Centralne ogrzewanie
System centralnego ogrzewania dostarcza ciepło do wielu pomieszczeń w budynku z jednego głównego źródła ciepła. Jest elementem grzewczych, wentylacyjnych i klimatyzacyjnych (w skrócie HVAC), które mogą zarówno chłodzić, jak i ogrzewać pomieszczenia.
System centralnego ogrzewania ma piec, który przetwarza paliwo lub energię elektryczną na ciepło. Ciepło jest rozprowadzane po budynku albo przez wentylatory przetłaczające ogrzane powietrze kanałami, obieg pary niskociśnieniowej do grzejników w każdym ogrzewanym pomieszczeniu, albo pompy, które przetłaczają ciepłą wodę przez grzejniki pokojowe. Pierwotnymi źródłami energii mogą być paliwa takie jak węgiel lub drewno, ropa naftowa, nafta, gaz ziemny lub energia elektryczna.
W porównaniu z systemami takimi jak kominki i piece opalane drewnem, instalacja centralnego ogrzewania zapewnia lepszą równomierność regulacji temperatury w budynku, z reguły obejmującą automatyczne sterowanie paleniskiem. Duże domy lub budynki można podzielić na indywidualnie sterowane strefy z własną kontrolą temperatury. Automatyczna obsługa paliwa (a czasem popiołu) zapewnia większą wygodę w porównaniu z oddzielnymi kominkami. Tam, gdzie system obejmuje kanały do cyrkulacji powietrza, do systemu można dodać centralną klimatyzację. System centralnego ogrzewania może zajmować znaczną przestrzeń w domu lub innym budynku i może wymagać zainstalowania kanałów zasilających i powrotnych na czas budowy.
Przegląd
Centralne ogrzewanie różni się od ogrzewania pomieszczeń tym, że wytwarzanie ciepła odbywa się w jednym miejscu, takim jak kotłownia lub piwnica w domu lub pomieszczenie techniczne w dużym budynku (choć niekoniecznie w geometrycznie „centralnym” punkcie). Ciepło jest rozprowadzane po całym budynku, zwykle za pomocą wymuszonego przepływu powietrza przez kanały, wody krążącej w rurach lub pary doprowadzanej przez rury. Najbardziej powszechną metodą wytwarzania ciepła jest spalanie paliw kopalnych w piecu lub kotle .
W znacznej części strefy klimatu umiarkowanego w większości domów jednorodzinnych zainstalowano centralne ogrzewanie jeszcze przed II wojną światową. Tam, gdzie węgiel był łatwo dostępny (tj. region węgla antracytowego w północno-wschodniej Pensylwanii), powszechne były opalane węglem systemy parowe lub gorącej wody. Później w XX wieku zostały one zaktualizowane do spalania oleju opałowego lub gazu, eliminując potrzebę posiadania dużego zasobnika na węgiel w pobliżu kotła oraz potrzebę usuwania i wyrzucania popiołów węglowych.
Tańszą alternatywą dla ogrzewania gorącą wodą lub parą jest wymuszone gorące powietrze. Piec spala olej opałowy lub gaz, który ogrzewa powietrze w wymienniku ciepła , a wentylatory dmuchawy rozprowadzają ogrzane powietrze siecią kanałów do pomieszczeń w budynku. Ten system jest tańszy, ponieważ powietrze przepływa przez szereg kanałów zamiast rur i nie wymaga instalowania rur . Przestrzeń między legarami podłogowymi można zamknąć i wykorzystać jako część przewodów, co jeszcze bardziej obniża koszty.
Elektryczne systemy grzewcze występują rzadziej i są praktyczne tylko w przypadku taniej energii elektrycznej lub gdy stosowane są gruntowe pompy ciepła . Biorąc pod uwagę połączony system elektrowni cieplnej i elektrycznego ogrzewania oporowego, ogólna wydajność będzie mniejsza niż w przypadku bezpośredniego wykorzystania paliw kopalnych do ogrzewania pomieszczeń.
Niektóre inne budynki wykorzystują centralne ogrzewanie słoneczne , w którym to przypadku system dystrybucji zwykle wykorzystuje obieg wody.
