степени). Легко показать, что если нагреть батарею от 20°С на 40 градусов, то её излучение увеличится в 81 раз. Расчёт (приблизительный, конечно) показывает следующее. Пусть батарея площадью 1 кв. м покрашена коричневой масляной краской (для нее ε ≈ 0,8). Температура воды в ней пусть будет 70°С, а комнаты — 20°С. Тогда мощность ИК-излучения такой батареи будет 300 Вт. Не так уж мало! Ещё сильнее будет греть батарея, покрашенная чёрной матовой (не глянцевой!) краской. А если краска будет белой, мощность излучения будет ниже. Но эстетические соображения обычно берут верх, и батареи (открытые) обычно красят светлыми красками.

Чёрные радиаторы также свободно можно найти в продаже

Вывод: эффективно, но требует идеальных условий эксплуатации.

Изменение способа подключения радиатора

Знакома ли вам ситуация, когда половина батареи имеет высокую температуру, а половина холодная? Чаще всего в этом случае виноват способ подключения. Взгляните как работает прибор при одностороннем подключении радиатора с подачей теплоносителя сверху.

Обратите внимание, насколько хуже работают дальние секции

Теперь взглянем на схему одностороннего подключения с подачей теплоносителя снизу.

Видим тот же самый эффект

А вот двухстороннее подключение с подачей сверху и снизу.

Видим тот же самый эффект

Если вы обнаружили у себя одну из представленных выше схем, то вам не повезло. Самым рациональным с точки зрения эффективности работы является диагональное подключение с подачей сверху.

Вся теплообменная площадь радиатора прогревается равномерно, радиатор работает на полную мощность

И как же быть в том случае, когда разводку труб менять не хочется или же невозможно? В этом случае мы можем посоветовать приобрести радиаторы, имеющие в своей конструкции некоторую хитрость. Эта специальная перегородка между первой и второй секцией, меняющая направление движения теплоносителя.

А этот вариант подходит для верхнего двухстороннего подключения

В случае одностороннего подключения показали свою эффективность специальные удлинители потока.

Принцип работы удлинителя потока

Существуют устройства и для оптимизации одностороннего нижнего подключения, но думаем общий принцип вам теперь стал ясен.

Вывод: эффективно на 100%.

В заключение

Как мы уже успели убедиться, почти все способы в той или иной степени способствуют улучшению температурного режима. Какие-то обязательны к внедрению, какие-то дадут очень маленький эффект. Но ведь и море состоит из капель:) Если вы знаете ещё способы улучшения эффективности работы батарей, то милости просим в комментарии.

Теплоотдача радиаторов отопления: увеличиваем эффективность

Содержание

Вполне очевидно, что главной задачей радиатора отопления является максимально эффективный обогрев помещения. И основным параметром, который определяет, насколько отопительный прибор справляется с этой задачей, является теплоотдача радиатора отопления.

Данный показатель является индивидуальным для каждой модели радиаторов, кроме того, на теплоотдачу влияет тип подключения прибора, особенности его размещения и другие факторы. Как подобрать оптимальный с точки зрения теплоотдачи радиатор, как подключить его максимально эффективно, как увеличить теплоотдачу? Обо всем этом мы расскажем в данной статье!

Движение теплоносителя по радиатору

Теплоотдача – ключевой показатель эффективности

Определение теплоотдачи

Теплоотдача представляет собой показатель, обозначающий количество тепла, переданное радиатором в помещение за определенное время. Синонимами теплоотдачи являются такие термины как мощность радиатора, тепловая мощность, тепловой поток и т.д. Измеряется теплоотдача отопительных приборов в Ваттах (Вт).

Схема тепловых потоков здания

Обратите внимание! В некоторых источниках тепловая мощность радиатора приводится в калориях в час. Эту величину можно перевести в Ватты (1 Вт=859,8 кал/ч).

Теплопередача от радиатора отопления осуществляется в результате трех процессов:

Каждый радиатор отопления использует все три типа переноса тепла, однако их соотношение у разных типов отопительных устройств отличается. По большому счету, радиаторами могут называться только те приборы, у которых не менее 25% тепловой энергии передается в результате прямого излучения, однако сегодня значение этого термина значительно расширилось. Потому очень часто под называнием «радиатор» можно встретить устройства конвекторного типа.

Читайте также об особенностях подбора радиаторов отопления.

Расчет необходимой теплоотдачи

Выбор радиаторов отопления для установки в дом или квартиру должен основываться на максимально точных расчетах необходимой мощности. С одной стороны, всем хочется сэкономить, потому покупать лишние батареи не следует, но с другой – если радиаторов будет недостаточно, то в квартире не получится поддерживать комфортную температуру.

Размещение радиаторов в доме

Способов расчета необходимой тепловой мощности отопительных приборов несколько.

Самый простой способ основывается на количестве наружных стен и окон в них. Расчет производится так:

  • Если в помещение одна наружная стена и одно окно, то на каждые 10 м2 площади помещения необходимо 1 кВт тепловой мощности батарей отопления.
  • Если в помещение две наружные стены, то на каждые 10 м2 площади помещения необходимо минимум 1,3 кВт тепловой мощности батарей отопления.

Второй способ более сложен, но он дает возможность получить максимально точное значение требуемой мощности. Расчет производится по формуле:

  • S – площадь комнаты, для которой производится расчет.
  • h – высота помещения.
  • 41 – нормативный показатель минимальной мощности на 1 кубический метр объема помещения.

Полученная величина и будет необходимой мощностью отопительных приборов. Далее следует эту мощность поделить на номинальную теплоотдачу одной секции радиатора (как правило, эту информацию содержит инструкция к отопительному прибору). В результате мы получаем необходимое для эффективного отопления количество секций.

Совет! Если в результате деления у вас получилось дробное число – округляйте его в большую сторону, так как недостаток мощность отопления гораздо сильнее снижает уровень комфорта в помещении, чем его избыток.

Читайте также о характеристиках чугунных радиаторов отопления.

Теплоотдача радиаторов из разных материалов

Отопительные приборы из разных материалов отличаются по теплоотдаче. Поэтому, выбирая радиаторы для квартиры или дома, необходимо внимательно изучать характеристики каждой модели – очень часто даже близкие по форме и габаритам радиаторы имеют разную мощность.

  • Чугунные радиаторы – обладают относительно небольшой поверхностью теплоотдачи, отличаются низкой теплопроводностью материала. Теплоотдача происходит в основном за счет излучения, лишь около 20% приходится на долю конвекции.

«Классический» чугунный радиатор

Номинальная мощность одной секции чугунного радиатора МС-140 при температуре теплоносителя в 900С составляет около 180 Вт, однако данные цифры справедливы лишь для лабораторных условий.

На самом деле в системах централизованного отопления температура теплоносителя редко поднимается выше 80 градусов, при этом некоторая часть тепла теряется по пути к самой батарее. В итоге температура поверхности такого радиатора составляет около 600С, а теплоотдача одной секции не превышает 50-60 Вт.

  • Стальные радиаторы сочетают в себе положительные качества секционных и конвекционных радиаторов. Как правило, стальной радиатор включает в себя одну или несколько панелей, внутри которых циркулирует теплоноситель. Для повышения тепловой мощности радиатора к панелям дополнительно привариваются стальные ребра, которые и работают как конвектор.

Теплоотдача стальных радиаторов не намного больше, чем у чугунных – потому к преимуществам таких отопительных приборов можно причислить разве что относительно небольшую массу и более привлекательный дизайн.

Обратите внимание! При снижении температуры теплоносителя теплоотдача стального радиатора снижается очень сильно. Поэтому, если в вашей системе отопления циркулирует вода с температурой 60-750, показатели теплоотдачи стального радиатора могут разительно отличаться от заявленных производителем.

  • Теплоотдача алюминиевых радиаторов существенно выше, чем у двух предыдущих разновидностей (одна секция – до 200 Вт), но существует фактор, который ограничивает применение алюминиевых отопительных приборов.

Этот фактор — качество воды: при использовании загрязненного теплоносителя внутренняя поверхность алюминиевого радиатора подвергается коррозии. Вот почему, несмотря на хорошие показатели по мощности, алюминиевые радиаторы стоит устанавливать только в частных домах с автономной системой отопления.

  • Биметаллические радиаторы по показателям теплоотдачи ничуть не уступают алюминиевым. К примеру, у модели Rifar Base 500 теплоотдача секции составляет 204 Вт. Да и к воде они не столь требовательны. Но за эффективность всегда приходится платить, а потому цена биметаллических радиаторов несколько выше, чему батарей из других материалов.

Биметаллический радиатор в помещении

Управление теплоотдачей радиатора

Зависимость теплоотдачи от подключения

Теплоотдача радиатора зависит не только от температуры теплоносителя и материала, из которого радиатор изготовлен, но и от способа подключения радиатора к системе отопления:

  • Прямое односторонне подключение считается самым выгодным с точки зрения теплоотдачи. Именно поэтому номинальная мощность радиатора рассчитывается именно при прямом подключении (схема приведена на фото).

Подключение прямого типа

  • Диагональное подключение применяется в том случае, если подключается радиатор с числом секций боле 12. Такое подключение максимально снижает теплопотери.
  • Нижнее подключение радиатора используется для присоединения батареи к скрытой в стяжке пола системе отопления. Потери теплоотдачи при таком подключении составляют до 10%.
  • Однотрубное подключение является наименее выгодным с точки зрения мощности. Потери теплоотдачи при таком подключении могут составлять от 25 до 45%.

Подключение однотрубного типа

Совет! Методы реализации подключения по разному типу вы можете изучить по видео материалам, размещенным на данном ресурсе.

Способы увеличения теплоотдачи

Каким бы мощным ни был ваш радиатор, часто хочется увеличить его теплоотдачу. Особенно актуальным это желание становится в зимний период, когда радиатор, даже работающий на полную мощность, не справляется с поддержанием температуры в помещении.

Краска для батарей отопления

Есть несколько способов увеличения теплоотдачи радиаторов:

  • Первый способ – это регулярная влажная уборка и очистка поверхности радиатора. Чем чище радиатор, тем выше уровень его теплоотдачи.
  • Также важно правильно окрашивать радиатор, особенно если вы используете чугунные секционные батареи. Толстый слой краски препятствует эффективному теплообмену, потому перед покраской батарей необходимо удалить с них слой старой краски. Также эффективно будет использование специальных красок для труб и радиаторов, имеющих низкое сопротивление теплопередаче.
  • Чтобы радиатор обеспечивал максимальную мощность, его нужно правильно смонтировать. Среди наиболее распространенных ошибок в монтаже радиаторов специалисты выделяют наклон батареи, установку слишком близко к полу или стене, перекрытие радиаторов неподходящими экранами или предметами интерьера.

Правильный и неправильный монтаж

  • Для повышения эффективности можно также провести ревизию внутренней полости радиатора. Часто при подключении батареи к системе остаются заусенцы, на которых со временем образуется засор, препятствующий движению теплоносителя.
  • Еще одним способом обеспечения максимально отдачи является монтаж на стену за радиатором теплоотражающего экрана из фольгированного материала. Особенно эффективен данный способ при усовершенствовании радиаторов, установленных на наружных стенах здания.

Существует еще несколько способов, позволяющих своими руками повысить теплоотдачу радиатора. Однако они могут и не понадобиться, если вы изначально выберете модель, обладающую мощностью, достаточной для поддержания тепла в вашем доме!

Читайте также о преимуществах стальных радиаторов отопления Прадо — качественных отопительных приборах отечественного производства.

Как увеличить эффективность батареи отопления

Зима все ближе и ближе, мы постепенно чувствуем, как дни становятся холоднее. С приближением зимних холодов нужно задуматься об отеплении дома. Именно этой теме посвящен наш материал, в котором мы рассмотрим способ увеличения эффективности батареи отопления.

Представляем вашему вниманию видеоролик, в котором описан весь процесс

Итак, что нам понадобится для реализации нашей задумки:
– несколько боксовых 80-х куллеров;
– зарядное устройство от старого мобильного телефона;
– нейлоновые стяжки или проволока 10 шт;
– канцелярский нож;
– паяльник;
– олово;
– канифоль;
– изолента;
– крестовая отвертка.

Слегка уточним некоторые нюансы с материалами. Боксовые куллеры можно снять со старых компьютерных блоков питания. Также следует обратить внимание на зарядное устройство, которое должно выдавать ток больше полу ампера. Если под рукой не окажется нейлоновых стяжек, то можно использовать клейкую ленту, медную проволоку или термоклей. Теперь, когда с материалами все ясно, можно приступать к работе.

Начинаем собирать нашу несложную конструкцию. Для этого используем нейлоновые стяжки, которыми крепим куллеры друг к другу. В конечном итоге у нас должна получиться своеобразная вентиляционная конструкция с пятью куллерами, прикрепленными бок о бок. Нужно обязательно проследить за тем, чтобы вентиляторы всех куллеров были в одном и том же направлении.

Отрезаем канцелярским ножом лишние части стяжек.

Теперь приступаем к подключению проводов, идущих от куллеров. Их нужно подключать параллельно, то есть черный к черному, красный к красному . Если на куллерах есть желтые провода, то их нужно отрезать, поскольку желтый провод – это провод датчика оборотов, который нам не нужен.

Припаиваем провода так, чтобы у нас получилось два многожильных провода.

После того, как все провода подключены друг к другу, нужно подключить их к блоку питания. Внимательно проверяем плюс и минус блока, поскольку при неправильном подключении куллеры не будут крутиться. Припаиваем провода от куллеров к проводам блока питания.

Проверяем. Если все работает, смело изолируем.

Теперь можно ставить куллеры на свое место, а именно под батареей отопления. Следует проследить за тем, чтобы они дули вверх. Прикрепить их к батарее можно обычной медной проволокой, как это делает автор.

Как увеличить КПД батарей отопления

Экология потребления.Усадьба:Иногда обнаруживается, что батареи греют не так, как должны. Конечно, можно их сменить, но менять батареи в холода сомнительное удовольствие, а такие проблемы возникают, в основном, с началом отопительного сезона.

Иногда обнаруживается, что батареи греют не так, как должны. Конечно, можно их сменить, но менять батареи в холода сомнительное удовольствие, а такие проблемы возникают, в основном, с началом отопительного сезона.

Остается или терпеть до лета и мерзнуть, или попытаться, если не решить проблему, то хотя бы уменьшить ее. И это даже более чем реально, причем решение может быть как чисто техническим, так и просто «хитростью».

Что делать если не греют батареи
Количество секций

Первое что стоит сделать – это посчитать достаточно ли секций радиаторов на вашу комнату. Если их недостаточно, то выход только один – выбрать необходимые радиаторы отопления и добавить несколько секций к батарее.

Стандартный способ расчета количества радиаторов отопления:
16кв.м. х 100Вт / 200Вт = 8
где 16 – площадь помещения,
100Вт – нормативная тепловая мощность на 1м²,
200Вт – примерная мощность одной секции радиатора (можно посмотреть по паспорту),
8 – необходимое количество секций радиатора отопления

Проверка регулятора

Если ваша батарея оборудована регулятором мощности, то стоит проверить, на какую температуру он включен. Весной нет необходимости сильно обогревать помещение и, возможно, регулятор стоит на недостаточной сейчас температуре.

Воздушная пробка

Проверьте температуру поверхности самой батареи, если она сильно нагрета в одном месте, а в другом едва теплая, то, скорее всего, хорошему прогреву мешает воздушная пробка.

Еще один симптом воздушной пробки – непонятный шум, бульканье. У современных батарей есть специальный клапан для спуска воздуха (кран Маевского) он расположен вверху батареи и открывается с помощью плоской отвертки. Достаточно просто немного открутить кран, до звука выхода воздуха, подождать пока весь воздух выйдет и не пойдет вода, а затем закрутить кран.
Не забудьте подставить что-нибудь для сбора воды. Если сами не рискуете или не нашли у своей батареи подобный клапан, то вызывайте сантехника.