Alternatywą dla takich systemów są grzejniki gazowe i ciepłownictwo miejskie . Sieć ciepłownicza wykorzystuje ciepło odpadowe z procesu przemysłowego lub elektrowni do dostarczania ciepła do sąsiednich budynków. Podobnie jak w przypadku kogeneracji , wymaga to podziemnych rurociągów do cyrkulacji gorącej wody lub pary.
Historia
Starożytna Korea
Użycie ondolu zostało znalezione na stanowiskach archeologicznych w dzisiejszej Korei Północnej. Stanowisko z epoki neolitu , około 5000 pne, odkryte w Unggi , Hamgyeongbuk-do , w dzisiejszej Korei Północnej , pokazuje wyraźny ślad gudeul w wykopanym mieszkaniu ( koreański : 움집 ).
Głównymi elementami tradycyjnego ondolu są agungi ( komora paleniskowa lub piec ) dostępne z sąsiedniego pomieszczenia (zazwyczaj kuchnia lub główna sypialnia), podwyższona murowana podłoga z poziomymi kanałami dymowymi oraz pionowy, wolnostojący komin na przeciwległej ścianie zewnętrznej zapewniający szkic. Ogrzewana podłoga, wsparta na kamiennych filarach lub przegrodach rozprowadzających dym, jest pokryta kamiennymi płytami, gliną i nieprzepuszczalną warstwą, taką jak naoliwiony papier.
Wczesne ondole zaczęły się jako gudeul , które zapewniały ogrzewanie domu i gotowania. Kiedy w piecu rozpalano ogień, aby ugotować ryż na obiad, płomień rozciągał się poziomo, ponieważ wejście przewodu kominowego znajdowało się obok pieca . Taki układ był niezbędny, gdyż uniemożliwiał unoszenie się dymu w górę, co powodowałoby zbyt szybkie zgaśnięcie płomienia. Ponieważ płomień przechodziłby przez wejście do komina, byłby prowadzony przez sieć kanałów z dymem. Całe pokoje byłyby budowane na kanale dymowym pieca, aby stworzyć pokoje z podłogami ondolowymi.
Ondol był tradycyjnie używany jako przestrzeń życiowa do siedzenia, jedzenia, spania i innych rozrywek w większości koreańskich domów przed 1960 rokiem. Koreańczycy są przyzwyczajeni do siedzenia i spania na podłodze oraz pracy i jedzenia przy niskich stolikach zamiast podniesionych stołów z krzesłami. W piecu spalano głównie słomę ryżową, odpady z upraw rolnych, biomasę lub wszelkiego rodzaju suszone drewno opałowe. Do krótkotrwałego gotowania preferowano słomę ryżową lub odpady pożniwne, podczas gdy długie godziny gotowania i ogrzewania podłogowego wymagały drewna opałowego o dłuższym spalaniu. W przeciwieństwie do współczesnych podgrzewaczy wody, paliwo było spalane sporadycznie lub regularnie (dwa do pięciu razy dziennie), w zależności od częstotliwości gotowania i sezonowych warunków pogodowych.
Starożytny Rzym i Grecja
.jpg)
Starożytni Grecy pierwotnie opracowali centralne ogrzewanie. Świątynia w Efezie była ogrzewana kanałami wbitymi w ziemię i cyrkulującymi ciepłem wytwarzanym przez ogień. Niektóre budynki w Cesarstwie Rzymskim wykorzystywały systemy centralnego ogrzewania, doprowadzające powietrze ogrzane piecami przez puste przestrzenie pod podłogami i na zewnątrz rur (zwanych kalduktami ) w ścianach – system znany jako hipokaust .
Rzymski hipokaust nadal był używany na mniejszą skalę w późnej starożytności i przez kalifat Umajjadów , podczas gdy późniejsi muzułmańscy budowniczowie stosowali prostszy system rur podpodłogowych .
Po upadku Cesarstwa Rzymskiego , w przeważającej mierze w całej Europie, ogrzewanie powróciło do bardziej prymitywnych kominków na prawie tysiąc lat.
Na wczesnośredniowiecznej wyżynie alpejskiej prostszy system centralnego ogrzewania, w którym ciepło przepływało kanałami podpodłogowymi z kotłowni, w niektórych miejscach zastąpił rzymską hipokaustę. W opactwie Reichenau sieć połączonych ze sobą kanałów podpodłogowych ogrzewała w miesiącach zimowych dużą salę zgromadzeń mnichów o powierzchni 300 m². Stopień sprawności układu obliczono na 90%.
W XIII wieku mnisi cystersi ożywili centralne ogrzewanie w chrześcijańskiej Europie , wykorzystując zmiany kierunku rzeki w połączeniu z wewnętrznymi piecami opalanymi drewnem. Doskonałym przykładem takiego zastosowania jest dobrze zachowany Królewski Klasztor Matki Bożej z Koła (założony w 1202 r.) nad rzeką Ebro w regionie Aragonii w Hiszpanii .
Nowoczesne instalacje centralnego ogrzewania
Trzy główne metody centralnego ogrzewania zostały opracowane pod koniec XVIII do połowy XIX wieku.
Gorące powietrze
William Strutt zaprojektował nowy budynek młyna w Derby z centralnym piecem na gorące powietrze w 1793 roku, chociaż pomysł ten został już zaproponowany przez Johna Evelyna prawie sto lat wcześniej. Projekt Strutta składał się z dużego pieca, który ogrzewał powietrze doprowadzane z zewnątrz przez duże przejście podziemne. Powietrze było wentylowane przez budynek dużymi kanałami centralnymi.
W 1807 roku współpracował z innym wybitnym inżynierem, Charlesem Sylvesterem , przy budowie nowego budynku dla Royal Infirmary w Derby. Sylvester odegrał kluczową rolę w zastosowaniu nowatorskiego systemu ogrzewania Strutta w nowym szpitalu. Swoje idee opublikował w The Philosophy of Domestic Economy; jak na przykładzie trybu ogrzewania, wentylacji, prania, suszenia i gotowania ... w szpitalu Derbyshire General Infirmary w 1819 r. Sylvester udokumentował nowe sposoby ogrzewania szpitali, które zostały uwzględnione w projekcie, oraz zdrowsze funkcje, takie jak samodzielne -czyszczenie i odświeżanie toalet. Nowatorski system ogrzewania szpitala pozwolił pacjentom oddychać świeżym, ogrzanym powietrzem, podczas gdy stare powietrze było kierowane do szklanej i żelaznej kopuły w środku.
Ich projekty okazały się bardzo wpływowe. Były szeroko kopiowane w nowych młynach w Midlands i były stale ulepszane, osiągając dojrzałość dzięki pracom de Chabannesa nad wentylacją Izby Gmin w latach 1810-tych. System ten pozostał standardem ogrzewania małych budynków przez resztę stulecia.
Para
Angielski pisarz Hugh Plat zaproponował parowy system centralnego ogrzewania szklarni w 1594 roku, chociaż było to odosobnione zjawisko i kontynuowano je dopiero w XVIII wieku. Pułkownik Coca-Cola opracował system rur, które miały przenosić parę wokół domu z centralnego kotła, ale to James Watt , szkocki wynalazca, jako pierwszy zbudował działający system w swoim domu.
Centralny kocioł dostarczał parę pod wysokim ciśnieniem, która następnie rozprowadzała ciepło w budynku przez system rur osadzonych w kolumnach. On [ potrzebne wyjaśnienie ] wdrożył system na znacznie większą skalę w fabryce włókienniczej w Manchesterze . Ostateczny opis tych instalacji spisał Robertson Buchanan w swoich traktatach opublikowanych w 1807 i 1815 roku. Praca Thomasa Tredgolda Zasady ocieplenia i wentylacji budynków użyteczności publicznej nakreśliła metodę zastosowania ogrzewania gorącą parą do mniejszych, nieprzemysłowych budynków. Ta metoda wyparła systemy gorącego powietrza pod koniec XIX wieku.