Чистка радиатора

Качественной работе батареи очень сильно мешает пыль и грязь. Очистить ее снаружи вы сможете и сами. Лучше снять старый слой краски, если этих слоев несколько, то процедура обязательна, и покрасить специальной термоустойчивой краской, желательно темного (черного) цвета. Почистить батарею изнутри может только сантехник с помощью специального оборудования.

Декоративный кожух

Декоративный экран (кожух) урегулирует и увеличит теплоотдачу. Более того, на данный момент выбор экранов широкий они непросто подойдут, а и украсят любой интерьер. Но нужно внимательно отнестись к материалу, из которого он сделан. Экран из дерева или пластика не даст желаемого эффекта и, наоборот, не пропустит часть тепла в комнату. Для того чтобы в комнате потеплело, экран нужно выбирать из алюминия, он будет прекрасно проводить тепло.

Маленькие хитрости для увеличения температуры отдачи батарей отопления

К батарее необходим свободный доступ воздуха, уберите все, что его загораживает, в том числе и шторы, можно просто поднять их на подоконник. Помочь движению воздуха сможет обыкновенный вентилятор. Расположите его так, чтобы поток шел мимо батареи. Таким образом, теплый воздух будет быстрее попадать вглубь помещения, а холодный – ближе к батарее.

Часть тепла поглощает стена за батареей, чтобы этого избежать, нужно изолировать этот участок. В качестве изоляции может послужить гофрированный картон и алюминиевая фольга. Прикрепите эту конструкцию картоном к стене, а фольгой к батарее. Отражение тепла будет просто отличное.

Необязательно использовать подручные средства, есть более качественные, удобные решения для теплоизоляции. Современные материалы, такие как полирекс, пенофол или изолон, замечательно изолируют, и с одной стороны имеют самоклеящуюся поверхность, что, естественно, облегчит их монтаж.

Обратите внимание. После наклеивания утеплителя расстояние между батареей и стеной не должно быть меньше двух сантиметров, иначе воздух не будет циркулировать и теплее не станет. При недостаточном расстоянии можно просто наклеить фольгу, лучше сохранить расстояние и не рисковать, наклеивая толстый слой изоляции.

Батареи могут плохо греть если они установлены так, что зазор между ними и стеной изначально меньше двух сантиметров, в таком случае стоит задуматься об их реконструкции, так как половина тепла будет уходит в стену и никак не сможет попасть внутрь комнаты.

Применение технических решений может в принципе снять необходимость установки новых батарей. Благодаря этим небольшим хитростям можно просто поднять температуру на несколько градусов, если вам этого недостаточно, то конечно стоит подумать о замене батарей и о внешней теплоизоляции. опубликовано econet.ru

Понравилась статья? Напишите свое мнение в комментариях.
Подпишитесь на наш ФБ:

КПД печи. Как увеличить мощность печи


КПД — это коэффициент полезного действия.

Увеличение КПД печи даёт:

  • Изменение поддува (установка в поддувале металлической трубы, направленной в подполье)
     
  • Использование тепла дымохода (встраивание в дымоход 2 или 3-х труб небольшого диаметра с выходом в одно или два помещения)
     
  • Дополнительный отбор тепла плиты (установка над плитой специальной металлической вытяжки, которая будет захватывать тепло, идущее вверх от плиты и направлять его по трубе в дальний конец комнаты)

Как поднять теплоотдачу печки буржуйки, смотрите видео.

Многие хозяева сталкиваются с тем, что их дровяная печь не вытягивает по мощности на качественное отопление дома, вследствие чего начинаются поиски вариантов решения данного вопроса. К счастью, опыт свидетельствует, что в подавляющем большинстве случаев при правильном подходе вполне реально повысить коэффициент полезного действия печки, после чего она станет работать намного эффективнее. Однако чтобы правильно выполнить все необходимые технологические операции важно знать особенности функционирования печи, правила воздухооборота и теплоотдачи.

Что такое КПД?

Коэффициент полезного действия представляет собой математическую характеристику, которая представляет собой соотношение затрачиваемых ресурсов к получению высокого результата. Чаще всего данный показатель характеризует энергоэффективность работы отопительного прибора, выражаемый в процентном отношении. КПД печи определяется путем соотношения количества тепла, содержащегося в топливе к количеству тепла, переданному помещению. Чем выше данный показатель, тем выше КПД и эффективнее работа печки.


Установка в поддувале металлической трубы, направленной в подполье


Встраивание в дымоход 2 или 3-х труб небольшого диаметра
с выходом в одно или два помещения


Установка над плитой специальной металлической вытяжки,
которая будет захватывать тепло, идущее вверх от плиты
и направлять его по трубе в дальний конец комнаты


Как увеличить КПД различных печей

В настоящее время печники при кладке используют новые схемы и проекты, в которых КПД будет более высоким, нежели при традиционном конструировании печи. В то же время печки старого образца, сложенные традиционным способом, далеко не всегда имеют высокую теплоотдачу. Даже те варианты, где предусматривается установка большего числа оборотов, далеко не всегда способствуют достижению желаемого результата. Однако опыт многих наших соотечественников позволяет говорить о том, что каждый хозяин при желании может повысить данный показатель.

Одним их эффективных способов повышения тепла в доме является установка над плитой специальной металлической вытяжки, которая будет захватывать тепло, идущее вверх от плиты и направлять его по трубе в дальний конец комнаты. Благодаря этому нехитрому методу смежное с плитой помещение нагреется гораздо быстрее, причем КПД также будет увеличен, поскольку тепло не будет теряться, уходя через потолок над печкой.

Существует еще и такой интересный вариант, как встраивание в дымоход 2 или 3-х стельных труб небольшого диаметра с выходом в одно или два помещения. Лучше всего такое приспособление сделать еще на этапе строительство дымохода, однако при грамотной реконструкции можно доработать и существующий дымоход. Благодаря этому температура в помещении сразу после растапливания печи начинает стремительно повышается за счет тех горячих газов, которые идут по дымоходу и нагревают вставленные трубы. Высокая теплопроводность стали позволяет практически мгновенно разогреть их, после чего трубы начинают передавать теплый воздух комнатам. При такой конструкции даже если мощность печи невысокая, в помещении все равно будет тепло.

Что дает увеличение КПД хозяину?

Принимая во внимание высокую стоимость любого топлива, включая дрова и уголь, любой хозяин стремится сделать свою печь максимально производительной. В этом отношении также можно обратить внимание на конструкцию поддувала, которое можно немного усовершенствовать и снизить объем выдуваемого теплого воздуха при розжиге печи.

Если установить в поддувале металлическую трубу, направив ее в подполье, то теплый воздух из помещения не будет забираться в дымоход, сохраняя, таким образом, температуру в помещении.

Подводя итоги вышеизложенному можно сказать, что печи с высоким КПД выполнить вполне реально, однако для этого нужно внимательно продумать методы усовершенствования конструкции печи. Благодаря этому все владельцы дровяных печей получают уникальную возможность эффективность теплоотдачи, сделав проживание в доме более комфортным и уютным.

Видео


Фото: permies.com, kamin-best.ru, jkuhnya.ru

Как увеличить теплоотдачу печи

Буржуйки могут здорово прогреть гараж или подсобку. Однако металлические стенки таких печек стремительно греются и быстро остывают. Народные умельцы придумали, как увеличить КПД буржуйки. Нужно ее усовершенствовать. Изменить конструкцию корпуса и дымохода, поэкспериментировать с топливом и дополнительными теплоносителями.

Зачем увеличивать КПД?

Компактные размеры печки приводят к тому, что поверхность, которая нагревается при работе, невелика. Не так много тепла поступает наружу и помещение стремительно остывает. Иногда кажется, что отдача от буржуйки слабая.

Чтобы помочь ей увеличить эффективность, решается несколько задач:

  • увеличивается длительность горения и тления;
  • обеспечивается достаточно высокая температура сгорания;
  • достигается высокий уровень тяги.

к содержанию ↑

Стандартный КПД буржуйки

Методы по увеличению КПД

Есть несколько способов того, как увеличить КПД буржуйки в гараже и перестать замерзать. Они в разной степени сложные: от ящика с песком до обновленной конструкции. Все они производятся без серьезных финансовых затрат, а для их внедрения используются подручные средства. Рассмотрим каждый метод по увеличению КПД буржуйки в отдельности.

Изменение дымохода

На эффективность буржуйки напрямую влияет форма дымохода. Чтобы теплоотдача не страдала, конструкция трубы должна соответствовать определенным параметрам.

    Труба должна быть вертикальная. Допускается использование углов с наклоном не более 45 градусов. Если условия вынуждают к врезке 90-градусных углов, то стоит постараться использовать их как можно меньше.

Угол 90, замените на 45

Сделайте дымоход повыше

Кладка вокруг печи экрана из кирпича

Кирпичная кладка вокруг аппарата позволяет сохранить тепло и обезопасить себя и окружающих от контакта с раскаленным металлом. Правильно положенная кладка увеличивает теплоотдачу примерно на четверть. Когда буржуйка топится, кирпичная кладка нагревается. После того, как топливо сгорит, она продолжит делиться собранным теплом. Эксперты советуют выкладывать кирпич не вплотную, а за 30 сантиметров от стенок топки.

Чтобы выложить экран, понадобится пару десятков жаропрочных кирпичей:

  • экран выкладывается на глиняном растворе;
  • первый ряд выкладывается по намеченной разметке;
  • во втором ряду делаются зазоры для вентиляции размером в половину кирпича;
  • кирпич выкладывается в соответствии с заранее продуманной формой и размером для проема;
  • на последний ряд крепится полоса со стали для дополнительной фиксации.

Улучшение теплоотдачи с помощью топлива

Топится металлическая печка по-разному: от дров до опилок с мелким мусором. Для улучшения теплоотдачи в буржуйке используются спрессованные опилки, брикетированные отходы производства и уголь.

  • Спрессованные опилки прогорают гораздо медленнее — одной загрузки хватает на долгие часы тления.
  • Брикеты изготавливают из стружки и отходов древесного производства. Прессованный состав позволяет им тлеть долго, ведь они не могут разгореться. Брикеты тлеют равномерно и продолжительно, увеличивая теплоотдачу буржуйки.

Брикеты из опилок

Стоит также оценить силу тяги. Это можно сделать, взглянув на цвет пламени. Если воздуха мало, то пламя краснеет и появляются темные полосы, если кислорода слишком много — языки пламени становятся ярко-белыми. Тяга, а вместе с ней и КПД печки, находится в норме, когда пламя — золотисто-оранжевого цвета. Для лучшей тяги можно устроить обдув буржуйки с помощью обычного вентилятора.

Ящик с песком

Если совсем нет желания переоснащать свою печку, что-то достраивать или экспериментировать с разными видами топлива, есть самый простой и экономный метод. На буржуйку ставится ящик, в который помещены два ведра с песком.

Поставьте 2 таких ведра в ящик сверху печи.

Переделка конструкции

Приваренные по бокам стальные уголки усиливают само устройство и увеличивают температуру печи. Также для этих целей прикручиваются металлические боковые экраны.

Умельцы приделывают листы железа за 6 сантиметров от стенок топки. Это делается, чтобы энергия тепла передавалась с помощью конвекции, благодаря которой воздух двигается между установленными пластинами и корпусом буржуйки.

Установите защитные металлические экраны

Чтобы энергия тепла не исчезала так скоро, можно воспользоваться металлической кассетой. Это объект цилиндрической формы, сваренный из листа стали. Его называют кассетой, потому что он вставляется в топочный отсек. В кассету загружают немного дров, переворачивают и ставят в буржуйку, чтобы дрова сами постепенно выпадали на разогретые угли и загорались. Пока дрова, что уже в топке, горят, оставшиеся в кассете просушиваются и загораются вслед за первыми слоями.

Использование дополнительного теплоносителя

Печки дополняют емкостями для воды и так называемыми водяными рубашками, чтобы использовать их в качестве дополнительного теплоносителя и сохранять энергию.

Водяная рубашка устроена следующим образом. П-образный бак, в котором происходит нагрев воды, монтируется в корпус. От бака ответвляются два патрубка: для подачи и обработки. Сам бак подпитывается за счет врезки в трубопровод.

Вывод

Эффективность буржуйки увеличивается без помощи специалистов и серьезных финансовых вложений. Чтобы печь прогревала лучше, мы можем прибегнуть к изменению конструкции, дополнительно обложив кладкой, или просто изменить вид топлива. Все эти способы отличаются сложностью, но схожи в одно — они действуют.

Добрый день. Подскажите, как увеличить теплоотдачу печки (фото прикладываю), печь с плитой, дымоход сделан напрямую.

Судя по фотографии, печь уже пытались оптимизировать и таки сделали один зиг-заг в дымоходе в пристроенной (неокрашенной ) части. Конструкция действительно не очень удачная. Печь примыкает к стене. Это перегородка или наружная стена? Если это перегородка, то можно попробовать увеличить теплоотдачу Установкой в дымоход наклонных металлических воздуховодов.
Придется дымоход аккуратно продырявить. В верхней части труб воздуховодов нужно приварить наклонные фланцы (на рисунке их нет), чтобы труба не выскользнула из дымохода.

Как то так.

Только градус наклона должен быть меньше, не больше 10! Поднимать надо примерно на 1 кирпич. При таком, как на схеме воздух в трубе не успеет нагреться.

Такие калориферы предлагает ставить в печах своей конструкции небезызвестный А.М. Андреев( Максимыч)

Если дымоход сделан напрямую из топки, то уже никак не увеличишь. Кирпичные печи усовершенствованию почти не поддаются, их надо делать сразу с заданными параметрами.
Это, насколько можно понять, варочная печь, в нашей области такие ставили «вторым номером», рядом с русской, чтоб не топить каждый день да ещё в теплое время года последнюю.

Единственно можно посоветовать поставить на плиту закрытые емкости с водой, все-таки хоть какая-то дополнительная теплоаккумуляция будет.

В продолжение дискуссии, добавлю интересный вариант увеличения теплоотдачи печки в доме, который посоветовал мне сосед, когда-то тоже ставивший такую задачу перед собой, и я с его слов решил поделиться разработкой и нарисовал схему.
Совет заключается в установке оцинкованных стальных труб диаметром 50 мм, на печку, с целью увеличения поверхности отдачи тепла. Туба должна иметь сквозной проход воздуха, с забором в холодной зоне (снизу) и выходом уже нагретого воздуха в верхней его части, и должна располагаться на высоте не менее диаметра самой трубы, т. е. 5 см, но более рационально увеличить зону захвата воздуха раза в два с тем, чтобы избежать поступления пыли и, соответственно, ее повторного распыления.
Желательно покрыть отапливаемую поверхность печи цементно-песчано-известковой смесью толщиной 25 мм, в которую следует утопить вертикальные трубы, что заметно повысит эффективность подобной системы. И до того, как данная смесь загустеет, закрепить на стене (на половину диаметра трубы).
Это обеспечит равномерное распределение тепла по поверхности. Топка же как концентрированный источник тепла быть в особенной мере обеспечена отводом производимой энергии. По этой причине не стоит забывать, что тепловая производительность любой печи, в первую очередь, опирается на те устройства, которые обеспечивают передачу тепла к жилым помещениям. Можно привести в виде примера плоские теплообменники. Хотя при своей немалой себестоимости, их эффективность несколько сомнительна. Опять же, трубы в «воздухообменнике» можно окрасить термостойкой краской. И эти трубы при должной установке могут стать очень эффектным элементом дизайна интерьера.
Это один из вариантов в «копилку советов», который имеет право на существование и обсуждение, но, думаю, что все-таки стоит печь перекладывать.

увеличение теплоотдачи печи

КПД – это коэффициент полезного действия.

Увеличение КПД печи даёт:

  • Изменение поддува (установка в поддувале металлической трубы, направленной в подполье)
  • Использование тепла дымохода (встраивание в дымоход 2 или 3-х труб небольшого диаметра с выходом в одно или два помещения)
  • Дополнительный отбор тепла плиты (установка над плитой специальной металлической вытяжки, которая будет захватывать тепло, идущее вверх от плиты и направлять его по трубе в дальний конец комнаты)

Как поднять теплоотдачу печки буржуйки, смотрите видео.