Gorąca woda
starożytnym Rzymie do ogrzewania term używano wczesnych systemów ciepłej wody . Inny wczesny system ciepłej wody został opracowany w Rosji do centralnego ogrzewania Pałacu Letniego (1710–1714) Piotra Wielkiego w Sankt Petersburgu . Nieco później, bo w 1716 roku, po raz pierwszy w Szwecji po raz pierwszy wykorzystano wodę do ogrzewania budynków. Mårten Triewald , szwedzki inżynier, zastosował tę metodę w szklarni w Newcastle upon Tyne . Jean Simon Bonnemain (1743-1830), francuski architekt, wprowadził tę technikę do przemysłu w spółdzielni w Château du Pêcq pod Paryżem .
Jednak te rozproszone próby były izolowane i ograniczały się głównie do ich zastosowania w szklarniach . Tredgold początkowo odrzucił jego użycie jako niepraktyczne, ale zmienił zdanie w 1836 roku, kiedy technologia weszła w fazę szybkiego rozwoju.
Wczesne systemy wykorzystywały systemy wodne o niskim ciśnieniu, które wymagały bardzo dużych rur. Jeden z pierwszych nowoczesnych systemów centralnego ogrzewania ciepłą wodą, który miał zaradzić temu brakowi, został zainstalowany przez Angiera Marcha Perkinsa w Londynie w latach trzydziestych XIX wieku. W tym czasie w Wielkiej Brytanii modne stało się centralne ogrzewanie, przy czym powszechnie stosowano systemy parowe lub gorące powietrze.
Aparat Perkinsa 1832 rozprowadzał wodę o temperaturze 200 stopni Celsjusza (392 ° F) przez rury o małej średnicy pod wysokim ciśnieniem. Kluczowym wynalazkiem, który sprawił, że system był opłacalny, było gwintowane złącze śrubowe, które umożliwiło połączenie między rurami wytrzymujące ciśnienie podobne do samej rury. Oddzielił też kocioł od źródła ciepła, aby zmniejszyć ryzyko wybuchu. Pierwsza jednostka została zainstalowana w domu gubernatora Banku Anglii Johna Horsleya Palmera, aby mógł uprawiać winogrona w zimnym klimacie Anglii .
Jego systemy były instalowane w fabrykach i kościołach w całym kraju, a wiele z nich pozostawało w stanie użytkowym przez ponad 150 lat. Jego system został również przystosowany do użytku przez piekarzy przy ogrzewaniu ich pieców i przy wytwarzaniu papieru z miazgi drzewnej.
Franz San Galli , urodzony w Prusach rosyjski biznesmen mieszkający w Petersburgu , wynalazł grzejnik w latach 1855-1857, co było ważnym krokiem w ostatecznym ukształtowaniu nowoczesnego centralnego ogrzewania. Wiktoriański żeliwny stał się powszechny pod koniec XIX wieku, gdy firmy, takie jak American Radiator Company , rozszerzyły rynek tanich grzejników w Stanach Zjednoczonych i Europie.
Źródła energii
Źródło energii wybrane dla systemu centralnego ogrzewania różni się w zależności od regionu. Pierwotne źródło energii jest wybierane na podstawie kosztów, wygody, wydajności i niezawodności. Koszt energii do ogrzewania jest jednym z głównych kosztów eksploatacji budynku w zimnym klimacie. Niektóre instalacje centralnego ogrzewania mogą zmieniać paliwa ze względów ekonomicznych i wygodnych; na przykład właściciel domu może zainstalować piec opalany drewnem z rezerwowym zasilaniem elektrycznym do okazjonalnej pracy bez nadzoru.
Paliwa stałe , takie jak drewno , torf lub węgiel , mogą być składowane w miejscu użycia, ale są niewygodne w obsłudze i trudne do automatycznej kontroli. Paliwo drzewne jest nadal używane tam, gdzie zapasy są obfite, a mieszkańcy budynku nie mają nic przeciwko pracy związanej z dostarczaniem opału, usuwaniem popiołu i doglądaniem ognia. Systemy paliwowe na pelety mogą automatycznie podsycać ogień, ale nadal wymagają ręcznego usuwania popiołu. Węgiel był kiedyś ważnym paliwem do ogrzewania mieszkań, ale dziś jest rzadkością, a paliwo bezdymne jest preferowane jako substytut w otwartych kominkach lub piecach .