Многие хозяева сталкиваются с тем, что их дровяная печь не вытягивает по мощности на качественное отопление дома, вследствие чего начинаются поиски вариантов решения данного вопроса. К счастью, опыт свидетельствует, что в подавляющем большинстве случаев при правильном подходе вполне реально повысить коэффициент полезного действия печки, после чего она станет работать намного эффективнее. Однако чтобы правильно выполнить все необходимые технологические операции важно знать особенности функционирования печи, правила воздухооборота и теплоотдачи.

Что такое КПД?

Коэффициент полезного действия представляет собой математическую характеристику, которая представляет собой соотношение затрачиваемых ресурсов к получению высокого результата. Чаще всего данный показатель характеризует энергоэффективность работы отопительного прибора, выражаемый в процентном отношении. КПД печи определяется путем соотношения количества тепла, содержащегося в топливе к количеству тепла, переданному помещению. Чем выше данный показатель, тем выше КПД и эффективнее работа печки.

Установка в поддувале металлической трубы, направленной в подполье

Встраивание в дымоход 2 или 3-х труб небольшого диаметра
с выходом в одно или два помещения

Установка над плитой специальной металлической вытяжки,
которая будет захватывать тепло, идущее вверх от плиты
и направлять его по трубе в дальний конец комнаты

Как увеличить КПД различных печей

В настоящее время печники при кладке используют новые схемы и проекты, в которых КПД будет более высоким, нежели при традиционном конструировании печи. В то же время печки старого образца, сложенные традиционным способом, далеко не всегда имеют высокую теплоотдачу. Даже те варианты, где предусматривается установка большего числа оборотов, далеко не всегда способствуют достижению желаемого результата. Однако опыт многих наших соотечественников позволяет говорить о том, что каждый хозяин при желании может повысить данный показатель.

Одним их эффективных способов повышения тепла в доме является установка над плитой специальной металлической вытяжки, которая будет захватывать тепло, идущее вверх от плиты и направлять его по трубе в дальний конец комнаты. Благодаря этому нехитрому методу смежное с плитой помещение нагреется гораздо быстрее, причем КПД также будет увеличен, поскольку тепло не будет теряться, уходя через потолок над печкой.

Существует еще и такой интересный вариант, как встраивание в дымоход 2 или 3-х стельных труб небольшого диаметра с выходом в одно или два помещения. Лучше всего такое приспособление сделать еще на этапе строительство дымохода, однако при грамотной реконструкции можно доработать и существующий дымоход. Благодаря этому температура в помещении сразу после растапливания печи начинает стремительно повышается за счет тех горячих газов, которые идут по дымоходу и нагревают вставленные трубы. Высокая теплопроводность стали позволяет практически мгновенно разогреть их, после чего трубы начинают передавать теплый воздух комнатам. При такой конструкции даже если мощность печи невысокая, в помещении все равно будет тепло.

Что дает увеличение КПД хозяину?

Принимая во внимание высокую стоимость любого топлива, включая дрова и уголь, любой хозяин стремится сделать свою печь максимально производительной. В этом отношении также можно обратить внимание на конструкцию поддувала, которое можно немного усовершенствовать и снизить объем выдуваемого теплого воздуха при розжиге печи.

Если установить в поддувале металлическую трубу, направив ее в подполье, то теплый воздух из помещения не будет забираться в дымоход, сохраняя, таким образом, температуру в помещении.

Подводя итоги вышеизложенному можно сказать, что печи с высоким КПД выполнить вполне реально, однако для этого нужно внимательно продумать методы усовершенствования конструкции печи. Благодаря этому все владельцы дровяных печей получают уникальную возможность эффективность теплоотдачи, сделав проживание в доме более комфортным и уютным.

Видео

Фото: permies.com, kamin-best.ru, jkuhnya.ru

Утеплитель Isoroc является универсальным теплоизоляционным материалом, в основе которого лежат базальтовые горные породы. Важными отличительными чертами этого утеплителя является его негорючесть, а также очень низкий уровень теплопроводности. Назначение утеплителя Данный утеплитель имеет следующее назначение: Создание необходимого микроклимата внутри помещения; Повышение пожаробезопасности того объекта где он используется; Защита от холода а также от посторонних звуков; Снижение…

Узнайте: Как определить химический состав воды Как подготовить воду для системы отопления Как самому проверить воду «на чистоту» (Видео) Запомните: Если жесткость воды в диапазоне 5-7 мг-экв/л – жидкость может быть использована в отопительной системе. Слишком мягкая вода имеет малое содержание солей и минералов, но при этом ее кислотность повышается. Низкий ph-воды способствует…

Русская печь – всегда была символом тепла, уюта и здоровья. Недаром большинство преданий и легенд были связаны именно с этим атрибутом дома. Но вместе с тем еще наши предки хорошо понимали, что дровяная печь требует особенного отношения. А топить ее мусором вообще считалось признаком неуважения, как к хозяевам дома, так и к самому себе. Отопление…

Как обслуживать котел отопления? | Интересные факты

Если у вас свой собственный дом, то отопление в зимнее время года — очень важный и существенный вопрос. Главное просчитать всю систему и правильно обслуживать все узлы отопления.

Как рассчитать мощность котла отопления?

Выбор котла отопления начинается с расчета его мощности. Основным параметром для расчета служит общая теплопотеря помещения. Она зависит от двух факторов: сезонной разницы температур и теплопроводности отдельных материалов стен, окон , дверей, пола и потолка. Теплоизоляционные свойства строительных материалов описываются величиной сопротивления теплопередаче, которая показывает, сколько ватт тепла теряет материал на 1 кв. метр при заданной разнице температур. Данные сопротивления теплопередаче по отдельным материалам даны в специальных строительных справочниках, где рассчитаны для средней температуры самой холодной недели в году.

Краткий алгоритм расчета:замеряем площадь наружных поверхностей, отдающих тепло – находим сопротивление теплопередаче для каждой поверхности – вычисляем потери тепла для каждой поверхности – рассчитываем суммарную теплопотерю помещения. Расчет мощности котла существенно упрощают специальные программы, которые можно найти в Интернет.

Как повысить кпд газового котла?

Изучение таблиц теплоизолирующих свойств материалов подскажет первый шаг для увеличения КПД котла отопления. Например, стеклопакет снижает теплопотери вдвое по сравнению со стандартными рамами. Поэтому, для начала необходимо снизить теплопотери помещения.

Газовый котел отпления

Если котел уже проработал несколько лет,необходимо почистить его от накипи – это поможет поднять КПД. Снижение теплопроводности магистральных труб, подающих воду в радиаторы, и уменьшение их диаметра тоже способствует поставленной задаче. Но если требуется существенное увеличение эффективности котла, то рекомендуется замена на новый, с более высокими заводскими параметрами.

Как устранить неисправность газового котла?

В основе большинства неисправностей котлов лежит недостаточная или избыточная подача воздуха, плохой контакт термопары, поломка датчиков тяги или избыточное давление в газопроводе.

Чтобы проверить тягу, достаточно зажечь спичку возле воздуховода котла и убедиться, что пламя наклоняется к отверстию и при этом сохраняет ровный характер горения. Дополнительным признаком избыточной тяги служит слишком сильное гудение при работе котла.

При заниженной тяге может наблюдаться отрыв пламени от горелки и прекращение нагрева. В этом случаях достаточно отрегулировать тягу, если же это не помогает, то проверить и, при необходимости, заменить ее датчики. Отрыв пламени от горелки может быть связан и с изменением проходимости форсунок. В этом случае надо аккуратно прочистить их, в соответствии с инструкцией, а если проблема осталась, то заменить на новые.

Ремонт котлов отопления не стоит осуществлять самостоятельно, поскольку газовое оборудование относится к категории взрывоопасных, однако владелец вполне может диагностировать проблему и исправить ее, если она связана с простой настройкой оборудования.

Редакция uznayvse.ru желает своим подписчикам «хорошей погоды» в доме.

Как повысить эффективность пластинчатого теплообменника

Как повысить эффективность пластинчатого теплообменника

В последние годы технология пластинчатых теплообменников становится все более зрелой. Он обладает высокой эффективностью теплопередачи, небольшим объемом, малым весом, низким коэффициентом загрязнения, легкостью демонтажа, множеством видов пластин, широким диапазоном применения и широко используется в отопительной промышленности. По способу сборки пластинчатые теплообменники можно разделить на съемные, сварные, паяные и кожуховые.Поскольку съемный пластинчатый теплообменник легко разбирается и чистится, а площадь теплообменника может изменяться, он широко используется в теплотехнике. Съемный пластинчатый теплообменник ограничен температурой термостойкости резиновой прокладки, которая подходит для теплопередачи воды и воды. В этой статье исследуется оптимизация конструкции для повышения эффективности съемного пластинчатого теплообменника.

Повышение КПД пластинчатого теплообменника — это проблема комплексной экономической выгоды, которая должна быть определена после технико-экономического сравнения.Чтобы повысить эффективность теплопередачи и снизить сопротивление теплообменника, следует разумно выбирать материал пластин и резиновых прокладок, а также метод установки, чтобы обеспечить безопасную работу оборудования и продлить срок его службы.

Метод оптимизации пластинчатого теплообменника


Повышение эффективности теплопередачи


Пластинчатый теплообменник — это теплообменник с теплообменником от стены к стене.Холодная и горячая жидкость передает тепло через пластину теплообменника, и жидкость контактирует с пластиной напрямую. Режим теплопередачи — теплопроводность и конвекция. Ключом к повышению эффективности теплопередачи пластинчатого теплообменника является увеличение коэффициента теплопередачи и средней логарифмической разности температур.
① Чтобы улучшить коэффициент теплопередачи теплообменника, необходимо одновременно увеличить коэффициент поверхностной теплопередачи холодной и горячей сторон пластины, снизить тепловое сопротивление слоя загрязнения, выбрать пластина с высокой теплопроводностью и уменьшить толщину пластины, чтобы эффективно улучшить коэффициент теплопередачи теплообменника.
а. Повышение коэффициента поверхностной теплопередачи пластины
Поскольку пульсация пластинчатого теплообменника может вызвать турбулентность жидкости при небольшом расходе, он может получить более высокий коэффициент поверхностной теплопередачи, который связан с геометрией пульсации пластины и потоком состояние среды. Форма волны пластины включает в себя елочку, прямую, сферическую и так далее. После многих лет исследований и экспериментов было обнаружено, что форма гофрированного профиля имеет треугольную форму (синусоидальная форма, коэффициент поверхностной теплопередачи самый большой, перепад давления небольшой, а распределение напряжений равномерное под давлением, но это сложно. для обработки?) Чем больше угол между гофрами, тем выше скорость потока и тем выше коэффициент поверхностной теплоотдачи.
г. Снижение термического сопротивления слоя загрязнения
Ключом к снижению термического сопротивления слоя загрязнения теплообменника является предотвращение образования накипи на пластине. При толщине загрязнения 1 мм коэффициент теплопередачи уменьшается примерно на 10%. Следовательно, необходимо следить за качеством воды с обеих сторон теплообменника, чтобы предотвратить образование накипи на пластине и предотвратить прилипание водяного мусора к пластине. Чтобы предотвратить кражу воды и коррозию стальных деталей, некоторые нагревательные элементы добавляют в теплоноситель химикаты.Поэтому необходимо обращать внимание на загрязнение пластин теплообменника из-за качества воды и липкости. Если в воде есть вязкие примеси, для очистки следует использовать специальные фильтры. При выборе медикамента лучше выбирать медикамент без вязкости.
г. Выберите пластину с высокой теплопроводностью
Материал пластины можно выбрать из аустенитной нержавеющей стали, титанового сплава, медного сплава и т. Д. Нержавеющая сталь имеет хорошую теплопроводность, около 14.4 Вт / (м · К), высокая прочность, хорошие характеристики штамповки, нелегко поддается окислению. Его цена ниже, чем у титанового и медного сплавов. Он чаще всего используется в теплотехнике, но его устойчивость к хлорид-ионной коррозии оставляет желать лучшего.
г. Уменьшить толщину пластины
Расчетная толщина пластины зависит не от ее коррозионной стойкости, а от несущей способности теплообменника. Утолщение пластин может улучшить несущую способность теплообменника.Когда используется комбинация пластин типа «елочка», соседние пластины переворачиваются, и гофры контактируют друг с другом, образуя точку опоры с высокой плотностью и равномерным распределением. Угол наклона пластины и структура уплотнения краев постепенно улучшались, что придает теплообменнику хорошую способность выдерживать давление. Максимально допустимая нагрузка отечественного съемного пластинчатого теплообменника по давлению достигла 2,5 МПа. Толщина пластины имеет большое влияние на коэффициент теплопередачи.При уменьшении толщины на 0,1 мм общий коэффициент теплопередачи симметричного пластинчатого теплообменника увеличивается на 600 Вт / (м · К), а у асимметричного пластинчатого теплообменника увеличивается на 500 Вт / (м · К). Исходя из того, что теплообменник выдерживает давление, толщина пластины должна быть как можно меньше.
② Увеличить среднюю логарифмическую разность температур
Типы потоков пластинчатого теплообменника следующие: противоток, прямой поток и смешанный поток (как противоток, так и прямой поток).В одних и тех же условиях средняя логарифмическая разница температур является наибольшей для противотока и наименьшей для потока ниже по потоку. Метод увеличения средней логарифмической разности температур теплообменника состоит в том, чтобы максимально использовать противоточную или почти противоточную схему смешанного течения, увеличить температуру текучей среды на горячей стороне, насколько это возможно, и снизить температуру текучей среды на холодной стороне.
③ Определение положения впускной и выпускной трубы
Для пластинчатого теплообменника с однопоточной компоновкой для удобства обслуживания впускные и выпускные трубы для жидкости должны быть расположены со стороны неподвижной концевой пластины теплообменника до упора. возможный.Чем больше разница температур среды, тем сильнее естественная конвекция жидкости и тем очевиднее влияние застойной зоны. Следовательно, вход и выход среды должны быть расположены в соответствии с расположением верхнего входа и нижнего выхода горячей жидкости, а также нижнего входа и верхнего выхода холодной текучей среды, чтобы уменьшить влияние застойной зоны и повысить эффективность теплопередачи.