Paliwa płynne to produkty ropopochodne, takie jak olej opałowy i nafta . Są one nadal szeroko stosowane tam, gdzie inne źródła ciepła są niedostępne. Olej opałowy może być automatycznie spalany w instalacji centralnego ogrzewania i nie wymaga odpopielania oraz niewielkiej konserwacji układu spalania. Jednak zmienna cena ropy naftowej na rynkach światowych prowadzi do nieregularnych i wysokich cen w porównaniu z niektórymi innymi źródłami energii. Instytucjonalne systemy grzewcze (na przykład budynki biurowe lub szkoły) mogą wykorzystywać niedrogie paliwo bunkrowe niskiej jakości do zasilania swoich ciepłowni, ale koszt kapitału jest wysoki w porównaniu z łatwiejszymi w zarządzaniu paliwami płynnymi.
Gaz ziemny jest powszechnym paliwem grzewczym w Ameryce Północnej i północnej Europie. Palniki gazowe są sterowane automatycznie i nie wymagają usuwania popiołu oraz niewielkiej konserwacji. Jednak nie wszystkie obszary mają dostęp do systemu dystrybucji gazu ziemnego. Skroplony gaz ropopochodny lub propan można przechowywać w miejscu użycia i okresowo uzupełniać za pomocą mobilnego zbiornika montowanego na ciężarówce.
Niektóre obszary mają tanią energię elektryczną, dzięki czemu ogrzewanie elektryczne jest ekonomicznie praktyczne. Ogrzewanie elektryczne może być ogrzewaniem czysto oporowym lub wykorzystywać pompy ciepła, aby wykorzystać ciepło niskiej jakości w powietrzu lub gruncie.
System ciepłowniczy wykorzystuje centralnie umieszczone kotły lub podgrzewacze wody i rozprowadza energię cieplną do poszczególnych klientów poprzez cyrkulację gorącej wody lub pary. Ma to tę zaletę, że centralny, wysoce wydajny konwerter energii może wykorzystywać najlepsze dostępne środki kontroli zanieczyszczeń i który jest profesjonalnie obsługiwany. Miejski system ciepłowniczy może wykorzystywać źródła ciepła, których zastosowanie w indywidualnych domach jest niepraktyczne, takie jak olej ciężki, produkty uboczne drewna lub rozszczepienie jądrowe. Budowa sieci dystrybucyjnej jest droższa niż w przypadku ogrzewania gazowego lub elektrycznego, dlatego można ją znaleźć tylko na gęsto zaludnionych obszarach lub zwartych społecznościach.
Nie wszystkie systemy centralnego ogrzewania wymagają zakupu energii. Kilka budynków jest obsługiwanych przez lokalne ciepło geotermalne, wykorzystując gorącą wodę lub parę z lokalnej studni do ogrzewania budynku. Takie tereny są rzadkością. Pasywny fotowoltaiczny nie wymaga zakupu paliwa, ale musi być starannie zaprojektowany dla danej lokalizacji.
Wymagane obliczenie mocy grzałki
Moce grzewcze są mierzone w kilowatach lub BTU na godzinę. Aby umieścić w domu, należy obliczyć grzejnik i poziom mocy wymaganej dla domu. Obliczenia te uzyskuje się, rejestrując różne czynniki – a mianowicie to, co znajduje się nad i pod pomieszczeniem, które chcesz ogrzać, ile jest okien, rodzaj ścian zewnętrznych w nieruchomości i wiele innych czynników, które określą poziom mocy cieplnej potrzebnej do odpowiedniego ogrzania pomieszczenia. To obliczenie nazywa się obliczeniem strat ciepła i można je wykonać za pomocą kalkulatora BTU. W zależności od wyniku tych obliczeń, grzejnik można dokładnie dopasować do domu.