Способы снижения сопротивления теплообменника


Увеличение средней скорости среды в межпластинном канале может улучшить коэффициент теплопередачи и уменьшить площадь теплообменника.Однако увеличение расхода увеличивает сопротивление теплообменника, увеличивает потребляемую мощность и стоимость оборудования циркуляционного насоса. Потребляемая мощность циркуляционного насоса пропорциональна третьей мощности среднего расхода, и получить немного более высокий коэффициент теплопередачи за счет увеличения расхода неэкономично. Когда расход холодной и горячей среды велик, можно использовать следующие методы для уменьшения сопротивления теплообменника и обеспечения более высокого коэффициента теплопередачи.
① Использование пластины для горячего смешивания
В зависимости от угла волны «елочкой» пластину можно разделить на твердую пластину (H) и мягкую пластину (L), а угол волны «елочки» составляет 120. Около 90. Это жесткая доска. с включенным углом (обычно 70. Около 90. Это мягкая плита. Результаты показывают, что коэффициент поверхностной теплопередачи твердой плиты высок, а сопротивление жидкости высокое, тогда как у мягкой плиты наоборот. Комбинация твердой пластины и мягкой пластины может образовывать три типа каналов потока с высокими (Hh), средними (HL) и низкими (LL) характеристиками, чтобы соответствовать требованиям различных рабочих условий.
При большом расходе горячей и холодной среды площадь пластины теплообменника с пластиной горячего смешения меньше, чем у симметричного однопоточного. Диаметр угловых отверстий на обеих сторонах тарелки для горячего и холодного смешивания обычно одинаков. Когда соотношение потоков горячей и холодной среды слишком велико, потеря давления в угловых отверстиях на одной стороне холодной среды велика. Кроме того, трудно добиться точного согласования технологии проектирования плиты горячей смеси, что часто приводит к ограничению площади плиты.Следовательно, использование плиты горячего смешивания не подходит, когда соотношение потоков холодной и горячей среды слишком велико.
② Используется асимметричный пластинчатый теплообменник
Симметричный пластинчатый теплообменник состоит из пластин с одинаковой гофрированной геометрией с обеих сторон пластины, образуя пластинчатый теплообменник с равной площадью поперечного сечения каналов холодного и горячего потока. В соответствии с требованиями характеристик теплопередачи и перепада давления холодной и горячей жидкости, асимметричный пластинчатый теплообменник (типа неодинакового поперечного сечения) изменяет геометрию формы волны с обеих сторон пластины, образуя пластинчатый теплообменник с неравным поперечным сечением. площади сечения каналов холодного и горячего течения.Диаметр угла l на одной стороне широкого проточного канала больше. Коэффициент теплопередачи асимметричного пластинчатого теплообменника немного уменьшается, и падение давления значительно уменьшается. При большом расходе горячей и холодной среды площадь пластин теплообменника с асимметричным однопоточным потоком может быть уменьшена на 15–30% по сравнению с таковым в теплообменнике с симметричным одинарным потоком.
③ Принять комбинацию нескольких процессов
Когда скорость потока горячей и холодной среды велика, можно использовать комбинацию нескольких потоков, и можно использовать больший поток на стороне с небольшой скоростью потока, чтобы улучшить скорость потока и получить более высокую теплопередачу коэффициент.Чтобы уменьшить сопротивление теплообменника, на стороне высокого потока используется меньший поток. Результаты показывают, что картина смешанного потока появляется в многопоточном сочетании, а средняя разница температур теплопередачи немного ниже. Фиксированная концевая пластина и подвижная концевая пластина пластинчатого теплообменника с комбинированной технологией имеют соединительные трубы, поэтому работы по техническому обслуживанию тяжелые.
④ Байпасная труба теплообменника
Когда расход горячей и холодной среды относительно велик, байпасная труба может быть установлена ​​между входом и выходом теплообменника на стороне с большим потоком, чтобы уменьшить скорость потока в теплообменник и уменьшите сопротивление.Для облегчения регулировки на байпасной трубе следует установить регулирующий клапан. Таким образом, следует принять противоточную схему, чтобы повысить температуру холодной среды на выходе из теплообменника, чтобы гарантировать, что температура холодной среды после комбинированного потока на выходе из теплообменника может соответствовать проектным требованиям. Байпасная трубка теплообменника может обеспечить высокий коэффициент теплопередачи теплообменника и снизить сопротивление теплообменника, но регулировка немного сложна.
⑤ Выбор пластинчатого теплообменника
Средняя скорость среды в канале между пластинами теплообменника должна быть 0,3 ~ 0,6 м / с, а сопротивление должно быть не более 100 кПа. В соответствии с различным соотношением потоков холодной и горячей среды, различные типы пластинчатых теплообменников могут быть выбраны в соответствии с таблицей 1. Отношение площади поперечного сечения асимметричного пластинчатого теплообменника в таблице составляет 2. При использовании симметричного или асимметричного пластинчатого теплообменника. , однопоточный или многопоточный пластинчатый теплообменник, байпасная труба теплообменника может быть установлена, но необходимо выполнить подробный тепловой расчет.

Материал и способ установки резиновой прокладки


① Выбор материала
В водо-водяном теплообменнике холодная и горячая среда не подвержены коррозии резиновой прокладки. Ключом к выбору материала резиновой прокладки является термостойкость уплотнения, а материал резиновой прокладки можно выбрать в соответствии с литературой.
② Выбор способа установки
Обычные методы установки резиновых прокладок — это клеевой тип и защелкивающийся тип.Клеевой тип предназначен для приклеивания резиновой прокладки в канавку уплотнения пластины во время сборки теплообменника. Защелкивающийся тип предназначен для фиксации резиновой прокладки в канавке уплотнения пластины с помощью защелкивающейся конструкции резиновой прокладки и края пластины при сборке теплообменника. Поскольку рабочая нагрузка при установке с защелкой очень мала, вероятность повреждения резиновой прокладки при разборке теплообменника низка, а в клее нет хлорид-иона, который может вызвать коррозию пластины, поэтому он широко используется.

Разумный выбор материала плиты


Точечная коррозия, щелевая коррозия, коррозия под напряжением, межкристаллитная коррозия, равномерная коррозия и т. Д. Могут вызвать коррозионное разрушение листа из нержавеющей стали, и частота возникновения коррозии под напряжением высока.

Источник: китайский производитель теплообменников — Yaang Pipe Industry Co., Limited (www.ugsteelmill.com).

(Yaang Pipe Industry — ведущий производитель и поставщик изделий из никелевых сплавов и нержавеющей стали, включая фланцы из супердуплексной нержавеющей стали, фланцы из нержавеющей стали, фитинги из нержавеющей стали, трубы из нержавеющей стали.Продукция Yaang широко используется в судостроении, атомной энергетике, морской инженерии, нефтяной, химической, горнодобывающей промышленности, очистке сточных вод, резервуарах для природного газа и высокого давления и других отраслях).

Если вы хотите получить дополнительную информацию о статье или поделиться с нами своим мнением, свяжитесь с нами по адресу [email protected].

Обратите внимание, что вас могут заинтересовать другие опубликованные нами технические статьи:

Как повысить эффективность передачи пластинчатого теплообменника (часть 1)

В последние годы пластинчатые теплообменники становятся все более зрелыми, с высокой эффективностью теплопередачи, небольшими размерами, малым весом, низкотемпературным коэффициентом сопротивления, удобством разборка, различные виды, этот тип теплообменников широко используется в отопительной промышленности.По способам сборки пластинчатые теплообменники можно разделить на съемные, сварные, паяные, пластинчато-кожуховые и т. Д. Поскольку съемные пластинчатые теплообменники легко разбираются и чистятся, а также имеют гибкую площадь, они один из самых применяемых теплообменников в теплотехнике. Поскольку они ограничены температурой термостойкости резиновой прокладки, они подходят для передачи тепла вода-вода.

Как повысить эффективность пластинчатых теплообменников — это комплексная проблема экономической выгоды, и ее следует решать путем технических и экономических сравнений.Одновременно следует учитывать повышение эффективности теплопередачи теплообменника и снижение его сопротивления, а также разумный выбор материалов пластины и резиновой прокладки, а также метод установки

для обеспечения безопасной эксплуатации. оборудования и продлить срок его службы.

Высокотемпературные и низкотемпературные жидкости напрямую контактируют с пластинами и передают тепло через них. Ключом к повышению эффективности теплопередачи пластинчатых теплообменников является увеличение коэффициента теплопередачи и средней логарифмической разности температур.Только за счет одновременного увеличения коэффициента поверхностной теплопередачи с обеих сторон пластины (с высокой теплопроводностью и тонкостью) и снижения теплового сопротивления слоя загрязнения можно улучшить коэффициент теплопередачи теплообменника .

Увеличьте коэффициент поверхностной теплопередачи пластины
Поскольку гофрирование пластинчатого теплообменника позволяет жидкости создавать турбулентность при небольшой скорости потока (число Рейнольдса 150), более высокий коэффициент поверхностной теплопередачи, который составляет связанные с геометрией гофров пластины и состоянием потока среды, могут быть получены.Форма волны пластин включает форму елочки, форму шара и так далее. После многих лет исследований и экспериментов было обнаружено, что пластина в форме елочки с треугольным гофрированным сечением имеет относительно высокий коэффициент теплопередачи поверхности, и чем больше угол гофра, тем выше скорость потока среды в проточном канале между пластинами. , и тем больше коэффициент поверхностной теплоотдачи.

Снижение термического сопротивления слоя загрязнения
Ключом к снижению термического сопротивления слоя загрязнения теплообменника является предотвращение образования накипи.При толщине окалины 1 мм коэффициент теплопередачи снижается примерно на 10%. Следовательно, необходимо уделять внимание контролю качества воды на обеих сторонах теплообменника , чтобы предотвратить прилипание примесей в воде к пластине.

Выберите пластины с высокой теплопроводностью
Материалами пластин могут быть аустенитная нержавеющая сталь, титановый сплав, медный сплав. Чаще всего используется нержавеющая сталь, которая имеет хорошую теплопроводность

, хорошие характеристики штамповки, более низкую цену, чем титановый сплав, медный сплав, его нелегко окислить, но легко корродировать хлорид-ионами.

Уменьшить толщину пластины
Толщина пластины не зависит от ее коррозионной стойкости, но зависит от несущей способности теплообменника . Когда толщина пластины увеличивается, повышается допустимая нагрузка на теплообменник . Для формы «елочка» гофры соседних пластин должны соприкасаться друг с другом, чтобы образовалась точка опоры с большой плотностью и равномерным распределением. Но на коэффициент теплоотдачи большое влияние оказывает толщина пластины — при уменьшении толщины на 0.1 мм, общий коэффициент теплопередачи симметричного пластинчатого теплообменника увеличивается примерно на 600 Вт / (м • К), а у асимметричного типа увеличивается примерно на 500 Вт / (м • К). Исходя из требований выдерживать давление, толщина плиты должна быть как можно меньше.

Увеличьте среднюю логарифмическую разницу температур
Схемы течения пластинчатых теплообменников включают противоток, параллельный поток и поперечный поток.При одинаковых рабочих условиях средняя логарифмическая разница температур в противотоке больше, чем в параллельном потоке, а в перекрестном потоке

находится посередине. Метод увеличения средней логарифмической разности температур теплообменника заключается в использовании противотока или перекрестного потока, который близок к противотоку. Кроме того, увеличьте температуру горячей жидкости и уменьшите температуру холодной жидкости.

Теплообменники | IPIECA

Последнее рассмотрение темы: 1 февраля 2014 г.

секторов: нисходящий, средний, восходящий

Теплообменники используются для передачи тепла от одной среды к другой.Эти среды могут быть газом, жидкостью или их комбинацией. Среда может быть разделена сплошной стенкой для предотвращения смешивания или может находиться в прямом контакте. Теплообменники могут повысить энергоэффективность системы за счет передачи тепла от систем, где оно не нужно, другим системам, где оно может быть использовано с пользой.

Например, отработанное тепло в выхлопе газовой турбины, производящей электричество, может быть передано через теплообменник для кипячения воды для приведения в действие паровой турбины для выработки большего количества электроэнергии (это основа для технологии газовых турбин с комбинированным циклом).

Другое распространенное использование теплообменников — предварительный нагрев холодной жидкости, поступающей в нагретую технологическую систему, с использованием тепла от горячей жидкости, выходящей из системы. Это снижает затраты энергии, необходимые для нагрева поступающей жидкости до рабочей температуры.

  • Особые области применения теплообменников:
  • Нагревание более холодной жидкости за счет тепла более горячей жидкости
  • Охлаждение горячей жидкости за счет передачи тепла более холодной жидкости
  • Кипячение жидкости с использованием тепла более горячей жидкости
  • Кипение жидкости при конденсации более горячего газообразного флюида
  • Конденсация газообразной жидкости с помощью более холодной жидкости [Ссылка 1]

Жидкости в теплообменниках обычно текут быстро, что способствует передаче тепла посредством принудительной конвекции.Этот быстрый поток приводит к потерям давления в жидкостях. Под эффективностью теплообменников понимается то, насколько хорошо они передают тепло относительно потери давления, которую они несут. Современная технология теплообменников сводит к минимуму потери давления, одновременно увеличивая теплопередачу и достигая других целей проектирования, таких как выдерживание высокого давления жидкости, сопротивление загрязнению и коррозии, а также возможность очистки и ремонта.

Для эффективного использования теплообменников в многопроцессном предприятии тепловые потоки следует учитывать на системном уровне, например, с помощью «пинч-анализа» [вставьте ссылку на страницу пинч-анализа].Существует специальное программное обеспечение для облегчения этого типа анализа, а также для выявления и предотвращения ситуаций, которые могут усугубить засорение теплообменника (см. Пример 1 ).

Применение технологий

Теплообменники

доступны во многих типах конструкций, каждый со своими преимуществами и ограничениями. Основные типы теплообменников:

Кожух и трубка — Наиболее распространенный тип конструкции теплообменника состоит из параллельного расположения трубок в кожухе [Рис. 1]. Одна жидкость течет по трубкам, а другая жидкость течет через кожух по трубкам. Трубки могут быть расположены в оболочке для обеспечения параллельного потока, противотока, поперечного потока или того и другого. Теплообменники также могут быть описаны как имеющие расположение труб в однопроходном, многопроходном или U-образном исполнении. Благодаря своей трубчатой ​​конструкции этот тип теплообменника может выдерживать большие давления. Теплообменник может иметь одну или две головки на кожухе и несколько впускных, выпускных, выпускных и сливных патрубков [Ссылка 2].

Рис. 1 : Поперечное сечение кожухотрубного теплообменника с одинарным проходом s, противоточной конфигурацией , большими сегментными перегородками и двумя головками кожуха [Ref 3].

Элементы отклонения потока часто устанавливаются в кожухотрубных теплообменниках для улучшения теплообмена между жидкостями за счет создания более турбулентного потока жидкости на стороне кожуха и более перпендикулярного потока через трубы. Такие элементы должны быть тщательно спроектированы, чтобы минимизировать потери давления и образование «мертвых зон».Мертвые зоны — это области медленного или остановленного потока жидкости, которые могут привести к засорению (отложению твердых частиц) в теплообменнике.

Общие функции отклонения потока включают:

  • Сегментные перегородки (расположенные в шахматном порядке перпендикулярные перегородки, каждая из которых закрывает часть стороны оболочки; см. Рисунок 1),
  • Дисковые и кольцевые перегородки — расположенные в шахматном порядке круглые и кольцевые барьеры поочередно вытесняют поток со стороны оболочки поочередно в сторону и в сторону оси оболочки
  • Спиральные перегородки — расположены под углом для обеспечения спиралевидного обтекания стороны кожуха
  • Стержневые перегородки — решетки стержней, обычно перпендикулярные оси оболочки.Трубки проходят в осевом направлении через промежутки между стержнями
  • .
  • Вставки для трубок — вставки, такие как катушки из длинной проволоки, помещаются внутри труб для обеспечения турбулентного потока и сведения к минимуму засорения

Рисунок 2 — Расположение спиральных перегородок Обратите внимание, что перегородки на самом деле имеют много отверстий, позволяющих проходить трубам по всей длине кожуха. [Ссылка 4]

Другой подход к отклонению потока — это конструкция «витой трубы» от Koch Heat Transfer Company.В этой конструкции трубки сплющиваются в овалы и скручиваются в длинные спирали, а затем складываются вместе. Спиральный поток жидкостей как со стороны кожуха, так и со стороны трубы обеспечивает хорошую теплопередачу при относительно низких перепадах давления.

Рисунок 3 — Трубные вставки, выступающие из трубок кожухотрубного теплообменника 5

Рисунок 4 — Трубки теплообменника с витыми трубками и схема потока 6

Пластина и рама — тонкие параллельные пластины сложены вместе, образуя широкие параллельные каналы.Горячие и холодные жидкости проходят через чередующиеся каналы. Пластины разделены прокладкой или сваркой и могут иметь рисунок, способствующий турбулентному потоку. Пластины уложены друг на друга, и на конструкции прокладок могут быть добавлены дополнительные пластины для увеличения теплопроизводительности. Поток может быть как параллельным, так и противотоком. Большая площадь поверхности пластин означает, что пластинчатые и рамные теплообменники могут обеспечивать больший теплообмен между двумя жидкостями для заданного объема по сравнению с кожухотрубными теплообменниками.

Рисунок 5: Схема пластинчато-рамного теплообменника

Другие типы — изменения предыдущих типов теплообменников включают пластинчатый и ребристый, пластинчатый и кожух, спиральный, воздухоохладитель с мокрой поверхностью и двухтрубный.