Dane do faktury
Wytwarzane ciepło można mierzyć za pomocą podzielników kosztów ciepła , dzięki czemu każda jednostka może być rozliczana indywidualnie, nawet jeśli istnieje tylko jeden scentralizowany system.
Rodzaje centralnego ogrzewania
Podgrzewanie wody
Ciepła woda obiegowa może być wykorzystana do centralnego ogrzewania. Czasami systemy te nazywane są wodnymi systemami grzewczymi .
Typowe elementy systemu centralnego ogrzewania wykorzystującego obieg wody to:
- przewodów paliwowych, elektrycznych lub ciepłowniczych
- Kocioł (lub wymiennik ciepła do sieci ciepłowniczej), który podgrzewa wodę w instalacji
- Pompa do cyrkulacji wody
- Grzejniki , przez które przepływa podgrzana woda w celu oddania ciepła do pomieszczeń.
Systemy wody obiegowej wykorzystują obieg zamknięty; ta sama woda jest podgrzewana, a następnie ponownie podgrzewana. Szczelny system zapewnia formę centralnego ogrzewania, w której woda używana do ogrzewania krąży niezależnie od normalnego zaopatrzenia budynku w wodę.
W zbiorniku wyrównawczym znajduje się sprężony gaz, oddzielony membraną od wody w układzie zamkniętym. Pozwala to na normalne zmiany ciśnienia w systemie. Zawór bezpieczeństwa umożliwia ucieczkę wody z systemu, gdy ciśnienie staje się zbyt wysokie, a zawór może się otworzyć, aby uzupełnić wodę z normalnego źródła wody, jeśli ciśnienie spadnie do zbyt niskiego poziomu. Systemy uszczelnione stanowią alternatywę dla systemów z otwartą wentylacją, w których para może wydostawać się z systemu i jest zastępowana z wodociągu budynku za pośrednictwem zasilania i centralnego systemu magazynowania.
Systemy grzewcze w Wielkiej Brytanii i innych częściach Europy często łączą potrzeby ogrzewania pomieszczeń z ogrzewaniem ciepłej wody użytkowej. Systemy te występują rzadziej w USA. W takim przypadku podgrzana woda w systemie zamkniętym przepływa przez wymiennik ciepła w zbiorniku ciepłej wody lub zasobniku ciepłej wody , gdzie podgrzewa wodę ze zwykłego źródła wody pitnej do użytku w kranach lub urządzeniach takich jak pralki lub zmywarki .
Wodne systemy ogrzewania podłogowego wykorzystują kocioł lub sieć ciepłowniczą do podgrzewania wody oraz pompę do cyrkulacji ciepłej wody w rurach z tworzywa sztucznego zainstalowanych w płycie betonowej. Rury osadzone w podłodze prowadzą podgrzaną wodę, która odprowadza ciepło na powierzchnię podłogi, skąd oddaje energię cieplną do pomieszczenia powyżej. Wodne systemy grzewcze są również stosowane z roztworami przeciw zamarzaniu w systemach topienia lodu i śniegu na chodnikach, parkingach i ulicach. Są one częściej stosowane w projektach ogrzewania podłogowego w obiektach komercyjnych i całych domach, podczas gdy elektryczne systemy ogrzewania promiennikowego są częściej stosowane w mniejszych zastosowaniach „ogrzewania punktowego”.
Ogrzewanie parowe
System ogrzewania parowego wykorzystuje wysokie ciepło utajone , które jest wydzielane, gdy para skrapla się do ciekłej wody. W systemie ogrzewania parowego każde pomieszczenie wyposażone jest w grzejnik, który jest podłączony do źródła pary o niskim ciśnieniu (kocioł). Para wchodząca do chłodnicy skrapla się i oddaje swoje utajone ciepło, powracając do ciekłej wody. Grzejnik z kolei ogrzewa powietrze w pomieszczeniu i zapewnia część bezpośredniego promieniowania cieplnego . Skropliny wracają do kotła grawitacyjnie lub za pomocą pompy. Niektóre systemy wykorzystują tylko jedną rurę do połączonego powrotu pary i kondensatu. Ponieważ uwięzione powietrze uniemożliwia prawidłową cyrkulację, takie systemy mają zawory odpowietrzające umożliwiające usuwanie powietrza. W budynkach mieszkalnych i małych budynkach komercyjnych para jest wytwarzana pod stosunkowo niskim ciśnieniem, poniżej 15 psig (200 kPa) [ potrzebne źródło ] .