Все теплообменники, которые обсуждались до сих пор, удерживают обе жидкости по отдельности. Однако существуют две другие категории теплообменников:

  • Открытый поток — одна жидкость содержится, а другая нет.Примеры включают автомобильный радиатор, погружной нагреватель бака, охладители с лопастями / вентиляторами или воздуховоды
  • Прямой контакт — несмешивающиеся среды вступают в прямой контакт. Градирня используется для охлаждения воды, когда она распыляется в поток охлаждающего воздуха. Воздух и вода не смешиваются, но тепло передается в процессе испарения. Затем охлажденная вода собирается и возвращается на завод8. Другие теплообменники этого типа включают регенеративные колонны с вращающимся колесом и распылительные колонны. Обратите внимание, что если две жидкости не разделяются, устройство называется нагревателем или охладителем.Например, в распределителе резервуара для воды пар поглощается водой, когда она охлаждается и конденсируется.

Рисунок 6: Градирня с поперечным потоком, тип теплообменника с прямым контактом

Краткое описание преимуществ и ограничений этих типов теплообменников показано в таблице ниже:

Таблица 1: Сравнение различных типов теплообменников

  • Тип Преимущества Ограничения
  • Кожухотрубный высокоэффективный
  • Высокое рабочее давление Большой размер
  • Двойное пространство, необходимое для очистки
  • Трудно очистить кожух
  • Пластина и рама Максимальный коэффициент теплопередачи
  • Низкое падение давления
  • Легче чистить, чем кожух и трубка
  • Малый размер
  • Расширяемая емкость
  • Более близкие температуры Низкое рабочее давление
  • Более подвержены обрастанию более крупными частицами, чем кожухотрубные
  • Прямой контакт Большой расход
  • Низкое падение давления
  • Высокая эффективность
  • Меньше обрастания
  • Большой размер
  • Требуется подпиточная вода
  • Потребности в химической обработке
  • Ограниченные заявки

Конфигурации потока теплообменника

Теплообменники имеют три (3) конфигурации первичного потока:

Параллельный поток — две жидкости входят в один конец теплообменника и текут в одном направлении, параллельно друг другу.В этой конструкции разница температур на входе велика, но температура жидкости на выходе будет приближаться к аналогичному значению.

Противоток — две жидкости входят на противоположных концах теплообменника и протекают навстречу друг другу. В этой конструкции разница температур меньше, но более постоянна по длине теплообменника. Возможно, что нагретая текучая среда может покидать теплообменник при более высокой температуре, чем температура на выходе нагревающей текучей среды.Это наиболее эффективная конструкция из-за более высокого перепада температур по длине теплообменника.

Поперечный поток — две жидкости текут перпендикулярно друг другу.

В теплообменнике может быть несколько методов передачи тепла. Передача тепла будет происходить с использованием одного или нескольких режимов передачи, теплопроводности, конвекции или излучения.

Реализация

Правильная реализация теплообменников в многопроцессорных системах, таких как нефтеперерабатывающие заводы, требует учета сети тепловых потоков на системном уровне.Это часто выполняется с помощью «пинч-анализа», который сопоставляет доступные источники тепла в системе с потребностями в тепле с точки зрения как количества, так и температуры тепла. В помощь дизайнеру в этом процессе доступно сложное программное обеспечение. Снижение загрязнения также является соображением проектирования и может включать рассмотрение различных технологий, скоростей, байпасов для очистки отдельных HX во время работы и включение запасных теплообменников.

Аналогичным образом доступно программное обеспечение для управления загрязнением теплообменника.На основании условий процесса и выбора компонентов некоторые программные пакеты могут прогнозировать скорость, с которой теплообменники могут подвергаться загрязнению. Также доступны пакеты программного обеспечения для мониторинга загрязнения путем изучения характеристик теплообменника с течением времени. Также рассчитываются оценки затрат на очистку теплообменников по сравнению с экономической выгодой (с точки зрения снижения энергопотребления).

Технологическая зрелость

Имеется в продаже ?: Есть
Жизнеспособность на шельфе: Есть
Модернизация Браунфилда ?: Есть
Многолетний опыт работы в отрасли: 21+

Ключевые показатели

.

Область применения:

Добывающие скважины, установки FPSO, рекуперация тепла из воды или нефти, нагрев, охлаждение и конденсация воды, продуктовых сред, углеводородов и газов, нагрев или охлаждение воздуха для горения, производство пара из выхлопных газов.
КПД: 2. 80% до почти 100%
Ориентировочные капитальные затраты: Общие «практические правила» для расчета стоимости недоступны из-за большого количества доступных обменников. Затраты, которые следует учитывать, включают теплообменник, платформу или фундамент, средства управления, соединительные впускные и выпускные трубопроводы, впускные фильтры, приборы, клапаны, вентиляторы, насосы, резервуары, химикаты, резервирование, а также затраты на установку, запуск и ввод в эксплуатацию.
Ориентировочные эксплуатационные расходы: Включает текущее обслуживание, такое как очистка труб и пластин, устранение утечек, восстановление насосов, замена наполнителя градирни. Дополнительные затраты или упущенная выгода связаны с простоями завода, когда оборудование отключено. Эксплуатационные расходы включают электроэнергию для насосов, вентиляторов и средств управления, а также химикаты для очистки воды.

Потенциал сокращения выбросов парниковых газов:

Теплообменники могут значительно снизить потребность процесса в энергии, уменьшая связанные с этим выбросы парниковых газов.
Срок на проектирование и монтаж: 1 неделя — 6 месяцев
Описание типового объема работ: Теплообменники используются в самых разных отраслях промышленности. Типичный проект будет рассматривать использование теплообменников во время первоначального планирования проекта, определять условия эксплуатации и составлять спецификации оборудования. Теплообменник обычно изготавливается специализированным производителем, тестируется и доставляется на объект готовым к установке.Теплообменники большего размера могут быть отправлены по частям или даже собраны или построены на объекте

Решение драйверов

Технический: Диапазоны давлений рабочих жидкостей и разность давлений между ними
Допустимый перепад давления жидкостей в теплообменнике
Диапазоны температур рабочих жидкостей и требуемая температура приближения
Свойства рабочих жидкостей (физические свойства, таких как плотность, вязкость, удельная теплоемкость, теплопроводность, температура)
Тенденция рабочих жидкостей к засорению
Наличие воды для охлаждения
Доступное пространство
Основные коды проектирования
Избыточность
Рабочий: Сложность системы
Уровень автоматизации
Потребности в обслуживании
Коммерческий: Срок поставки
Стоимость оборудования
Паразитная потребность в электроэнергии
Выбор материала
Окружающая среда: Водные ресурсы и доступность
Температура нагнетания
Устранение выбросов пара
Разрешительные требования
Требования к шуму

Альтернативные технологии

Существуют технологии, которые можно рассматривать как альтернативу использованию теплообменников.

Пруды-охладители могут использоваться для естественного охлаждения теплой воды за счет испарения в атмосферу. Затем воду из пруда можно рециркулировать в растение в качестве охлаждающей воды. Эти пруды могут использоваться для вторичных рекреационных целей, таких как рыбалка, катание на лодках или плавание. Подпиточная вода необходима для учета потерь на испарение. Для этого варианта требуется большой участок земли.

Прямой отвод пара может снизить потребность в охлаждении технологической воды, но этот вариант игнорирует основные причины охлаждения, которые заключаются в повышении эффективности системы и сохранении воды технологического качества, а также в дополнительном количестве добавочной воды и химикатов для обработки воды.Эта опция обычно не используется, за исключением операций запуска, аварийного сброса воздуха и останова.

Модификации технологического процесса и управления могут избежать или уменьшить потребность в теплообменниках.

Операционные проблемы / риски

Теплообменники

требуют регулярного технического обслуживания для работы с высокой эффективностью и обычно требуют строгого графика капитального ремонта. Большая часть этих усилий направлена ​​на противодействие эффектам загрязнения, когда твердые частицы (например, посторонние частицы или осадки) накапливаются на поверхностях теплообменника, препятствуя передаче тепла и ограничивая поток жидкости.Химические добавки также могут предотвращать осаждение частиц и могут быть экономически эффективным средством предотвращения загрязнения.

Капитальные ремонты могут варьироваться от простых профилактических работ по техническому обслуживанию (например, промывка) до ремонтов, требующих снятия пучка труб с кожуха теплообменника для очистки. Это время простоя также следует учитывать при определении размеров теплообменников и проектировании технологической сети.

Многие теплообменники работают при высоких давлениях и температурах или с опасными жидкостями, поэтому необходимо соблюдать соответствующие рабочие процедуры, чтобы избежать рисков для персонала и сбоев системы.

Теплообменники обычно регулируются отраслевыми нормами, такими как ANSI и TEMA. Конструкции нового оборудования и любой ремонт должны соответствовать применимым нормам.

Возможности / бизнес-пример

Многие конструкции теплообменников доступны в различных материалах и могут быть адаптированы для конкретных применений, а также в стандартных конструкциях, которые доступны с минимальным временем выполнения заказа и меньшими затратами. Некоторые преимущества использования теплообменников перечислены ниже:

  • Повышение энергоэффективности систем предприятия
  • Снижение расхода топлива, парниковых газов и выбросов
  • Заменить существующее оборудование из-за износа
  • Модернизация существующего оборудования на более новые и более эффективные конструкции
  • Дополнительная мощность обогрева или охлаждения в связи с увеличением производительности установки

Примеры из практики

1.Воздухо-воздушный теплообменник для рекуперации отработанного тепла
В этом исследовании рассматривается, как предприятие пищевой промышленности использовало теплообменник для рекуперации отработанного тепла технологического процесса и использовало его для нагрева рабочего воздуха.

Стремясь контролировать запах от процесса обжарки, предприятие установило новый эффективный регенеративный термический окислитель (RTO). Для экономии топлива в этот агрегат включен дополнительный впрыск топлива (SFI) в периоды низкого содержания летучих органических соединений. Чтобы еще больше снизить эксплуатационные расходы, компания стремилась утилизировать отходящее тепло от RTO для предварительного нагрева входящего воздуха.Для этого они наняли консультанта по проектированию для анализа и разработки решения HX.

Критическими расчетными факторами для этого проекта были расход воздуха, температура воздушного потока, допустимый перепад давления в системе и желаемое тепло, которое должно передаваться в теплообменник. Вторичный пластинчатый теплообменник был выбран из-за его универсальности и прочных, но поддающихся очистке пластин. Он имеет относительно низкий перепад давления, небольшую площадь основания и низкие капитальные затраты, что делает его наиболее экономичным вариантом для этого применения.

Консультант проанализировал данные приложения с помощью программного обеспечения для моделирования производительности теплообменника. С помощью этого программного обеспечения они выполнили анализ пограничного слоя и отрегулировали толщину пластин и расстояние между пластинами теплообменника, чтобы максимизировать производительность.

Тепло выхлопных газов RTO использовалось для предварительного нагрева 3,3 м3 / с воздуха до примерно 88 ° C. Этот горячий воздух смешивается без бокового воздуха, чтобы обеспечить 15,6 м3 / с нагретого воздуха для блока подпиточного воздуха. Вторичный теплообменник передает примерно 1.5 млн БТЕ / ч тепла от выхлопа RTO в воздух, возвращающийся в блок подпиточного воздуха, и расчетная годовая экономия по проекту составила около 45 000 долларов США.

Источник: http://www.anguil.com/case-studies/energy-recovery/air-to-air-heat-exchanger-provides-plant-heat-and-big-savings.aspx?alttemplate=PDFCaseStudy&

2. Прогнозирование загрязнения теплообменника

Скопление отложений или загрязнений на металлических поверхностях теплообменников нефтехимических заводов является серьезной экономической и экологической проблемой во всем мире.Были сделаны оценки затрат на загрязнение, вызванные, главным образом, потерянной энергией из-за избыточного сжигания топлива, которые достигают 0,25% валового национального продукта (ВНП) промышленно развитых стран. Многие миллионы тонн выбросов углерода являются результатом этой неэффективности. Затраты, связанные, в частности, с загрязнением сырой нефтью в линиях предварительного нагрева нефтеперерабатывающих заводов по всему миру, по оценкам в 1995 г., составили порядка 4,5 млрд долларов.

В данном тематическом исследовании рассматривается использование программного обеспечения для прогнозирования обрастания французской нефтяной компанией Total.Это программное обеспечение, разработанное консалтинговой компанией по промышленному дизайну совместно с крупными нефтяными компаниями, направлено на уменьшение или даже устранение загрязнения сырой нефтью в теплообменниках предварительного нагрева. В 2002 году компания Total столкнулась с сильным обрастанием линии предварительного нагрева вскоре после реконструкции НПЗ для повышения эффективности. Это привело к значительному снижению производительности, так как печь стала узким местом. Компания Total применила программное обеспечение консалтинговой компании, которое успешно выявило загрязненные теплообменники и указывало на варианты модернизации.Они были реализованы, что позволило решить проблему и восстановить нормальную работу системы.

Источник: http://www.ihs.com/news/overcoming-effect-oil-fouling.htm


Ссылки:

  1. Справочник по основам энергетики Департамента энергетики, Механика, Модуль 2, Теплообменники, DOE-HDBK-1018 / 1-93.
  2. Институт теплообмена, Основы кожухотрубных теплообменников.
  3. -снято-
  4. http://en.hx-hr.com
  5. http: //www.stamixco-usa.ru / products / теплообменники / default.html
  6. http://www.oxide.co.il/en/twisted-tube.html (больше не доступен)
  7. http://www.spiraxsarco.com/resources/steam-engineering-tutorials/steam-engineering-principles-and-heat-transfer/steam-consuming-of-heat-exchangers.asp
  8. www.spxcooling.com/brands/cooling-towers/marley-cooling-tower/

Теплообменник котла — Проверенные советы по повышению эффективности

Лучший способ снизить операционные расходы — это использовать и обслуживать энергоэффективные машины и оборудование.Регулярное техническое обслуживание также продлевает срок службы ваших инвестиций, позволяя получить максимальную отдачу от своего капитала. Понимание внутренней работы вашего электрического теплообменника имеет решающее значение для эффективного обслуживания. Зная, как работает теплообменник вашего бойлера, вы сможете лучше применять эти советы по поддержанию эффективности:

  1. Помните, что большая часть тепловых потерь в теплообменнике вашего котла приходится на котловую воду. Ваша цель должна заключаться в создании в электрическом теплообменнике условий, которые производят минимально возможное количество выхлопных или дымовых газов.Поддержание минимально возможной температуры в теплообменнике увеличивает эффективность котла.
  2. Рассмотрите возможность использования экономайзера. Экономайзер позволяет использовать потраченный впустую горячий выхлопной газ для нагрева питательной воды, которая поступает в котел. Это помогает экономить топливо и предотвращает потенциально опасные последствия подачи в котел холодной воды.
  3. Регулярно настраивайте горелку. На эффективность котла также влияет недостаток воздуха. Для правильного сгорания требуется достаточное количество кислорода внутри котла.Когда воздуха недостаточно, углерод в топливе не полностью окисляется, что приводит к образованию окиси углерода. Это приводит к гораздо более низкой топливной эффективности и меньшему количеству тепла, потому что топливо сгорает не полностью. Недостаток воздуха также приводит к образованию дыма, сажи и окиси углерода, которые создают очень опасные условия.
  4. Установите VFD (частотно-регулируемый привод). ЧРП обеспечивают невероятную экономию энергии благодаря использованию циркуляционных насосов и вентиляторов, которые позволяют контролировать поток.
  5. Изолируйте клапаны, чтобы избежать воздействия на них и предотвращения потерь тепла, которые могут сделать котельные невыносимо жаркими.Изоляция клапанов котла поможет повысить комфорт котельной и снизить риск ожогов.
  6. Удалить сажу и наросты со стороны топки трубы котла. Это особенно актуально для устаревшего теплообменного оборудования котла. Сажа и грязь в трубе вашего котла снизят скорость теплопередачи и заставят ваше оборудование работать более интенсивно, что приведет к увеличению расхода топлива.
  7. Следите за тем, чтобы сторона с водой была чистой и не протекала. Это требует тщательной обработки воды и регулярного осмотра грязевых ножек или бочек.Это обеспечивает эффективную передачу тепла от металла к воде. Если котел не продувать регулярно, накипь будет накапливаться на поверхности теплопередачи, что будет препятствовать передаче тепла.
  8. Утилизируйте тепло от продувки. Ваш продувочный клапан удаляет котловую воду, содержащую как нерастворимые, так и растворимые твердые частицы. Это помогает снизить уровень растворенных твердых частиц, которые вызывают накипь в котле. К сожалению, при этом также удаляется горячая вода, что, в свою очередь, тратит энергию. Продувочный теплообменник или расширительный бак могут помочь восстановить потерянную энергию и повысить эффективность системы.
  9. Уменьшите количество избыточного воздуха, чтобы обеспечить эффективное сгорание. В то время как недостаток воздуха может означать неполное сгорание, избыточное количество воздуха может привести к различной неэффективности, например, к снижению сгорания.
  10. Уменьшите переходящий остаток, чтобы предотвратить появление примесей и обеспечить надлежащий уровень содержания БТЕ при конечном использовании.