Systemy ogrzewania parowego są rzadko instalowane w nowym budownictwie jednorodzinnym ze względu na koszt instalacji rurowej. Rury muszą być starannie nachylone, aby zapobiec zablokowaniu uwięzionego kondensatu. W porównaniu z innymi metodami ogrzewania trudniej jest kontrolować wydajność systemu parowego. Jednak para może być przesyłana na przykład między budynkami na kampusie, aby umożliwić korzystanie z wydajnego centralnego kotła i taniego paliwa. Wysokie budynki wykorzystują niską gęstość pary, aby uniknąć nadmiernego ciśnienia wymaganego do cyrkulacji gorącej wody z kotła zamontowanego w piwnicy. W systemach przemysłowych para technologiczna wykorzystywana do wytwarzania energii lub do innych celów może być również wykorzystywana do ogrzewania pomieszczeń. Para do systemów grzewczych może być również pozyskiwana z kotłów odzysknicowych wykorzystujących ciepło odpadowe z procesów przemysłowych.
Ogrzewanie elektryczne
Ogrzewanie elektryczne lub ogrzewanie oporowe przekształca energię elektryczną bezpośrednio w ciepło. Ciepło elektryczne jest często droższe niż ciepło wytwarzane przez urządzenia spalające, takie jak gaz ziemny, propan i olej. Ciepło rezystancyjne może być dostarczane przez grzejniki listwowe, grzejniki pomieszczeń, promienniki ciepła, piece, grzejniki ścienne lub systemy magazynowania ciepła.
Nagrzewnice elektryczne są zwykle częścią klimakonwektora, który jest częścią centralnego klimatyzatora. Rozprowadzają ciepło, nadmuchując powietrze na element grzejny , które jest dostarczane do pieca kanałami powietrza powrotnego. Dmuchawy w piecach elektrycznych poruszają powietrze przez jedną do pięciu cewek lub elementów oporowych, które zwykle mają moc pięciu kilowatów. Elementy grzejne włączają się pojedynczo, aby uniknąć przeciążenia układu elektrycznego. Przegrzaniu zapobiega wyłącznik bezpieczeństwa zwany regulatorem krańcowym lub wyłącznikiem krańcowym. Ten regulator limitu może wyłączyć piec, jeśli dmuchawa ulegnie awarii lub jeśli coś blokuje przepływ powietrza. Ogrzane powietrze jest następnie przesyłane z powrotem przez dom kanałami nawiewnymi.
W większych zastosowaniach komercyjnych centralne ogrzewanie zapewnia centrala wentylacyjna , która zawiera podobne elementy jak piec, ale na większą skalę.
Piec danych wykorzystuje komputery do przekształcania energii elektrycznej w ciepło przy jednoczesnym przetwarzaniu danych.
Pompy ciepła
W łagodnym klimacie powietrzna pompa ciepła może służyć do klimatyzacji budynku podczas upałów oraz do ogrzewania budynku za pomocą ciepła pobieranego z powietrza zewnętrznego w chłodne dni. Powietrzne pompy ciepła są generalnie nieekonomiczne przy temperaturach zewnętrznych znacznie poniżej zera. W chłodniejszym klimacie geotermalne pompy ciepła mogą być wykorzystywane do wydobywania ciepła z gruntu. Ze względów ekonomicznych systemy te są przeznaczone do średnich temperatur zimowych i wykorzystują dodatkowe ogrzewanie w ekstremalnie niskich temperaturach. Zaletą pompy ciepła jest to, że zmniejsza ona zakup energii potrzebnej do ogrzewania budynku; często systemy źródeł geotermalnych dostarczają również ciepłą wodę użytkową. Nawet w miejscach, w których paliwa kopalne dostarczają większość energii elektrycznej, system geotermalny może zrównoważyć gazów cieplarnianych , ponieważ większość ciepła pochodzi z otaczającego środowiska, a tylko 15–30% to zużycie energii elektrycznej.
Aspekty środowiskowe
Z punktu widzenia efektywności energetycznej znaczna część ciepła jest tracona lub marnowana, jeśli tylko jedno pomieszczenie wymaga ogrzewania, ponieważ centralne ogrzewanie ma straty dystrybucji i (szczególnie w przypadku systemów z wymuszonym obiegiem powietrza) może bez potrzeby ogrzewać niektóre niezamieszkane pomieszczenia. W takich budynkach, które wymagają izolowanego ogrzewania, można rozważyć systemy niecentralne, takie jak indywidualne grzejniki pokojowe, kominki lub inne urządzenia. Alternatywnie, architekci mogą projektować nowe budynki, które praktycznie eliminują potrzebę ogrzewania, takie jak te budowane w domu pasywnego .
Jeśli jednak budynek wymaga pełnego ogrzewania, centralne ogrzewanie spalinowe może stanowić rozwiązanie bardziej przyjazne dla środowiska niż elektryczne ogrzewanie oporowe . Ma to zastosowanie, gdy energia elektryczna pochodzi z elektrowni zasilanej paliwami kopalnymi , przy czym do 60% energii w paliwie jest tracone (o ile nie jest wykorzystywane do sieci ciepłowniczej ) i około 6% w stratach przesyłowych . Z tego powodu w Szwecji istnieją propozycje stopniowego wycofywania bezpośredniego ogrzewania elektrycznego (patrz wycofywanie oleju opałowego w Szwecji ). Źródła jądrowe, wiatrowe, słoneczne i wodne zmniejszają ten czynnik.
Natomiast systemy centralnego ogrzewania ciepłej wody użytkowej mogą wykorzystywać wodę podgrzewaną w budynku lub w jego pobliżu za pomocą wysokosprawnych kotłów kondensacyjnych , biopaliw lub sieci ciepłowniczych . Mokre ogrzewanie podłogowe okazało się idealne. Daje to możliwość stosunkowo łatwej konwersji w przyszłości na wykorzystanie rozwijających się technologii, takich jak pompy ciepła i kombisystemy słoneczne , zapewniając w ten sposób również zabezpieczenie na przyszłość .
Typowe sprawności centralnego ogrzewania (mierzone przy zakupie energii przez klienta) to:
- 65–97% dla ogrzewania gazowego ;
- 80–89% dla opalanych olejem i
- 45-60% dla ogrzewania węglowego .
Zbiorniki do przechowywania ropy naftowej, zwłaszcza podziemne zbiorniki magazynowe , również mogą mieć wpływ na środowisko. Nawet jeśli system ogrzewania budynku został dawno temu przestawiony z oleju, olej nadal może wpływać na środowisko, zanieczyszczając glebę i wody gruntowe. Właściciele budynków mogą zostać zobowiązani do usunięcia zakopanych zbiorników i poniesienia kosztów rekultywacji.
Zobacz też
- Ogrzewanie miejskie
- Oszczędzanie energii
- Wymuszony obieg powietrza
- Gaz z wymuszonym obiegiem powietrza
- Systemy geotermalne
- Ognisko
- Ogrzewanie, wentylacja i klimatyzacja (HVAC)
- Hydronika
- Grzejnik olejowy
- Open Therm
- Energia odnawialna
- Kombisystem słoneczny
- Termostat
- Ogrzewanie podłogowe
- Podgrzewanie wody
- Energia wiatrowa
- Zewnętrzne grzejniki na drewno
- Jednolity kod mechaniczny
- Dom pasywny
Źródła
- Hägermann, Dieter; Schneider, Helmuth (1997). Propyläen Technikgeschichte. Landbau und Handwerk, 750 v. Chr. bis 1000 n. Chr (wyd. 2). Berlin. ISBN 3-549-05632-X .
Dalsza lektura
- Adams, Sean Patrick. Pożary domów: jak Amerykanie utrzymywali ciepło w XIX wieku (Johns Hopkins University Press, 2014), 183 s