Нужна помощь? Мы предлагаем ряд продуктов, которые помогают повысить операционную эффективность и сократить накладные расходы, что приводит к увеличению прибыли для различных предприятий.Здесь, в Liquid Process Systems, мы обслуживаем длинный список отраслей, включая промышленную древесину, литье под давлением, асфальт, пластмассы, клеи, химикаты, краски, ПЭТ, фармацевтические препараты, медицинские устройства, автомобилестроение, переработку, переработку, курортные и институциональные прачечные, аэрокосмические и нефтехимические компании.

админ 27 января 2020 г.

Учебное пособие по физике

На предыдущих страницах этого урока мы узнали, что тепло — это форма передачи энергии от места с высокой температурой к месту с низкой температурой.Три основных метода теплопередачи — теплопроводность, конвекция и излучение — подробно обсуждались на предыдущей странице. Теперь исследуем тему скорости теплопередачи. Эта тема имеет большое значение из-за частой необходимости увеличивать или уменьшать скорость теплового потока между двумя точками. Например, те из нас, кто живет в более холодном зимнем климате, постоянно ищут способы сохранить тепло в своих домах, не тратя слишком много денег. Тепло уходит из домов с более высокой температурой на улицу с более низкой температурой через стены, потолки, окна и двери.Мы прилагаем все усилия, чтобы уменьшить потери тепла, улучшая изоляцию стен и чердаков, конопатая окна и двери и покупая высокоэффективные окна и двери. В качестве другого примера рассмотрим производство электроэнергии. Электроэнергия в домашних условиях чаще всего производится с использованием ископаемого топлива или ядерного топлива . Метод включает в себя выработку тепла в реакторе. Тепло передается воде, и вода переносит тепло к паровой турбине (или другому типу электрического генератора), где вырабатывается электроэнергия .Задача состоит в том, чтобы эффективно передавать тепло воде и паровой турбине с минимально возможными потерями. Следует уделять внимание увеличению скоростей теплопередачи в реакторе и турбине и уменьшению скоростей теплопередачи в трубопроводах между реактором и турбиной.

Итак, какие переменные могут повлиять на скорость теплопередачи? Как можно контролировать скорость теплопередачи? Эти вопросы будут обсуждаться на этой странице Урока 1. Наше обсуждение будет ограничено переменными, влияющими на скорость теплопередачи за счет проводимости .После обсуждения переменных, влияющих на скорость теплопередачи, мы рассмотрим математическое уравнение, которое выражает зависимость скорости от этих переменных.

Разница температур

При кондукции тепло передается от места с высокой температурой к месту с низкой температурой. Передача тепла будет продолжаться до тех пор, пока существует разница в температуре между двумя точками. Как только в двух местах достигается одинаковая температура, устанавливается тепловое равновесие и передача тепла прекращается.Ранее в этом уроке мы обсуждали передачу тепла для ситуации, когда металлическая банка с водой высокой температуры была помещена в чашку из пенополистирола с водой низкой температуры. Если две пробы воды оснащены датчиками температуры, которые регистрируют изменения температуры во времени, то строятся следующие графики.

На графиках выше наклон линии представляет скорость, с которой изменяется температура каждой отдельной пробы воды.Температура меняется из-за передачи тепла от горячей воды к холодной. Горячая вода теряет энергию, поэтому ее наклон отрицательный. Холодная вода набирает энергию, поэтому ее наклон положительный. Скорость изменения температуры пропорциональна скорости передачи тепла. Температура образца изменяется быстрее, если тепло передается с высокой скоростью, и менее быстро, если тепло передается с низкой скоростью. Когда два образца достигают теплового равновесия, теплопередача прекращается и наклон равен нулю.Таким образом, мы можем рассматривать наклоны как меру скорости теплопередачи. Со временем скорость теплопередачи снижается. Первоначально тепло передается с высокой скоростью, что отражается на более крутых склонах. Со временем уклон линий становится менее крутым и более пологим.

Какая переменная способствует снижению скорости теплопередачи с течением времени? Ответ: разница температур между двумя емкостями с водой.Первоначально, когда скорость теплопередачи высока, горячая вода имеет температуру 70 ° C, а холодная вода имеет температуру 5 ° C. Разница температур в двух контейнерах составляет 65 ° C. По мере того, как горячая вода начинает охлаждаться, а холодная вода начинает нагреваться, разница в их температурах уменьшается, и скорость теплопередачи уменьшается. По мере приближения к тепловому равновесию их температуры приближаются к одному и тому же значению. Когда разница температур приближается к нулю, скорость теплопередачи приближается к нулю.В заключение отметим, что на скорость кондуктивной теплопередачи между двумя местоположениями влияет разница температур между двумя местоположениями.

Материал

Первая переменная, которая, как мы определили, влияет на скорость кондуктивной теплопередачи, — это разница температур между двумя местами. Вторая важная переменная — это материалы, участвующие в передаче. В предыдущем описанном сценарии металлическая банка с водой с высокой температурой была помещена в чашку из пенополистирола, содержащую воду с низкой температурой.Тепло передавалось от воды через металл к воде. Важными материалами были вода, металл и вода. Что было бы, если бы тепло передавалось от горячей воды через стекло к холодной воде? Что бы произошло, если бы тепло было передано от горячей воды через пенополистирол к холодной воде? Ответ: скорость теплопередачи была бы другой. Замена внутренней металлической банки стеклянной банкой или чашкой из пенополистирола изменит скорость теплопередачи. Скорость теплопередачи зависит от материала, через который передается тепло.

Влияние материала на скорость теплопередачи часто выражается числом, известным как теплопроводность. Значения теплопроводности — это числовые значения, которые определяются экспериментально. Чем выше значение для конкретного материала, тем быстрее будет передаваться тепло через этот материал. Материалы с относительно высокой теплопроводностью называют теплопроводниками. Материалы с относительно низкими значениями теплопроводности называют теплоизоляторами.В таблице ниже приведены значения теплопроводности (k) для различных материалов в единицах Вт / м / ° C.

Материал

к

Материал

к

Алюминий (-ы)

237

Песок (и)

0.06

Латунь (и)

110

Целлюлоза (и)

0,039

Медь (-и)

398

Стекловата (и)

0.040

Золота

315

Вата (и)

0,029

Чугун (и)

55

Овечья шерсть

0.038

Выводы

35,2

Целлюлоза (и)

0,039

Серебро

427

Пенополистирол (-ы)

0.03

Цинк (ов)

113

Дерево (-и)

0,13

Полиэтилен (HDPE)

0.5

Ацетон (л)

0,16

Поливинилхлорид (ПВХ)

0,19

Вода (л)

0.58

Плотный кирпич (и)

1,6

Воздух (г)

0,024

Бетон (низкая плотность)

0.2

Аргон (г)

0,016

Бетон (высокая плотность)

1,5

Гелий (г)

0.142

Лед

2,18

Кислород (г)

0,024

Фарфор

1.05

Азот (г)

0,024

Источник: http://www.roymech.co.uk/Related/Thermos/Thermos_HeatTransfer.html

Как видно из таблицы, тепло обычно передается за счет теплопроводности со значительно большей скоростью через твердые вещества (а) по сравнению с жидкостями (l) и газами (g).Передача тепла происходит с максимальной скоростью для металлов (первые восемь пунктов в левом столбце), потому что механизм проводимости включает в себя подвижные электроны (как обсуждалось на предыдущей странице). Некоторые твердые вещества в правом столбце имеют очень низкие значения теплопроводности и считаются изоляторами. Структура этих твердых тел характеризуется карманами захваченного воздуха, вкрапленными между волокнами твердого тела. Поскольку воздух является отличным изолятором, воздушные карманы, расположенные между этими твердыми волокнами, придают этим твердым телам низкие значения теплопроводности.Одним из таких твердых изоляторов является пенополистирол, который используется в изделиях из пенополистирола. Такие изделия из пенополистирола производятся путем вдувания инертного газа под высоким давлением в полистирол перед впрыском в форму. Газ заставляет полистирол расширяться, оставляя заполненные воздухом карманы, которые способствуют изоляционным свойствам готового продукта. Пенополистирол используется в холодильниках, изоляторах для пластиковых банок, термосах и даже пенопластах для утепления дома. Еще один твердый изолятор — целлюлоза.Целлюлозный утеплитель используется для утепления чердаков и стен в домах. Он изолирует дома от потери тепла, а также от проникновения звука. Его часто выдувают на чердаках как рыхлый утеплитель из целлюлозы . Он также применяется в качестве войлока из стекловолокна (длинные листы изоляции на бумажной основе) для заполнения промежутков между стойками 2х4 внешних (а иногда и внутренних) стен домов.

Площадь

Другой переменной, влияющей на скорость теплопередачи, является площадь, через которую передается тепло.Например, передача тепла через окна домов зависит от размера окна. Через окно большего размера дом теряет больше тепла, чем через окно меньшего размера того же состава и толщины. Больше тепла будет потеряно из дома через большую крышу, чем через меньшую крышу с такими же изоляционными характеристиками. Каждая отдельная частица на поверхности объекта участвует в процессе теплопроводности. У объекта с большей площадью больше поверхностных частиц, которые проводят тепло.Таким образом, скорость теплопередачи прямо пропорциональна площади поверхности, через которую проходит тепло.

Толщина или расстояние

Последней переменной, которая влияет на скорость теплопередачи, является расстояние, на которое тепло должно проводиться. Тепло, выходящее через чашку из пенополистирола, будет уходить через чашку с тонкими стенками быстрее, чем через чашку с толстыми стенками. Скорость теплопередачи обратно пропорциональна толщине чашки.То же самое можно сказать и о тепле, проводимом через слой целлюлозной изоляции в стене дома. Чем толще изоляция, тем ниже коэффициент теплопередачи. Те из нас, кто живет в более холодном зимнем климате, хорошо знают этот принцип. Нам говорят, что перед выходом на улицу нужно одеваться слоями. Это увеличивает толщину материалов, через которые передается тепло, а также задерживает воздушные карманы (с высокой изоляционной способностью) между отдельными слоями.

Математическое уравнение

На данный момент мы узнали о четырех переменных, которые влияют на скорость теплопередачи между двумя точками. Переменными являются разность температур между двумя местоположениями, материал, присутствующий между двумя местоположениями, площадь, через которую будет передаваться тепло, и расстояние, на которое оно должно быть передано. Как это часто бывает в физике, математическая связь между этими переменными и скоростью теплопередачи может быть выражена в форме уравнения.Рассмотрим передачу тепла через стеклянное окно изнутри дома с температурой T 1 наружу с температурой T 2 . Окно имеет площадь А и толщину d. Значение теплопроводности оконного стекла составляет k. Уравнение, связывающее скорость теплопередачи с этими переменными, равно

.

Ставка = k • A • (T 1 — T 2 ) / d

Единицы измерения скорости теплопередачи — Джоуль в секунду, также известная как ватт.Это уравнение применимо к любой ситуации, в которой тепло передается в том же направлении через плоскую прямоугольную стенку . Это применимо к проводимости через окна, плоские стены, наклонные крыши (без какой-либо кривизны) и т. Д. Несколько иное уравнение применяется к проводимости через изогнутые стены, такие как стенки банок, стаканов, стаканов и труб. Мы не будем здесь обсуждать это уравнение.

Пример задачи

Чтобы проиллюстрировать использование приведенного выше уравнения, давайте рассчитаем скорость теплопередачи в холодный день через прямоугольное окно, равное 1.2 м шириной и 1,8 м высотой, имеет толщину 6,2 мм, значение теплопроводности 0,27 Вт / м / ° C. Температура внутри дома составляет 21 ° C, а температура снаружи дома -4 ° C.

Чтобы решить эту проблему, нам нужно знать площадь окна. Будучи прямоугольником, мы можем вычислить площадь как ширину • высоту.

Площадь = (1,2 м) • (1,8 м) = 2,16 м 2 .

Также нужно будет обратить внимание на единицу по толщине (d).Он указывается в сантиметрах; нам нужно будет преобразовать в единицы метры, чтобы единицы были совместимы с единицами k и A.

d = 6,2 мм = 0,0062 м

Теперь мы готовы рассчитать коэффициент теплопередачи, подставив известные значения в приведенное выше уравнение.

Скорость = (0,27 Вт / м / ° C) • (2,16 м 2 ) • (21 ° C — -4 ° C) / (0,0062 м)
Скорость = 2400 Вт (округлено от 2352 Вт)

Полезно отметить, что значение теплопроводности окна дома намного ниже, чем значение теплопроводности самого стекла.Теплопроводность стекла составляет около 0,96 Вт / м / ° C. Стеклянные окна представляют собой двух- и трехкамерные окна со слоем инертного газа низкого давления между стеклами. Кроме того, на окна наносятся покрытия для повышения эффективности. В результате возникает ряд веществ, через которые должно последовательно проходить тепло, чтобы выйти из дома (или в него). Как и электрические резисторы, включенные последовательно, ряд термоизоляторов оказывает аддитивное влияние на общее сопротивление, оказываемое потоку тепла.Накопительный эффект различных слоев материалов в окне приводит к общей проводимости, которая намного меньше, чем у одиночного стекла без покрытия.

Урок 1 этой главы по теплофизике посвящен значению температуры и тепла. Особое внимание было уделено развитию модели частиц материалов, которая способна объяснить макроскопические наблюдения. Были предприняты попытки развить твердое концептуальное понимание темы в отсутствие математических формул.Это прочное концептуальное понимание сослужит вам хорошую службу по мере того, как вы подойдете к уроку 2. По мере того, как мы исследуем вопрос: как можно измерить количество тепла, выделяемого системой или получаемого ею, глава станет немного более математической? Урок 2 будет относиться к калориметрии.

Проверьте свое понимание

1. Предскажите влияние следующих изменений на скорость передачи тепла через прямоугольный объект, заполнив пробелы.

а. Если площадь, через которую передается тепло, увеличивается в 2 раза, то скорость передачи тепла ________________ (увеличивается, уменьшается) в _________ раз (число).

г. Если толщина материала, через который передается тепло, увеличивается в 2 раза, то скорость теплопередачи составляет ________________ в _________ раз.

г. Если толщина материала, через который передается тепло, уменьшается в 3 раза, то скорость теплопередачи составляет ________________ в _________ раз.

г. Если теплопроводность материала, через который передается тепло, увеличивается в 5 раз, то скорость теплопередачи составляет ________________ в _________ раз.

e. Если теплопроводность материала, через который передается тепло, уменьшается в 10 раз, то скорость передачи тепла составляет ________________ в _________ раз.

ф. Если разница температур на противоположных сторонах материала, через который передается тепло, увеличивается в 2 раза, то скорость теплопередачи составляет ________________ в _________ раз.

2. Используйте информацию на этой странице, чтобы объяснить, почему слой жира толщиной 2–4 дюйма на белом медведе помогает согреть белых медведей в холодную арктическую погоду.

3. Рассмотрим приведенный выше пример проблемы. Предположим, что место, где расположено окно, заменено стеной с толстым утеплителем. Теплопроводность той же площади будет уменьшена до 0,0039 Вт / м / ° C, а толщина увеличится до 16 см.Определите скорость теплопередачи через эту площадь 2,16 м 2 .

Второй закон термодинамики

Второй Закон

Второй закон термодинамики гласит, что передача тепла происходит самопроизвольно только от тел с более высокой температурой к телам с более низкой температурой.

Цели обучения

Сопоставьте концепцию необратимости между Первым и Вторым законами термодинамики

Основные выводы

Ключевые моменты
  • Многие термодинамические явления, разрешенные первым законом термодинамики, никогда не происходят в природе.
  • Многие процессы происходят спонтанно только в одном направлении, и второй закон термодинамики имеет дело с направлением, принимаемым спонтанными процессами.
  • Согласно второму закону термодинамики, для любого процесса невозможно иметь теплопередачу от более холодного к более горячему объекту в качестве единственного результата.
Ключевые термины
  • энтропия : мера того, насколько равномерно энергия (или какое-либо аналогичное свойство) распределяется в системе.
  • первый закон термодинамики : версия закона сохранения энергии, специализированная для термодинамических систем.Обычно выражается как ΔU = Q − W.

Необратимость

Второй закон термодинамики касается направления, принимаемого спонтанными процессами. Многие процессы происходят спонтанно только в одном направлении, то есть они необратимы при заданном наборе условий. Хотя необратимость наблюдается в повседневной жизни — например, разбитое стекло не возвращается в исходное состояние — полная необратимость — это статистическое утверждение, которое нельзя увидеть в течение всей жизни Вселенной.Точнее, необратимый процесс — это процесс, зависящий от пути. Если процесс может идти только в одном направлении, то обратный путь принципиально отличается, и процесс не может быть обратимым.

Например, тепло включает передачу энергии от более высокой температуры к более низкой. Холодный объект, соприкасающийся с горячим, никогда не становится холоднее, передавая тепло горячему объекту и делая его горячее. Кроме того, механическая энергия, такая как кинетическая энергия, может быть полностью преобразована в тепловую за счет трения, но обратное невозможно.Горячий неподвижный объект никогда самопроизвольно не остывает и не начинает двигаться. Еще один пример — расширение потока газа, введенного в один из углов вакуумной камеры. Газ расширяется, заполняя камеру, но никогда не собирается в углу. Случайное движение молекул газа могло бы вернуть их всех в угол, но этого никогда не происходит.

Односторонняя обработка в природе : Примеры односторонних процессов в природе. (а) Теплообмен происходит самопроизвольно от горячего к холодному, а не от холодного к горячему.(б) Тормоза этого автомобиля преобразуют кинетическую энергию в теплоотдачу в окружающую среду. Обратный процесс невозможен. (c) Выброс газа, попадающего в эту вакуумную камеру, быстро расширяется, чтобы равномерно заполнить каждую часть камеры. Случайные движения молекул газа никогда не вернут их в угол.

Второй закон термодинамики

Тот факт, что определенные процессы никогда не происходят, предполагает, что существует закон, запрещающий их возникновение. Первый закон термодинамики позволяет им происходить — ни один из этих процессов не нарушает закон сохранения энергии.Закон, запрещающий эти процессы, называется вторым законом термодинамики. Мы увидим, что второй закон можно сформулировать разными способами, которые могут показаться разными, но на самом деле эти многие способы эквивалентны. Как и все законы природы, второй закон термодинамики дает представление о природе, и несколько его утверждений подразумевают, что он широко применим, фундаментально влияя на многие очевидно несопоставимые процессы. Уже знакомое направление теплопередачи от горячего к холодному лежит в основе нашей первой версии второго закона термодинамики.

Термодинамика и тепловые двигатели : Краткое введение в тепловые двигатели и термодинамические концепции, такие как двигатель Карно, для студентов.

Второй закон термодинамики (первое выражение): Передача тепла происходит спонтанно от тел с более высокой температурой к телам с более низкой температурой, но никогда самопроизвольно в обратном направлении.

Закон гласит, что ни один процесс не может иметь своим единственным результатом передачу тепла от холодильника к более горячему объекту.Позже мы выразим закон в других терминах, особенно в терминах энтропии.

Тепловые двигатели

В термодинамике тепловой двигатель — это система, которая выполняет преобразование тепла или тепловой энергии в механическую работу.

Цели обучения

Обоснуйте, почему КПД — один из важнейших параметров для любой тепловой машины

Основные выводы

Ключевые моменты
  • Циклический процесс возвращает систему, например газ в баллоне, в исходное состояние в конце каждого цикла.В большинстве тепловых двигателей, таких как поршневые двигатели и вращающиеся турбины, используются циклические процессы.
  • Второй закон термодинамики можно выразить следующим образом: ни в какой системе теплопередачи от резервуара невозможно полностью преобразовать работу в циклический процесс, в котором система возвращается в исходное состояние.
  • КПД теплового двигателя (Eff) определяется как чистая мощность W двигателя, разделенная на теплопередачу к двигателю: [latex] \ text {Eff} = \ frac {\ text {W}} {\ text { Q} _ \ text {h}} = 1 — \ frac {\ text {Q} _ \ text {c}} {\ text {Q} _ \ text {h}} [/ latex], где Q c и Q h обозначает передачу тепла горячему (двигатель) и холодному (окружающая среда) резервуару.
Ключевые термины
  • тепловая энергия : внутренняя энергия системы в термодинамическом равновесии, обусловленная ее температурой.
  • внутренняя энергия : сумма всей энергии, присутствующей в системе, включая кинетическую и потенциальную энергию; эквивалентно, энергия, необходимая для создания системы, за исключением энергии, необходимой для перемещения ее окружения.

В термодинамике тепловой двигатель — это система, которая выполняет преобразование тепла или тепловой энергии в механическую работу.Бензиновые и дизельные двигатели, реактивные двигатели и паровые турбины — все это тепловые двигатели, которые работают, используя часть теплопередачи от какого-либо источника. Теплоотдача от горячего объекта (или горячего резервуара) обозначается Q h , теплопередача в холодный объект (или холодный резервуар) — Q c , а работа, выполняемая двигателем, равна W. горячий и холодный резервуары — T h и T c соответственно.

Теплопередача : (a) Теплопередача происходит самопроизвольно от горячего объекта к холодному в соответствии со вторым законом термодинамики.(б) Тепловой двигатель, представленный здесь кружком, использует часть теплопередачи для выполнения работы. Горячие и холодные предметы называются горячими и холодными резервуарами. Qh — теплоотдача из горячего резервуара, W — рабочая мощность, а Qc — теплоотдача в холодный резервуар.

Термодинамика и тепловые двигатели : Краткое введение в тепловые двигатели и термодинамические концепции, такие как двигатель Карно, для студентов.

Поскольку горячий резервуар нагревается снаружи, что требует больших затрат энергии, важно, чтобы работа выполнялась как можно более эффективно.Фактически, мы бы хотели, чтобы W равнялась Q ч , и чтобы не было передачи тепла в окружающую среду (Q c = 0). К сожалению, это невозможно. Второй закон термодинамики (второе выражение) также утверждает относительно использования теплопередачи для выполнения работы: Ни в одной системе теплопередачи от резервуара невозможно полностью преобразовать работу в циклический процесс, в котором система возвращается в его исходное состояние.

Циклический процесс возвращает систему, например газ в баллоне, в исходное состояние в конце каждого цикла.В большинстве тепловых двигателей, таких как поршневые двигатели и вращающиеся турбины, используются циклические процессы. Второй закон в его второй форме четко гласит, что такие двигатели не могут иметь совершенного преобразования теплопередачи в выполненную работу.

КПД

Циклический процесс возвращает систему в исходное состояние в конце каждого цикла. По определению, внутренняя энергия такой системы U одинакова в начале и в конце каждого цикла, то есть ΔU = 0. Первый закон термодинамики гласит, что ΔU = Q-W, где Q — чистая теплопередача во время цикла (Q = Q ч -Q c ), а W — чистая работа, выполненная системой.Поскольку ΔU = 0 для полного цикла, то W = Q. Таким образом, чистая работа, выполняемая системой, равна чистому теплопередаче в систему, или

[латекс] \ text {W} = \ text {Q} _ \ text {h} — \ text {Q} _ \ text {c} [/ latex] (циклический процесс),

так же, как схематично показано в (b).

КПД — один из важнейших параметров любой тепловой машины. Проблема в том, что во всех процессах происходит значительная передача тепла Q c , теряемого в окружающую среду. При преобразовании энергии в работу мы всегда сталкиваемся с проблемой получить меньше, чем вкладываем.Мы определяем эффективность теплового двигателя ( Eff ) как его полезную мощность W, деленную на теплопередачу к двигателю Q ч:

[латекс] \ text {Eff} = \ frac {\ text {W}} {\ text {Q} _ \ text {h}} [/ latex].

Поскольку W = Q h −Q c в циклическом процессе, мы также можем выразить это как

[латекс] \ text {Eff} = \ frac {\ text {Q} _ \ text {h} — \ text {Q} _ \ text {c}} {\ text {Q} _ \ text {h}} = 1 — \ frac {\ text {Q} _ \ text {c}} {\ text {Q} _ \ text {h}} [/ latex] (для циклического процесса),

, поясняющий, что эффективность 1 или 100% возможна только при отсутствии передачи тепла в окружающую среду (Q c = 0).

Циклы Карно

Цикл Карно — наиболее эффективный из возможных циклических процессов, в котором используются только обратимые процессы.

Цели обучения

Проанализируйте, почему двигатель Карно считается идеальным двигателем

Основные выводы

Ключевые моменты
  • Второй закон термодинамики показывает, что двигатель Карно, работающий между двумя заданными температурами, имеет максимально возможный КПД по сравнению с любым тепловым двигателем, работающим между этими двумя температурами.
  • Необратимые процессы связаны с диссипативными факторами, которые снижают эффективность двигателя. Очевидно, обратимые процессы лучше с точки зрения эффективности.
  • КПД Карно, максимально достижимый КПД теплового двигателя, задается как [латекс] \ text {Eff} _ \ text {c} = 1- \ frac {\ text {T} _ \ text {c}} {\ text { T} _ \ text {h}} [/ латекс].
Ключевые термины
  • второй закон термодинамики : Закон, гласящий, что энтропия изолированной системы никогда не уменьшается, потому что изолированные системы спонтанно эволюционируют к термодинамическому равновесию — состоянию максимальной энтропии.Точно так же вечные двигатели второго типа невозможны.
  • тепловой двигатель : Любое устройство, преобразующее тепловую энергию в механическую работу.

Мы знаем из второго закона термодинамики, что тепловой двигатель не может быть на 100 процентов эффективным, так как всегда должна быть некоторая передача тепла Q c в окружающую среду. (См. Наш атом в разделе «Тепловые двигатели».) Насколько эффективна тогда тепловая машина? На этот вопрос теоретически ответил в 1824 году молодой французский инженер Сади Карно (1796-1832) в своем исследовании появившейся в то время технологии тепловых двигателей, имеющих решающее значение для промышленной революции.Он разработал теоретический цикл, который теперь называется циклом Карно, который является наиболее эффективным из возможных циклических процессов. Второй закон термодинамики можно переформулировать в терминах цикла Карно, и поэтому Карно фактически открыл этот фундаментальный закон. Любой тепловой двигатель, использующий цикл Карно, называется двигателем Карно.

Что важно для цикла Карно, так это то, что используются только обратимые процессы. Необратимые процессы связаны с диссипативными факторами, такими как трение и турбулентность.Это увеличивает теплоотдачу Q c в окружающую среду и снижает эффективность двигателя. Очевидно, что обратимые процессы лучше.

Второй закон термодинамики (третья форма): Двигатель Карно, работающий между двумя заданными температурами, имеет максимально возможный КПД по сравнению с любым тепловым двигателем, работающим между этими двумя температурами. Более того, все двигатели, в которых используются только обратимые процессы, имеют одинаковую максимальную эффективность при работе между одинаковыми заданными температурами.

КПД

Цикл Карно включает два изотермических и два адиабатических процесса. Напомним, что и изотермические, и адиабатические процессы в принципе обратимы.

PV-диаграмма для цикла Карно : PV-диаграмма для цикла Карно, использующая только обратимые изотермические и адиабатические процессы. Передача тепла Qh в рабочее тело происходит на изотермическом пути AB, который происходит при постоянной температуре Th. Теплоотдача Qc происходит из рабочего тела на изотермическом пути CD, который происходит при постоянной температуре Tc.Выход сети W равен площади внутри пути ABCDA. Также показана схема двигателя Карно, работающего между горячим и холодным резервуарами при температурах Th и Tc.

Карно также определил эффективность идеального теплового двигателя, то есть двигателя Карно. Всегда верно, что эффективность циклической тепловой машины определяется следующим образом: [latex] \ text {Eff} = \ frac {\ text {Q} _ \ text {h} — \ text {Q} _ \ text {c }} {\ text {Q} _ \ text {h}} = 1- \ frac {\ text {Q} _ \ text {c}} {\ text {Q} _ \ text {h}} [/ latex] .

Карно обнаружил, что для идеального теплового двигателя отношение Q c / Q h равно отношению абсолютных температур тепловых резервуаров.То есть Q c / Q h = T c / T h для двигателя Карно, так что максимальная эффективность Карно Eff C определяется как [латекс] \ text {Eff } _ \ text {c} = 1- \ frac {\ text {T} _ \ text {c}} {\ text {T} _ \ text {h}} [/ latex], где T h и T c в кельвинах. (Вывод формулы немного выходит за рамки этого атома.) Никакая настоящая тепловая машина не может работать так же хорошо, как КПД Карно — фактический КПД около 0,7 от этого максимума обычно является лучшим, что может быть достигнуто.

Тепловые насосы и холодильники

Тепловой насос — это устройство, которое передает тепловую энергию от источника тепла к радиатору против перепада температур.

Цели обучения

Объясните, как компоненты теплового насоса вызывают передачу тепла от холодного резервуара к горячему резервуару

Основные выводы

Ключевые моменты
  • Тепловой насос предназначен для передачи тепла Qh в теплую среду, например в дом зимой.
  • Назначение кондиционеров и холодильников заключается в том, чтобы передача тепла Qc происходила из прохладной окружающей среды, например, охлаждение комнаты или хранение продуктов при более низких температурах, чем температура окружающей среды.
  • Тепловой насос можно использовать как для обогрева, так и для охлаждения помещения. По сути, это кондиционер и обогреватель в одном устройстве. Это стало возможным за счет изменения направления потока хладагента и изменения направления полезной теплопередачи.
Ключевые термины
  • CFC : органическое соединение, которое обычно использовалось в качестве хладагента.Больше не используется из-за разрушения озонового слоя.

Тепловые насосы, кондиционеры и холодильники используют передачу тепла от холода к горячему. Передача тепла (Q c ) происходит из холодного резервуара в горячий. Для этого требуется рабочая мощность W, которая также преобразуется в теплопередачу. Таким образом, теплопередача к горячему резервуару составляет Q ч = Q c + W. Задача теплового насоса заключается в передаче тепла Q h в теплую среду, например в дом зимой.Задача кондиционеров и холодильников заключается в том, чтобы передача тепла Q c происходила из прохладной окружающей среды, такой как охлаждение комнаты или хранение продуктов при более низких температурах, чем температура окружающей среды. На самом деле тепловой насос можно использовать как для обогрева, так и для охлаждения помещения. По сути, это кондиционер и обогреватель в одном устройстве. В этом разделе мы сконцентрируемся на его режиме нагрева.

Тепловые насосы

В основном тепловом насосе используется рабочая жидкость, например хладагент, не содержащий CFC.Основными компонентами теплового насоса являются конденсатор, расширительный клапан, испаритель и компрессор. В наружных змеевиках (испарителе) теплоотдача Q c происходит к рабочему телу от холодного наружного воздуха, превращая его в газ. Компрессор с электрическим приводом (рабочая мощность W) повышает температуру и давление газа и нагнетает его в змеевики конденсатора, которые находятся внутри отапливаемого пространства. Поскольку температура газа выше, чем температура внутри комнаты, происходит передача тепла в комнату, и газ конденсируется в жидкость.Затем жидкость течет обратно через редукционный клапан к змеевикам испарителя наружного блока, охлаждаясь за счет расширения. (В цикле охлаждения змеевики испарителя и конденсатора меняются ролями, и направление потока жидкости меняется на противоположное.)

Простой тепловой насос : Простой тепловой насос состоит из четырех основных компонентов: (1) конденсатор, (2) расширительный клапан, (3) испаритель и (4) компрессор.

Коэффициент полезного действия

О качестве теплового насоса судят по тому, сколько тепла Q ч происходит в теплом помещении по сравнению с тем, сколько работы W требуется.Мы определяем КПД теплового насоса (COP л.с. ) равным

.

[латекс] \ text {COP} _ {\ text {hp}} = \ frac {\ text {Q} _ \ text {h}} {\ text {W}} [/ latex].

Поскольку КПД теплового двигателя составляет Eff = W / Q ч , мы видим, что COP л.с. = 1/ Eff . Поскольку КПД любого теплового двигателя меньше 1, это означает, что COP л.Еще один интересный момент заключается в том, что тепловые насосы лучше всего работают при небольших перепадах температур. КПД идеального двигателя (или двигателя Карно) составляет

.

[латекс] \ text {Eff} _ \ text {C} = 1 \ frac {\ text {T} _ \ text {c}} {\ text {T} _ \ text {h}} [/ latex];

таким образом, чем меньше разница температур, тем меньше КПД и тем больше КПД л.с. .

Кондиционеры и холодильники

Кондиционеры и холодильники предназначены для охлаждения чего-либо в теплой среде.Как и в случае с тепловыми насосами, для передачи тепла от холода к горячему требуется дополнительная работа. О качестве кондиционеров и холодильников судят по тому, сколько тепла Q c происходит из холодной окружающей среды по сравнению с тем, сколько работы W требуется. То, что считается преимуществом теплового насоса, в холодильнике считается отработанным теплом. Таким образом, мы определяем коэффициент полезного действия (COP ref ) кондиционера или холодильника как

.

[латекс] \ text {COP} _ {\ text {ref}} = \ frac {\ text {Q} _ \ text {c}} {\ text {W}} [/ latex].

Поскольку Q ч = Q c + W и COP л.с. = Q ч / Вт, получаем, что

[латекс] \ text {COP} _ {\ text {ref}} = \ text {COP} _ {\ text {hp}} -1 [/ латекс].

Кроме того, из Q h > Q c мы видим, что кондиционер будет иметь более низкий коэффициент полезного действия, чем тепловой насос.

Энергоэффективность за счет снижения теплопередачи

Энергоэффективность за счет снижения теплопередачи [Печать]

Снижение теплопередачи — один из способов повышения энергоэффективности.Иногда мы хотим сохранить спокойствие. Летом мы используем кондиционеры, чтобы в наших домах и офисах было прохладно и комфортно. Экономия электроэнергии достигается за счет минимизации поступления тепла в наши комнаты за счет хорошей теплоизоляции. Точно так же энергия также экономится, если стены холодильника хорошо изолированы. Зимой мы носим толстую одежду, чтобы согреться. Наша одежда снижает потерю тепла нашим телом в окружающую среду. Термосы и термосы также уменьшают потери тепла, чтобы их содержимое оставалось горячим.

Фиг.1 Мы используем термочашку, чтобы напитки оставались горячими. Рис. 2 Тепловая плита фактически представляет собой большую термоварку.

Обратите внимание на то, что в упомянутых выше процессах энергия перетекает из области с более высокой температурой в область с более низкой температурой. Поток энергии, возникающий в результате разницы температур между двумя объектами (или двумя областями), называется теплом. От более горячего объекта к более холодному объекту (или областям) происходит непрерывная передача тепла, пока два объекта не достигнут одинаковой конечной температуры.

Рис. 3 (a) Два тела A и B имеют разные температуры, температура A выше, чем у B. (b) Когда они контактируют, тепло передается от A к B. (c) Теплопередача прекратится, когда и A, и B достигнут конечной температуры.

Чтобы уменьшить теплопередачу, мы должны сначала понять процессы теплопередачи и факторы, которые влияют на ее скорость. Есть три основных процесса теплопередачи, теплопроводности, конвекции и излучения.Мы опишем эти процессы ниже и посмотрим, как можно минимизировать потери тепла в повседневных применениях.


Проводимость

Если поставить стальную кастрюлю над плитой, внутренняя часть кастрюли и еда станут горячими. Тепло передается через металлическое дно кастрюли внутрь. Это пример передачи тепла посредством теплопроводности .

Когда горячий объект соприкасается с холодным объектом или существует разница температур между различными областями объекта, тепло будет передаваться с горячей стороны на холодную за счет теплопроводности.

Рис. 4 Когда нагретые частицы сталкиваются со своими соседями, энергия передается с горячей стороны на холодную сторону объекта посредством проводимости.

Проводимость связана с движением частиц внутри вещества. Частицы (это могут быть атомы, молекулы или ионы) в веществе удерживаются в постоянном случайном движении за счет энергии, которой они обладают. Температура является показателем средней кинетической энергии этого случайного движения.Чем выше температура, тем выше средняя кинетическая энергия. Например, частицы на более горячей стороне объекта вибрируют быстрее, чем на более холодной стороне. Когда быстро колеблющаяся частица сталкивается со своим менее быстро колеблющимся соседом, часть ее кинетической энергии передается соседней частице. В результате непрерывных столкновений этих соседних частиц энергия передается от более горячей стороны объекта к более холодной стороне. Это микроскопическое объяснение проводимости.

Твердые тела проводят тепло лучше, чем жидкости, которые, в свою очередь, являются лучшими проводниками, чем газы. Частицы в твердом теле связаны наиболее плотно и их положение более или менее фиксировано относительно друг друга (рис. 5а). Сила между соседними частицами велика, что делает передачу тепла при столкновении наиболее эффективной. Частицы в жидкости могут перемещаться внутри нее, а это означает, что сила между частицами не такая сильная (рис. 5b). Таким образом, жидкости обычно плохо проводят тепло.В газе частицы находятся далеко друг от друга, что делает передачу энергии при столкновении очень неэффективной (рис. 5c). Таким образом, газы, как и воздух, очень плохо проводят тепло.

Рис. 5 (a) В твердом теле частицы закреплены друг относительно друга. (б) В жидкости частицы могут двигаться свободно. (c) В газе частицы находятся далеко друг от друга и движутся с большой скоростью.

Скорость теплопередачи за счет теплопроводности различна для разных материалов.Такие металлы, как медь и алюминий, являются хорошими проводниками тепла, поскольку содержат много свободных электронов. Свободные электроны не связаны с конкретными атомами металла, но могут свободно перемещаться вокруг них. Свободные электроны эффективно переносят тепло при столкновении. Неметаллы, такие как стекло, дерево и полистирол, обычно являются плохими проводниками тепла (хорошими изоляторами), потому что они передают энергию через столкновение атомов или молекул, а не через столкновение свободных электронов.

Фиг.6 Способность некоторых распространенных материалов проводить тепло


Конвекция

Наслаждаясь тушеным мясом, вы когда-нибудь замечали, что еда продолжает двигаться вверх и вниз в воде, даже когда вода не кипит? Это показывает, что при нагревании происходит движение воды в объеме. Подъем дыма над горящей свечой также происходит из-за массового движения нагретого воздуха. Это объемное движение известно как конвекция . Это эффективное средство передачи тепла.

Конвекция — это процесс передачи тепла за счет объемного движения жидкости, то есть жидкости или газа.

Рис. 7 Когда жидкость нагревается снизу, объем жидкости перемещается, образуя конвекционный поток.

Конвекция не может происходить в твердом теле, потому что положение частиц в твердых телах фиксировано относительно друг друга.

Когда происходит конвекция, часть жидкости рядом с источником тепла нагревается, плотность горячей жидкости уменьшается, и эта часть поднимается над остальной частью тела жидкости.Более холодная жидкость поблизости приходит, чтобы занять первоначальное место горячей жидкости, образуя конвекционный поток, как показано на рис. 7.

Бытовые обогреватели обычно устанавливают у земли. Это облегчает подъем нагретого воздуха и создает конвекционный поток, циркулирующий по всей комнате. С другой стороны, кондиционеры обычно ставят под потолком. Это облегчает нисходящий поток охлажденного воздуха для создания конвекционного тока.

Фиг.8 Кондиционеры обычно ставят под потолком. Рис. 9 Бытовые обогреватели обычно устанавливают на полу.

Ветер может создаваться конвекцией воздуха. Например, прибрежный ветер вызывается конвекцией из-за разницы температур между воздухом над морем и сушей.


Радиация

Рис. 10 Мы получаем большое количество радиационной энергии от солнца.
Рис. 11 В электромагнитной волне колеблющееся электрическое поле и магнитное поле перпендикулярны друг другу.

Вы когда-нибудь задумывались, как энергия солнца достигает Земли? Пространство между Солнцем и Землей — это вакуум. Таким образом, солнечная энергия не может быть передана Земле ни за счет теплопроводности, ни за счет конвекции, потому что оба процесса требуют наличия материи в качестве среды. Солнечная энергия фактически передается Земле посредством процесса, называемого излучением .

Излучение — это процесс передачи тепла электромагнитными волнами.

Электромагнитные волны — это колебательные электрические и магнитные поля, которые могут распространяться в вакууме. Солнце испускает множество различных видов электромагнитного излучения. Видимый свет — только его часть. Радиация переносит энергию от Солнца на Землю.

Горячие предметы излучают энергию посредством излучения в виде электромагнитных волн. Теплые объекты, такие как человеческое тело, в основном излучают инфракрасное излучение.Вот почему инфракрасные камеры могут четко «видеть» людей даже в темноте.

Внешний вид поверхности объекта определяет скорость излучения и поглощения электромагнитных волн этим объектом. Черные или темные объекты излучают и поглощают электромагнитные волны с большей интенсивностью, чем блестящие, белые или светлые объекты

.
Рис. 12 Шаттл и скафандр космонавта белые.Фото любезно предоставлено NASA / JPL Рис. 13 Поверхность этого дирижабля блестящая.

Земля также теряет энергию в космос из-за испускания инфракрасного излучения. Атмосфера содержит небольшой процент газов, называемых парниковыми газами, таких как водяной пар, двуокись углерода, закись азота, метан и т. Д., Которые поглощают часть этого излучения и снижают скорость потери тепла, помогая согреть Землю. Это называется парниковым эффектом. Хотя большинство парниковых газов происходит естественным образом в атмосфере, ученые считают, что деятельность человека увеличивает уровень этих газов.Например, содержание углекислого газа в атмосфере увеличилось в основном из-за сжигания ископаемого топлива и вырубки лесов. Уровень закиси азота и метана также увеличивается из-за сельскохозяйственной, промышленной и другой деятельности.

С конца 19 века наблюдается повышение средней глобальной температуры примерно на 0,5 o ° C. Таяние ледников и уменьшение снежного покрова в северном полушарии, кажется, подтверждают это явление глобального потепления.

Ученые в целом согласны с тем, что повышение уровня парниковых газов в атмосфере способствует наблюдаемому явлению глобального потепления. Посмотрите анимацию ниже, чтобы узнать больше:

Вопросы глобального потепления и парникового эффекта носят противоречивый характер. Трудно определить, в какой степени повышенный уровень парниковых газов ответственен за наблюдаемое явление глобального потепления. Ссылки [1] и [2] могут помочь вам узнать больше по этим вопросам.


Сводка

Прежде чем переходить к обсуждению приложений, которые достигают энергоэффективности за счет снижения теплопередачи, давайте щелкнем по следующей анимации, чтобы увидеть сводку микроскопических процессов, происходящих при теплопроводности, конвекции и излучении.


Передача энергии и энергоэффективность

В повседневной жизни есть много вещей, которые нужно держать в горячем или холодном состоянии. Это достигается за счет минимизации трех способов передачи энергии.Если скорость передачи энергии низкая, требуется меньше энергии, чтобы поддерживать что-то горячим или холодным.


Термо-термос

Вакуумная колба предназначена для предотвращения передачи энергии между содержимым внутри и окружающей средой снаружи. При отсутствии необходимости в повторном нагреве или охлаждении термос является удобным энергосберегающим контейнером.

Рис. 14 Внутреннее устройство термоса.
Фиг.15 Тепловая плита.

Вы знаете, как делается термос? Взгляните на фото справа (рис. 14). Он имеет двойную стеклянную оболочку с вакуумом между ними. Корпус покрыт слоем светоотражающего материала серебристого цвета. Внешний корпус выполнен из металла или пластика.

Вакуум препятствует передаче энергии за счет теплопроводности и конвекции. Серебряное покрытие отражает большую часть излучения и, таким образом, передача энергии излучения также сводится к минимуму.Таким образом, содержимое вакуумной колбы можно хранить при более или менее постоянной температуре в течение длительного времени. Но термос не может полностью остановить теплопередачу; это может только снизить скорость передачи. Более того, через пробку наверху все еще есть некоторые потери тепла. Проводимость также происходит вдоль стеклянной оболочки, где соединяются внутренняя и внешняя стенки, минуя вакуум.


Тепловая плита

Китайцы любят медленные процессы приготовления (например,грамм. тушение). Люди могут подумать, что когда пища тушится, она медленно поглощает тепло. На самом деле это не так. При тушении продукты длительное время хранятся при постоянной высокой температуре. Поскольку большая часть тепла, поставляемого печью, фактически теряется в окружающую среду, требуется постоянная подача тепла.

Термоварки — это удобное средство для энергоэффективного тушения пищи. Термоварка состоит из двух основных частей: стального внутреннего котла и внешнего термоса.Еда сначала нагревается во внутренней кастрюле в обычном режиме. Затем внутренний горшок помещается во внешний изолирующий контейнер, который предназначен для максимального уменьшения теплопередачи. Хорошо изолированное от окружающей среды, пища во внутренней кастрюле может храниться при высокой температуре в течение длительного времени без использования энергии. Типичная тепловая плита может хранить пищу внутри при температуре выше 70 o ° C в течение более 8 часов.

Следующее упражнение поможет вам лучше понять принцип работы тепловой плиты.


Холодильник

Холодильник имеет множество функций, которые снижают теплопроводность, передачу энергии излучения и конвекции, что снижает потребление электроэнергии.

Рис.16 Гибкие уплотнения на краю дверцы холодильника

Холодильники обычно имеют светлую внешнюю поверхность, чтобы отражать излучение и, таким образом, уменьшать количество тепла, попадающего в холодильное отделение.Края дверцы холодильника имеют гибкие уплотнения, предотвращающие смешивание холодного воздуха внутри с горячим воздухом снаружи, что снижает конвекцию. Гибкие уплотнения изготовлены из хорошего изоляционного материала, что еще больше снижает передачу энергии через проводимость. Толстые стенки и двери холодильника также хорошо изолированы, чтобы уменьшить теплопроводность.

Одежда и одеяла

Рис. 17 Меховая одежда помогает нам согреться зимой.

Без подходящей одежды и одеял в холодную погоду нам пришлось бы потреблять гораздо больше энергии для отопления помещений, чтобы нам было тепло и комфортно.

Одежда и одеяла обычно изготавливаются из таких материалов, как хлопок, шерсть и пух, которые могут задерживать воздух. Поскольку воздух плохо проводит тепло, захваченный воздух снижает теплопотери за счет теплопроводности нашего тела. Сами материалы также являются плохими проводниками тепла.



Список литературы

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *