Как происходит отопление: Центральное отопление в многоквартирном доме: схемы централизованных систем отопления

Содержание

Как правильно сделать отопление в доме: теплоснабжение дома своими руками

В 2017 году я построил загородный дом для круглогодичного проживания.

Георгий Шабашев

запустил отопление в своем доме

Когда рабочие заканчивали внешнюю отделку, нужно было иметь план коммуникаций. У меня его не было — я сделал только примерную схему расположения радиаторов. Остальное решил поручить специалистам, поскольку опыта в вопросах отопления у меня не было.

Мне повезло с бригадой: они рассказали про особенности работы отопления в частном доме и помогли спланировать отопление и другие коммуникации. Некоторые важные моменты они предусмотрели без моего напоминания. Например, заранее продумали разводку труб и место для будущего газового котла.

Я расскажу о своем опыте обустройства отопления в доме. Но каждый случай индивидуален, и мои советы подойдут не всем. В этой статье базовая информация об отоплении, немного теории глазами простого обывателя и личный опыт.

Что представляет собой отопление дома

До строительства дома любые коммуникации казались мне сложными и непонятными. Но в частном доме я сам отвечаю за работу котельной, поэтому решил во всем разобраться.

Главный принцип работы системы отопления: запасенная энергия преобразуется в тепло с помощью теплоносителя — вещества, которое накапливает тепло, — передается по трубам и через устройства отдачи тепла, например радиаторы, нагревает пространство.

Как выбрать участок для строительства

Я описал принцип работы централизованной системы, которая отвечает за обогрев нескольких помещений. Еще бывают локальные системы, например камин, печь или тепловая пушка. Они обогревают не весь дом, а пространство, в котором установлены. Такие системы используются редко — обычно в домах с сезонным проживанием. Поэтому в статье я буду говорить о централизованной системе.

Системы отопления могут быть закрытого типа, то есть с использованием насоса для циркуляции теплоносителя, и открытого типа — без насоса, только за счет гравитации. Системы открытого типа имеют ограниченное применение и ряд особенностей в установке, поэтому здесь речь пойдет о системах закрытого типа.

Элементы системы отопления

Система отопления состоит из компонентов. Наиболее важные такие.

Теплогенераторы — преобразователи энергии в тепло. Это, например, котел, который использует газ, электричество или жидкое топливо, чтобы вырабатывать тепло. Бывают и другие виды топлива — я уже рассказывал об этом в статье про выбор котла.

В системе отопления может быть один котел или несколько. Например, газовый котел установлен как основной, а электрокотел — как резервный, на случай временного отключения газа.

Монтаж систем отопления в частном доме: правила, схемы, нюансы



Сегодня выбор многих наших соотечественников все чаще падает на размеренную и спокойную жизнь за городом. Собственный дом становится той тихой гаванью, куда хочется вернуться после трудного дня в шумном и загазованном мегаполисе. Насколько теплой (во всех смыслах) будет встреча с жилищем, во многом зависит от качества работы отопительного оборудования. Ведь правильный монтаж системы отопления — залог не только уюта и комфорта, но и безопасности дома и всех жильцов.

Требования к монтажу систем отопления

Будет ли организована система отопления частного дома с нуля или модернизирована старая, первое, с чего стоит начать, — это ознакомиться с нормативной документацией, регламентирующей введение в строй оборудования и его дальнейшую эксплуатацию. Знакомство с этим, пусть и не очень увлекательным, документом займет не больше получаса, зато обезопасит вас на долгие годы.



Это важно


С 2004 года на территории Российской Федерации действуют СНиП 41-01-2003 «Отопление, вентиляция и кондиционирование», которые распространяются на системы теплоснабжения, отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха в помещениях зданий и сооружений. В них указаны нормы санитарной, экологической, пожарной безопасности при пользовании данными системами, а также требования к их надежности и энергосбережению.

Есть базовые требования, на которые нужно обратить пристальное внимание. Самое главное, что следует учитывать при монтаже котлов отопления, труб, радиаторов и другого оборудования, —пожаро- и взрывобезопасность. Поэтому при установке отопительного оборудования стоит убедиться, что оно будет находиться в свободном доступе для периодического контроля и чистки системы, а в случае выхода из строя какого-либо элемента его можно будет легко отремонтировать или заменить. Пренебрежение такими простыми правилами может привести к серьезным последствиям.

Вот несколько правил, которые позволят сделать дом теплым и безопасным:

  • Температура теплоносителя, если такой используется в системе отопления, должна быть на 20°С ниже температуры самовоспламенения/испарения вещества. Если вы используете в качестве теплоносителя воду температурой выше 105°С, следует предотвращать ее вскипание. Температура кипения зависит от изменения давления жидкости. Так, при давлении в 2 атмосферы вода закипает только при +120°С.
  • Температура поверхности открытых элементов системы не должна превышать максимально допустимую.
  • Теплоизоляция приборов и оборудования системы должна быть организована так, чтобы защищать от ожогов, уменьшать потери тепла, исключать конденсацию и предотвращать замерзание теплоносителя в неотапливаемых помещениях.
  • Необходимо изолировать горячие конструкции системы, если они могут повлечь воспламенение газов, аэрозолей и пыли в помещении. При этом температура на поверхности теплоизоляции должна быть на 20°С ниже температуры самовоспламенения.

Этапы монтажа системы отопления

В новом частном доме общий вид системы отопления, ее схему и все нюансы лучше продумать на этапе проектирования и строительства здания. Так вы сразу будете представлять, нужно ли вам отдельное помещение для котельной, где проложить технологические ниши для разводки элементов системы и установки оборудования. Это значительно упростит дальнейшие работы и сократит время монтажа. К тому же, если вы собираетесь спрятать трубы, то следует об этом позаботиться до начала отделочных работ. Удобнее всего провести монтаж труб отопления перед тем, как б

схемы, виды котлов и отопительных приборов

Обогрев комнаты батареямиОбогрев комнаты батареями

Обогрев помещений загородного коттеджа можно организовать различными способами – печью, газовыми либо электрическими конвекторами, инфракрасными приборами и прочими воздушными обогревателями. Но для жилых комнат предпочтительным вариантом остается традиционное водяное отопление. Устройство такой системы в частном доме или квартире начинается с выбора правильной схемы, учитывающей планировку здания и расстановку отопительного оборудования.

Как работает система

Если вы планируете самостоятельно провести тепло в помещения, стоит разобраться в конструкции и принципе работы водяного отопления. Три составляющих любой схемы:

  • установка, вырабатывающая тепловую энергию и передающая ее воде;
  • трубопроводная разводка;
  • отопительные приборы, расположенные в обогреваемых комнатах.

Радиаторное отопление двухэтажного зданияРадиаторное отопление двухэтажного зданияОдин из способов организации отопления в жилище на 2 этажа — двухтрубная плечевая разводка

Примечание. Запорная арматура – краны, балансировочные вентили, смесительные клапаны – всегда являются час

Как работает система отопления в многоквартирном доме: схемы трубных разводок

При проектировании систем отопления большого масштаба (в частности, расчеты регулировки системы отопления многоквартирного дома и ее полноценного функционирования) внешним и внутренним факторам эксплуатации оборудования уделяется особо пристальное внимание. Разработаны и успешно применяются на практике несколько схем обогрева при центральном отоплении, отличающиеся друг от друга структурой, параметрами рабочей жидкости и схемами разводки труб в многоквартирных домах.

Схема обогрева при центральном отоплении

Какие бывают виды систем отопления многоквартирного дома

В зависимости от монтажа теплогенератора или местоположения котельной:

  1. Автономная система в квартире, где котел отопления монтируется в отдельном помещении или на кухне. Затраты на покупку котла, радиаторов и соответствующих материалов для разводки труб возвращаются быстро, так как такую автономную систему можно регулировать, исходя из собственных соображений относительно температурного режима в доме. Кроме того, индивидуальный трубопровод не теряет тепло, а наоборот – помогает отапливать помещения, так как проложен по квартире или по дому. Индивидуальный котел не нужно приспосабливать под реконструкцию централизованного отопления – один раз составленная и внедренная схема отопления будет работать всю жизнь. И, наконец, уже рабочую схему можно дополнить параллельно или последовательно включаемыми контурами, например, «теплым полом»;
  2. Вариант индивидуального отопления, который рассчитан на обслуживание всего многоквартирного дома или целого жилого комплекса – мини-котельная. В качестве примера можно привести старые котельные, обслуживающие квартал, или новые комплексы для одного или нескольких домов на разных источниках энергии – от газа и электричества до солнечных батарей и термальных источников;
  3. Схема индивидуального отопления квартиры

  4. Централизованная схема отопления в многоэтажном доме – самое распространенное до сих пор рабочее решение проблемы.
  5. Централизованная схема отопления

Схемы отопления в зависимости от параметров рабочей жидкости:

  1. Отопление на обычной воде, в трубах которого теплоноситель не нагревается выше 65-700C. Это разработка из области низкопотенциальных систем, но чаще всего работают старые схемы с температурой рабочей жидкости, достигающей 80-1050C;
  2. Отопление паровое, где в трубах перемещается не горячая вода, а пар под давлением. Такие системы уходят в прошлое, и сегодня практически не используются при доставке тепла и обогреве любых типов многоквартирных домов.
  3. Схема отопления в многоквартирном доме

Закрытая система отопления – схема разводки отопления частного дома

Устройство замкнутой системы обогреваУстройство замкнутой системы обогрева

Данное руководство предназначается владельцам небольших частных домов, стремящимся самостоятельно организовать обогрев жилища в целях экономии средств. Наиболее рациональное решение для подобных зданий — закрытая система отопления (сокращенно – ЗСО), функционирующая с избыточным давлением теплоносителя. Рассмотрим ее принцип работы, разновидности схем разводки и устройство своими руками.

Принцип действия закрытой СО

Закрытая (иначе – замкнутая) система отопления — это сеть трубопроводов и отопительных приборов, в которой теплоноситель полностью изолирован от атмосферы и движется принудительно – от циркуляционного насоса. Любая ЗСО обязательно включает такие элементы:

  • отопительный агрегат – газовый, твердотопливный либо электрический котел;
  • группа безопасности, состоящая из манометра, предохранительного и воздушного клапана;
  • обогревательные приборы – радиаторы или контуры теплых полов;
  • соединительные трубо

это очень просто (часть 1)

Вы строите или уже построили дом. Каким бы он ни был, большим или маленьким, чтобы в нем было уютно и тепло круглый год, необходимо надежное и удобное отопление. 
Возможно, Вы все делаете сами и захотите сделать его самостоятельно, а может быть, поручите опытным специалистам, которые возьмут на себя заботу о дальнейшей «жизни» и работе Вашего отопления. В любом случае Вы будете выбирать оборудование. Надеемся, что все здесь изложенное облегчит Вам выбор, и система отопления Вашего дома будет комфортной и удобной. 
Согреть помещение можно старинным способом с помощью печи или камина, можно в каждой комнате поставить электронагреватель, но такое отопление — тема не этого сайта. Наша тема — комфортные гидравлические (жидкостные) системы отопления, в которых циркулирует теплоноситель, согревая дом с помощью отопительных приборов.

Что такое двухконтурный котел?

Представим, что котел поставили на бойлер и соединили их вместе, — получим двухконтурный котел. 
То есть, в двухконтурных котлах встроен второй теплообменник, проточный или накопительный, который нагревает бытовую горячую воду, которую приходится «добывать» с помощью котла, если мы не получаем ее другим способом (газовая колонка, электронагреватель и т.д.). 
В двухконтурном котле водонагреватель является частью котла. Ёмкость его, как правило, 130-150литров. 
Если нужен водонагреватель большего объема, лучше приобрести одноконтурный котел и бойлер отдельно.

Перейти в каталог двухконтурных газовых котлов в Нижнем Новгороде.

Что такое гидравлическая система отопления?

Это замкнутая цепочка из труб, отопительных приборов и котла (генератора тепла), заполненная водой, текущей по трубам. Воду внутри системы мы уже назвали выше теплоносителем, потому что теплоносителем может быть не только вода, но и другие жидкости, о которых расскажем позже и которые называют одним общим словом «антифризы» («незамерзайки»). 
Работает система отопления очень просто: 
с помощью насоса теплоноситель движется по системе, сначала он нагревается в котле, а затем постепенно остывает в трубах и отопительных приборах (радиаторах), отдавая тепло и согревая дом. 

1.Котел 2.Подающая труба 3.Насос 4.Радиатор 5.Обратная труба

В систему отопления входит еще много разных кранов и гаек, но будем говорить пока только об основных ее составляющих.

Что такое теплоноситель?

Это вода (или антифриз), залитая в отопительную систему, с помощью которой тепло передается от котла к отопительным приборам. 

Почему чаще всего теплоноситель — вода?

Вода — хороший теплоноситель, так как по своим физическим свойствам она способна накапливать при нагревании и отдавать при остывании большое количество тепла. 
Вода обладает хорошей текучестью и поэтому ее несложно заставить «бегать» по системе отопления и переносить тепло. 
Вода — экологически чистое вещество и любая возможная протечка не представляет угрозы здоровью. 
Вода всегда есть в водопроводе и ее просто добавить в систему отопления при недостатке.

Самая близкая к нам часть отопительной системы, которую мы видим ежедневно — отопительные приборы. Именно с их выбора и размещения начинается создание проекта и монтаж отопительной системы. 

Какие бывают отопительные приборы?

Радиаторы — по своей конструкции имеют относительно большой объем и постоянно содержат много горячего теплоносителя. За счет этого они отдают тепло преимущественно в виде излучения (каминный эффект). 

Конвекторы — отдают тепло в основном за счет циркуляции воздуха через них. По трубе конвектора движется теплоноситель, нагревая поверхности «надетой» на него «гармошки». Воздух проходит сквозь конвектор снизу вверх, нагреваясь от многочисленных теплых поверхностей. 

Существуют отопительные приборы, соединяющие в себе свойства радиаторов и конвекторов (это стальные панельные радиаторы конвекторного типа, например COPA), в их плоские накопительные панели поступает большая масса теплой воды и, в то же время, у них есть ребристые поверхности. В них сочетаются оба варианта теплоотдачи — излучение и конвекция. 

Далее все отопительные приборы, независимо от способа теплоотдачи, будем называть радиаторами, так проще.

Какие бывают радиаторы?

Радиаторы бывают чугунные, алюминиевые, стальные панельные и, так называемые, биметаллические. 
Чугунные — хорошо отдают тепло и сопротивляются ржавчине, могут выдерживать довольно высокое давление в системе, но они тяжелые и не всегда соответствуют современным требованиям дизайна. 
Алюминиевые радиаторы в Нижнем Новгороде — легкие, обладают высокой теплоотдачей, красивы, но довольно дороги и иногда не выдерживают высокого давления в системе. 
Покупка биметаллических тоже несет свои преимущества — они состоят из стальной трубы, по которой должен двигаться теплоноситель, и алюминиевого корпуса. Стальная труба выдерживает высокое давление, и изолирует алюминий от контакта с водой, а алюминиевые секции легко отдают тепло. 
Стальные панельные — оптимальны по цене, обладают высокой теплоотдачей. Единственное ограничение – они применяются лишь в автономных ситстемах отопления, где вода не сливается из системы на лето. 
Радиаторы этого типа, выпускаемые разными фирмами, имеют общий стандарт и похожи по внешнему виду. 
Такие радиаторы производятся из высококачественной холоднокатаной стали. Они состоят из двух или трех плоских панелей, внутрь которых поступает теплоноситель, и ребристых поверхностей между ними, нагревающихся от панелей. Ребристые поверхности расположены так, чтобы вертикальный поток воздуха свободно проходил между ними. Большие теплые панели отдают тепло преимущественно за счет излучения, а ребристые поверхности — за счет конвекции. Такие радиаторы бывают с нижним подключением и с боковым подключением. 
Радиаторы с нижним подключением более эстетичны и просты в монтаже. У радиаторов этого типа есть также встроенный термостатический вентиль, на который можно установить терморегулятор, автоматически поддерживающий в помещении заданную температуру.

О температуре отопительных приборов.

При обогреве помещений с помощью радиаторов всегда есть выбор: либо установить небольшие радиаторы и увеличивать теплоотдачу от них, повышая температуру теплоносителя (высокотемпературное отопление), либо, наоборот, стараться при той же теплоотдаче увеличить размеры радиатора, но взамен получить более низкую температуру его поверхности (низкотемпературное отопление). 
Если отопление высокотемпературное, радиаторы пышут жаром и к ним невозможно прикоснуться. Это неэкономично, и у такой системы нет запаса регулирования. К тому же, если температура на радиаторе высокая, начинается разложение органической пыли, которая, как правило, присутствует в любом помещении. Продукты этого разложения выделяются в воздух и вдыхаются людьми, находящимися в помещении. 
При низкотемпературном отоплении радиаторы слегка теплые, но и в комнате тепло. Это комфортно, безопасно и позволяет сэкономить. Исследования показали, что наиболее комфортная для человека температура отопления — 37 градусов.

 
 

Что такое качество системы отопления?

Кроме общепринятого значения качества, обозначающего хорошо сделанную вещь, под качеством системы отопления понимают способность системы поддерживать комфортную температуру в доме при температуре теплоносителя низкой настолько, насколько это возможно.

Тепло к отопительным приборам передается по трубам, соединяющим котел и радиаторы в замкнутую сеть — систему отопления, по которой циркулирует теплоноситель (движется по кругу). 
Бывают системы отопления с естественной циркуляцией и с принудительной циркуляцией.

Что такое система с принудительной циркуляцией?

Самым важным элементом системы с принудительной циркуляцией является насос, который заставляет двигаться (циркулировать) теплоноситель. Эти насосы так и называются — циркуляционные. Мощность насоса должна быть достаточной для преодоления сопротивления (трения) в трубе. 
Чем труба толще, тем меньше сопротивление и меньшая мощность насоса нужна. Но толстые трубы неудобны, некрасивы в комнатах и существенно дороже. В результате обычно соблюдают разумный баланс между диаметром труб и мощностью насоса. Существуют точные расчеты для соблюдения соответствия между диаметром трубы, качеством и стоимостью отопительной системы. 
Практически же для бытовых систем отопления подходят всего 2-3 типа компактных циркуляционных насосов. 
Насосы на схемах систем отопления обычно обозначаются так:

Одна из вершин треугольника направлена в сторону движения теплоносителя.

 

Что делает насос в системе отопления с принудительной циркуляцией?

Насос побуждает двигаться воду (теплоноситель) в системе отопления, преодолевая сопротивление в трубе. Он не поднимает воду. Сколько горячей воды в системе отопления поднялось, столько же холодной опустилось.

Попробуем привести пример. Если перевернуть велосипед и хорошенько крутануть колесо, оно может крутиться очень долго, если оно установлено на хорошем подшипнике. Его остановит только трение в подшипнике. В каждый момент времени у любого поднимающегося кусочка колеса есть симметричный уравновешивающий кусочек, опускающийся с противоположной стороны.

Вода в замкнутой системе отопления подобна такому колесу. Насос преодолевает только трение, и вода движется по кругу. Именно поэтому циркуляционные насосы для частного дома (т.е. для бытовых систем отопления) имеют небольшую мощность, и, следовательно, низкое электропотребление — около 100 ватт, как лампочка.

Если насос выключить, то вода через какое-то время, как и вращающееся колесо, остановится, а если не выключать, то вода будет двигаться постоянно. 
На этом основана возможность управления подачей тепла от котла в радиаторы дома. Насос может быть включенным на полную мощность, либо быть выключенным, либо работать вполсилы. 
Насосы немецкой фирмы Grundfos, в основном используемые при монтаже бытовых систем отопления, имеют три ступени мощности. Это позволяет даже при отсутствии дополнительной автоматики управлять системой. Если в доме жарко, а насос работает в полную силу, можно уменьшить мощность насоса, поток теплоносителя в системе станет меньше, температура на отопительных приборах понизится. 
Можно подключить насос к электролинии через термодатчик. Насос в этом случае будет автоматически включаться только тогда, когда температура в доме опустилась ниже желаемой. Такой датчик называют еще термостатом.

Как устроен и как монтируется циркуляционный насос?

Циркуляционный насос состоит из чугунного корпуса, внутри которого расположен ротор (вращающаяся часть) и насаженная на ротор крыльчатка. Ротор вращается — крыльчатка продвигает воду. Одно из основных правил монтажа насоса в системе: ось ротора обязательно должна быть расположена горизонтально .

При правильном монтаже циркуляционные насосы практически бесшумны. Вы сможете определить, работает ли насос, только по легкой вибрации, когда дотронетесь до него рукой. 

Что такое система с естественной циркуляцией?

В системе с естественной циркуляцией насоса нет. Роль насоса в ней выполняет сила, возникающая за счет разности плотности (веса) теплоносителя в подающей и обратной трубах. 
Как это происходит? 
Теплоноситель (например, вода) в котле нагревается. Плотность горячей воды меньше, т.е. она легче, чем холодная, и движется вверх по одной толстой трубе (подающему стояку). Затем горячая вода растекается по нескольким нисходящим трубам (обратным стоякам), «пронизывающим» здание, к отопительным приборам сверху вниз, и охлаждается, отдавая тепло. Плотность холодной воды увеличивается, вода тяжелеет и возвращается к котлу по обратному трубопроводу. 
Циркуляция в такой системе возникает за счет разницы веса горячего теплоносителя в подающем стояке и холодного — после остывания в приборах и обратном трубопроводе. Чем больше диаметр вертикальных стояков, тем больше побудительная сила естественной циркуляции.

При движении и вверх, и вниз вода преодолевает сопротивление в трубе (трение). Чем толще труба, тем меньше сопротивление.

Какая система лучше, с принудительной циркуляцией или с естественной?

Выбирать вам. 
Система с принудительной циркуляцией более комфортна, теплом в такой системе можно управлять. Вы можете установить нужную вам температуру в каждой комнате, и она будет автоматически поддерживаться. Качество такой системы выше. 
Но эта система требует наличия электричества (или того, чтобы электричество не выключалось более чем на сутки.) 
Система с естественной циркуляцией не поддается автоматическому регулированию, она «съедает» больше топлива и требует монтажа труб большого диаметра, которые несколько дороже и не очень эстетичны в интерьере. 
Регулировать такую систему можно обычно только вручную: пригасить горелку в котле, если в комнатах жарко, а когда станет холодно, снова увеличить огонь. 
Если Вы хотите чаще общаться с Вашим котлом или Вас устраивает постоянный перегрев воздуха в комнатах или в Вашем доме очень часто и надолго выключается электричество, система с естественной циркуляцией — для Вас. 
Если же Вы предпочитаете удобное и комфортное отопление, выбирайте систему с принудительной циркуляцией.

 Котeл.

Самая удаленная от нас в повседневной жизни, но при этом самая важная часть отопительной системы, ее «сердце» — это котел, генератор тепла. Именно в котле энергия, заключенная в топливе, преобразуется в тепло, которое предается теплоносителю через теплообменник котла.

На каком топливе работает котел?

Из общедоступного в быту топлива можно выделить такие виды: газ, солярка, электричество, уголь, дрова. 
Самый дешевый на сегодняшний день и безопасный (если соблюдать правила) вид топлива — магистральный газ. Магистральный газ избавляет нас от необходимости запасать топливо и, по сравнению с другими видами сгораемого топлива, он намного чище. 
Учет газа легко организовать с помощью газового счетчика, а управлять горением газа может электроника: автоматический газовый кран, автомат искрового зажигания. 
Если к дому газ не подведен, можно установить жидкотопливный котел. Топливо для такого котла — солярка (дизтопливо). Отопление на солярке — самое независимое, но довольно дорогое по затратам на эксплуатацию и стартовым затратам на оборудование. Дополнительно приходится приобретать топливные баки, систему подводки и очистки топлива. 
Но именно при этом способе отопления есть смысл тратить деньги на автоматические устройства для экономии энергии. Дополнительные приборы климатконтроля, установленные в систему отопления, помогут сэкономить топливо и окупятся примерно за полгода — год. 
Отопление электричеством — самое дорогое. При этом к дому должен быть подведен кабель большой мощности и получено разрешение на его подведение, что иногда бывает большой проблемой. 
Однако при прямом обогреве электроэнергией есть простая возможность легко контролировать температуру в каждом помещении. В пользу выбора электроотопления может сыграть факт введения в Вашем районе двойного (пониженного ночного) тарифа на электроэнергию. 
Новое направление в отоплении с использованием электричества — тепловые насосы. В этом случае для обогрева той же площади можно обойтись в два-три раза меньшей мощностью. Необходимо, однако, проделать довольно большой объем подготовительных работ и приобрести соответствующее оборудование (не котел). 
Системы отопления с использованием тепловых насосов очень перспективны, особенно в экологически чистых природоохранных районах.

Существуют отопительные котлы на твердом топливе. Обычно это тяжелые громоздкие агрегаты, требующие загрузки топлива несколько раз в день. 
Можно, конечно, нанять кочегара или попытаться уговорить жену стать «феей домашнего очага», но серьезно рассматривать такой вид отопления в качестве основного не стоит.

 Система отопления для нашего дома (пример)

Представим, что мы еще только планируем строительство дома. 
Лучше всего предусмотреть для котельной (топочной) отдельное помещение. В это помещение нужно обеспечить приток свежего воздуха (через решетку, вмонтированную в дверь или непосредственно с улицы). 
Под потолком котельной должен быть выход в вентиляционный канал, а где-то в стене — выходное отверстие в дымоход. 
Ниже выхода в дымоход необходимо сделать еще одно отверстие, так называемую «ревизию», для прочистки дымохода.

Дымоход должен быть газонепроницаемым, чтобы дымовые газы не проникали в комнаты. Лучше его оштукатурить изнутри, либо заложить внутрь дымохода асбоцементную трубу нужного диаметра (чем большую мощность будет иметь котел, тем больший диаметр должна иметь труба). 

Мощность котла (кВт) 24 30 40 55 80 100
Диаметр дымохода (мм) 120 130 170 190 220 230

Для котла должно быть достаточно места, чтобы обеспечить поступление к нему свежего воздуха и нормальное обслуживание котла. 
Основание (пол) под котлом должно быть выполнено из негорючего материала. 
К помещению надо подвести трубу с холодной водой для подпитки системы отопления и приготовления горячей воды для бытовых нужд, канализационную трубу для отвода сбросов аварийных стоков котла и бойлера.

Требования к помещению (топочной), предназначенному для монтажа газовых котлов.

  • Высота потолков не ниже 2,5м.
  • Площадь не менее 4кв.м на один котел.
  • Внешняя дверь шириной не менее 80см.
  • Окно естественного освещения (на каждые 10куб.м помещения — 0,3кв.м площади окна).
  • Отверстие для притока наружного воздуха, не менее 8кв.см на 1кВт номинальной мощности котла, или 30кв.см на 1кВт в случае притока воздуха изнутри здания
  • При проектировании и строительстве дымоходов для обеспечения достаточной тяги и отсутствия задувания (возникновения обратной тяги) целесообразно выводить верхний срез дымохода выше конька крыши. В любом случае верхний срез дымохода должен быть не ниже условной поверхности обратного конуса 1:3.

  • Дымоход (или дымоходы при установке двух котлов) должен иметь сечение, соответствующее устанавливаемому оборудованию (для котла 30кВт достаточно трубы диаметром 130мм, для котла 40кВт — 17 мм). В любом случае площадь сечения дымохода не должна быть меньше площади выходного сечения дымохода котла.
  • В каждом дымоходе должно быть ревизионное отверстие, расположенное ниже входного отверстия дымохода не менее, чем на 25см.
  • Канал естественной вентиляции в верхней части помещения.
  • Введенные прямая и обратная трубы системы отопления.
  • Ввод трубопровода холодного водоснабжения.
  • Введенная труба внутренней разводки горячей (бытовой) воды.>
  • Канализационный сток (трап или приямок)
  • Источник электропитания, размещенный на отдельном АЗС (автомате защиты сети) вводного щитка 220В 20А.
  • Введенный проводник домового контура заземления.
  • Смонтированный участок газопровода до опуска, с газовым краном для каждого котла.
  • Стены помещения должны быть оштукатурены, пол выровнен.

В магазине «Тайм НН» можно купить качественные двухконтурные котлы для отопления в Нижнем Новгороде.

После выбора проекта дома, обсуждения и внесения в него изменений мы начали строить дом. Вот такой:

В строительной документации у нас есть его план. Вот такой:

 

1. Зал. 2. Спальня. 3. Кухня. 4. Детская. 5. Прихожая. 6. Котельная. 7. Ванная.

Строили, строили — и, наконец, построили. Пока не окончательно, но уже что-то. В нашем доме уже есть стены, крыша, вставлены окна, навешена входная дверь, оштукатурены стены. Пора монтировать систему отопления. 
Начнем с отопительных приборов.

Где и как разместить радиатор?

Размещается радиатор, как правило, на стене под окном для создания так называемой «тепловой завесы». Воздух около радиатора нагревается, становится легче и поднимается вверх. Восходящий поток теплого воздуха от радиатора блокирует движение холодного воздуха от окна в замкнутом пространстве перед окном.

Если у Вас есть желание закрыть радиатор декоративной решеткой, имейте в виду, что при этом теряется большое количество тепла, выделяемого им в помещение. Чем большую поверхность радиатора Вы закроете, тем больше тепла от радиатора будет потеряно. Обиднее всего то, что при этом, прежде всего, теряется комфортная «каминная» часть тепла от радиатора.

Какие нужны радиаторы?

Для выбора тепловой мощности радиатора, достаточной для каждой комнаты, в климатическом поясе Москвы можно следовать простому правилу:

  • в комнате с одной наружной стеной и одним окном одного киловатта (1 кВт) тепловой мощности радиатора достаточно для отопления 10 кв.м. жилой площади;
  • если в комнате две наружные стены и одно окно, то для отопления 10 кв.м. требуется 1,2 кВт тепловой мощности;
  • если в комнате две наружных стены и два окна, для отопления 10 кв.м. требуется 1,3 кВт тепловой мощности.

Существуют точные расчеты необходимой мощности радиаторов, которыми руководствуются специалисты, но для грубой оценки и предложенного простого метода достаточно. При этом методе расчета радиаторы могут оказаться чуть большей мощности, чем необходимо, но зато возрастет качество отопительной системы (возможна более точная настройка и низкотемпературный режим отопления). 

Вернемся к нашему дому. 

Посчитаем тепловую мощность нужных радиаторов для каждой комнаты:

 

Комната

Площадь 
(кв.м)
Количество тепла, 
необходимое 
для отопления 
комнаты (в ваттах)
Зал 38 4940
Спальня 15 1800
Кухня 18 2340
Детская 15 1500
Прихожая 18 1800
Котельная

Как работает теплый пол

При выборе системы лучистого теплого пола (RFH) вы выбираете либо электрическую, либо водяную. Количество энергии, необходимое для обогрева всего дома с помощью электрической системы RFH, не является рентабельным, поэтому, если вы отапливаете весь дом, тогда вам подойдет Hydronic . Вы строите новый дом или ремонтируете старый дом? Если это новое строительство, вероятно, лучшим выбором будет гидронная система. Вы можете установить гидронные системы в существующем доме, но вам придется разорвать пол, что дорого и требует больших усилий.

Объявление

Допустим, вы выбрали гидравлическую систему RFH. Первое, что вам следует знать, это то, что это будет стоить вам больше, чем стандартная печь. Система приточной вентиляции для дома площадью 2 000 квадратных футов (610 квадратных метров) будет стоить от 3 800 до 4500 долларов. Установка водяного водяного теплого пола с бойлером будет стоить от 7000 до 13000 долларов. Однако система RFH более эффективна, на 40 процентов, и служит дольше.Стандартные печи служат от 10 до 25 лет, а система RFH — до 40 лет.

Гидронная система предлагает еще одно преимущество — вы можете использовать различные источники для нагрева воды:

  • Жидкотопливный котел
  • Газовый котел
  • Керосиновый, газовый или солнечный водонагреватель

Выбор источника тепла зависит от размера вашего дома и степени холода в том месте, где вы живете.Например, если у вас большой дом с высокими потолками и вы живете в Канаде, вам, скорее всего, понадобится котельная. С другой стороны, если вы строите дом меньшего размера во Флориде, вы можете обойтись обычным водонагревателем.

Итак, вы решили, что вам нужна газовая котельная в вашем недавно построенном доме. Перед укладкой напольного покрытия ваш специалист или генеральный подрядчик RFH должен установить вашу систему.Есть два типа установки — мокрый или сухой . При влажной укладке уложите либо бетонную плиту под черным полом, либо тонкий лист бетона между черным полом и поверхностью. При сухой установке трубы укладываются непосредственно под черным полом во время строительства, без бетона сверху. Поверхность пола — древесина твердых пород, плитка или ковровое покрытие — идет поверх чернового пола и забирает тепло непосредственно из труб.

Бетон действует как тепловая масса , сохраняя тепло, так что у вас есть большой горячий блок под полом.Бетон обязан своей способностью сохранять тепло благодаря своей плотности и низкой проводимости. Дерево имеет очень высокую проводимость — подумайте о том, как быстро деревянные настилы или скамейки остывают, когда садится солнце. Из-за этой тепловой массы системам с влажной установкой требуется больше времени для нагрева и работы. Те, у которых установлена ​​сухая установка, дешевле, но работают при более высоких температурах, потому что нет тепловой массы для хранения тепла. Им также требуется отражающая изоляция под трубками, чтобы направлять тепло вверх.

Ваш бойлер или водонагреватель подключен к коллектору — системе отдельных труб, по которым вода из одного источника направляется в разные зоны. Таким образом, вы можете обогревать каждую зону вашего дома отдельно с помощью одного программируемого термостата. Из коллектора горячая вода подается через патрубок PEX с помощью циркуляционного водяного насоса. PEX — это герметичные, нетоксичные, гибкие полиэтиленовые трубки, способные выдерживать высокие температуры.

Техническое обслуживание гидравлической системы минимально — котел требует ежегодного осмотра, но большинство современных насосов используют воду для смазки деталей и не требуют особого обслуживания. Однако, если ваша система сломается, вам нужно будет нанять профессионала, потому что исправить это может быть сложно. К тому же это дорого. В некоторых случаях блок не подлежит ремонту и подлежит замене, что примерно равно стоимости первоначальной установки.

Есть много переменных, но хорошая новость в том, что ваш специалист по RFH может помочь вам выбрать различные варианты.

Теперь, когда мы узнали о гидравлических системах RFH, давайте узнаем об электрических вариантах RFH.

.

Как работает холодное тепло | HowStuffWorks

Один из лучших способов понять, как работает инструмент холодного нагрева, — это изучить, чем он отличается от традиционного паяльника. Электрические паяльники обычно имеют нагревательный элемент сопротивления , аналогичный тому, что вы найдете в фене или тостере. Электрический ток проходит через нагревательный блок, а электрическое сопротивление вызывает нагрев блока.

Нагревателю требуется время, чтобы нагреть биту достаточно для использования.Также может потребоваться некоторое время, чтобы кусочек снова остыл. Отчасти это связано с природой самого тепла. Тепло — это изменение энергии внутри объекта. Нагревательный элемент нагревает долото, передавая ему энергию. При этом молекулы биты начинают двигаться все быстрее и быстрее. По мере того, как бит остывает, он передает тепло окружающему воздуху, и его молекулы снова замедляются.

Объявление

Время, необходимое для остывания долота, также связано с его излучательной способностью .Излучательная способность — это мера того, насколько эффективно вещество может передавать тепло своему окружению. Материалы, используемые в паяльниках, такие как медь, хром и никель, имеют относительно низкий коэффициент излучения. Другими словами, они не очень эффективно выпускают тепло в воздух вокруг и охлаждают себя в процессе.

Инструмент холодного нагрева отличается. Вместо того, чтобы вставлять его в розетку, ждать, пока он нагреется, и ждать, пока он снова остынет, вы просто включаете его, касаетесь припоя и вперед.Для случайного наблюдателя это невероятная особенность Cold Heat.

Но инструменты, которые делают то же самое, существуют уже довольно давно. Они называются инструментами для пайки сопротивлением , и вы даже можете узнать о планах сделать свои собственные в Интернете. В инструменте сопротивления используются два зонда, которые могут выглядеть как стержни, плоскогубцы или пинцет. Эти щупы пропускают ток через припой. Зонды и припой очень быстро нагреваются из-за их сопротивления протекающему через них току.Удаление припоя разрывает цепь, и наконечники быстро остывают.

Инструмент «Холодное тепло» может показаться волшебным — в некоторых известных объяснениях того, как он работает, есть даже магия, — но все заслуги должны иметь электрическое сопротивление. Инструмент использует те же принципы, что и инструмент для пайки сопротивлением, но в значительно менее дорогом корпусе. Далее мы рассмотрим это более подробно.

.

Как работает центральное отопление и охлаждение? | Основы HVAC

Системы центрального отопления и охлаждения — это разные вещи, но они работают вместе.

Центральное охлаждение

Самая распространенная центральная система охлаждения — это сплит-система, которая включает в себя внешний шкаф, содержащий змеевик конденсатора и компрессор, и внутренний змеевик испарителя, обычно устанавливаемый вместе с вашей печью или устройством обработки воздуха. Компрессор перекачивает через систему химическое вещество, называемое хладагентом.

Как работает центральное охлаждение

Когда теплый воздух внутри вашего дома проходит через змеевик внутреннего испарителя, его тепловая энергия передается хладагенту внутри змеевика. Эта передача, в свою очередь, «охлаждает» воздух. Хладагент перекачивается обратно в компрессор, где цикл начинается снова. Тепло, поглощаемое хладагентом, выводится за пределы вашего дома, а охлажденный воздух поступает внутрь. Влага, которая способствует повышению влажности, также конденсируется из воздуха. Ваша система охлаждения обычно объединяется с вашей системой центрального отопления, потому что они используют одни и те же воздуховоды для распределения кондиционированного воздуха по всему дому.

Центральное отопление

В системах центрального отопления есть первичный нагревательный прибор, например печь, который обычно находится в подвале или гараже. Все печи состоят из четырех основных компонентов: 1) горелок, подающих и сжигающих топливо, 2) теплообменников, 3) воздуходувки и 4) дымохода, который действует как выхлоп для газообразных побочных продуктов. В зависимости от вашей ситуации, региона и потребностей вы можете выбрать одну из систем отопления, работающих на газе или мазуте в качестве топлива, или гибридную комплексную систему, которая может использовать оба вида топлива.

Как работает центральное отопление

Горючие газы вырабатываются горелками в вашей печи и проходят через теплообменник. Воздух из вашего дома проходит через теплообменник, чтобы согреться. Затем он проходит через систему воздуховодов и распространяется по всему дому. В теплое время года ваша система отопления работает с центральным кондиционером. Воздух охлаждается, поскольку он обдувается охлаждающим змеевиком вашего кондиционера, часто присоединяется к вентилятору, работающему с циркуляцией воздуха в печи, а затем направляется через те же воздуховоды по всему дому.

Ваш местный специалист Trane Comfort SpecialistTM может помочь вам решить, какая центральная система охлаждения и отопления вам подходит. Подходящие системы Trane могут быть настроены с использованием блоков охлаждения и нагрева, которые соответствуют вашей ситуации и позволяют вам выбирать из диапазона энергоэффективности.

.

Как работают тепловые двигатели?

Реклама

Криса Вудфорда. Последнее изменение: 23 сентября 2019 г.

В наш век топливных элементов и
электромобили, паровозы (и
даже автомобили с бензиновым двигателем) может показаться ужасно старой технологией.
Но посмотрите на историю шире, и вы увидите, что даже самые старые
паровой двигатель — действительно очень современное изобретение. Люди были
использовать инструменты для увеличения своей мышечной силы примерно на 2.5
миллионов лет, но только за последние 300 лет или около того мы усовершенствовали
искусство создания «мускулов» — машин с приводом от двигателя — которые работают
все сами по себе. Другими словами: люди были без
двигатели для более чем 99,9% нашего существования на Земле!

Теперь у нас есть двигатели, без которых, конечно, не обойтись.
их. Кто мог представить себе жизнь без машин, грузовиков, кораблей или
самолеты — все они приводились в движение мощными двигателями. И двигатели не
просто перемещают нас по миру, они помогают нам его кардинально изменить.От мостов и туннелей до небоскребов
и плотины, практически каждое крупное здание и сооружение, построенное людьми
за последние пару веков был построен с помощью
двигатели — краны, экскаваторы, самосвалы и бульдозеры среди
их. Двигатели также подпитывают современную сельскохозяйственную революцию: подавляющая часть всех наших
еда теперь собирается или транспортируется с помощью двигателя. Двигатели не заставляют мир идти
раунд, но они участвуют практически во всем, что происходит
на нашей планете.Давайте подробнее разберемся, что это такое и как они
работай!

Artwork: Основная концепция теплового двигателя: машина, которая преобразует тепловую энергию в работу, перемещаясь туда и обратно между высокой и низкой температурой. Типичный тепловой двигатель приводится в действие за счет сжигания топлива (внизу слева) и использует расширяющийся-сжимающийся поршень (вверху в центре) для передачи энергии топлива на вращающееся колесо (внизу справа).

Что такое тепловая машина?

Двигатель — это машина, которая
энергия, заключенная в топливе, превращается в силу и движение.Уголь нет
очевидное использование
кто угодно: это грязное, старое, каменистое вещество, похороненное под землей. Сжечь это в
двигатель, однако вы можете высвободить содержащуюся в нем энергию, чтобы
силовые заводские машины, автомобили, лодки или локомотивы. То же самое верно
других видов топлива, таких как природный газ, бензин, древесина и торф. поскольку
двигатели работают, сжигая топливо для выделения тепла, иногда они
называется тепловые двигатели . Процесс сжигания топлива включает в себя
химическая реакция, называемая сгорание , где топливо сгорает в
кислород в воздухе для образования углекислого газа и пара.(Как правило, двигатели также загрязняют воздух, потому что топливо не всегда чистое на 100% и не горит идеально.)

Есть два основных типа тепловых двигателей: внешнего сгорания и внутреннего сгорания.
сжигание:

  • В двигателе внешнего сгорания топливо горит снаружи
    и вдали от основной части двигателя, где сила и движение
    производятся. Хороший пример — паровая машина: уголь горит
    на одном конце, который нагревает воду для образования пара.Пар направляется в прочный металлический цилиндр , где он перемещает
    Плотно прилегающий поршень называется поршнем вперед-назад. В
    движущийся поршень приводит в действие все, к чему прикреплен двигатель (возможно,
    заводской автомат или колеса паровоза). Это внешний
    двигатель внутреннего сгорания, потому что уголь горит снаружи, а некоторые
    расстояние от цилиндра и поршня.
  • В двигателе внутреннего сгорания топливо горит внутри
    цилиндр. Например, в типичном автомобильном двигателе есть
    что-то вроде четырех-шести отдельных цилиндров, внутри которых бензин
    постоянно горит кислородом, выделяя тепловую энергию.В
    цилиндры «зажигаются» поочередно, чтобы двигатель
    постоянный источник энергии, приводящий в движение колеса автомобиля.

Двигатели внутреннего сгорания обычно намного эффективнее, чем внешние
двигатели внутреннего сгорания, потому что энергия не расходуется на передачу тепла от
огонь и бойлер к баллону; все происходит в одном месте.

Художественное произведение: В двигателе внешнего сгорания (таком как паровой двигатель) топливо горит вне цилиндра, и тепло (обычно в виде горячего пара) необходимо отводить на некоторое расстояние.В двигателе внутреннего сгорания (таком как двигатель автомобиля) топливо горит прямо внутри цилиндров, что намного эффективнее.

Как двигатель приводит в действие машину?

В двигателях

используются поршни и цилиндры, поэтому мощность, которую они производят, равна
непрерывное возвратно-поступательное движение, толкание и вытягивание или возвратно-поступательное движение
движение. Проблема в том, что многие машины (и практически все автомобили) полагаются на
на вращающихся колесах — другими словами, вращающихся
движение. Существуют различные способы поворота возвратно-поступательного движения.
движение во вращательное движение (или наоборот).Если вы когда-нибудь смотрели
паровой двигатель гудит, вы заметите, как колеса
приводится в движение кривошипом и шатуном: простой
рычажный рычаг, который соединяет одну сторону колеса с поршнем, чтобы
колесо вращается, когда поршень качается вперед и назад.

Альтернативный способ преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное движение
использовать шестерни. Вот что гениальный шотландский инженер
Джеймс Ватт (1736–1819) решил сделать это в 1781 году, когда обнаружил кривошипно-шатунный механизм.
необходимо было использовать в его усовершенствованной конструкции парового двигателя, фактически,
уже защищен патентом.Дизайн Ватта известен как
Солнце и планетарная передача ) и состоит из двух и более передач
колеса, одно из которых (планета) толкается вверх и вниз поршнем
стержень, вращающийся вокруг другой шестерни (Солнца) и заставляющий ее вращаться.


Фото: Два способа преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное: Первое фото: Солнце и планетарная шестерня. Когда поршень движется вверх и вниз, шестерни вращаются. Второе фото: В этом токарном станке с ножным приводом просто решена проблема преобразования вертикального движения в круговое.Когда вы нажимаете на педаль вверх и вниз, вы заставляете струну подниматься и опускаться. Это заставляет вал, к которому прикреплена струна, вращаться со скоростью, приводя в действие токарный станок и сверло или другой инструмент, прикрепленный к нему. Обе фотографии сделаны в Think Tank, музее науки в Бирмингеме, Англия.

Некоторым двигателям и машинам необходимо преобразовывать вращательное движение в
возвратно-поступательное движение. Для этого вам нужно что-то, что работает в
путь, противоположный коленчатому валу, а именно кулачок. Камера — это
некруглое (обычно яйцевидное) колесо, имеющее что-то вроде
бар, опирающийся на него.Когда ось поворачивает колесо, колесо
заставляет штангу подниматься и опускаться. Не можете себе это представить? Попробуйте представить себе машину, колеса которой
яйцевидной формы. Во время движения колеса (кулачки) поворачиваются как обычно, но кузов автомобиля подпрыгивает и
вниз одновременно — поэтому вращательное движение производит
возвратно-поступательное движение (подпрыгивание) у пассажиров!

Кулачки работают во всех типах машин. Есть камера в
электрическая зубная щетка, которая делает
щетка движется вперед и назад, когда внутри вращается электродвигатель.

Типы двигателей

Фото: Внешнее сгорание: Этот стационарный паровой двигатель использовался для закачки природного газа в дома людей с 1864 года. Фотография сделана в Think Tank.

Существует около полдюжины основных типов двигателей, которые вырабатывают энергию за счет сжигания топлива:

Двигатели внешнего сгорания

Балочные двигатели (атмосферные двигатели)

Первые паровые машины были гигантскими машинами, которые заполняли целые здания.
и они обычно использовались для откачки воды из затопленных шахт.Первопроходец англичанин Томас Ньюкомен
(1663 / 4–1729) в начале 18 века они имели один цилиндр
и поршень, прикрепленный к большой балке, которая раскачивалась взад и вперед.
Тяжелая балка обычно наклонялась вниз так, чтобы поршень находился высоко в цилиндре.
В цилиндр закачивался пар, затем вбрызгивалась вода, охлаждающая
пар, создавая частичный вакуум и заставляя луч отклоняться назад
наоборот, до повторения процесса. Лучевые двигатели были важным технологическим достижением,
но они были слишком большими, медленными и неэффективными, чтобы приводить в действие заводские машины и поезда.

Иллюстрация: Как работает атмосферный (пучковый) двигатель (упрощенно). Двигатель состоит из тяжелой балки (серая), установленной на башне (черная), которая может качаться вверх и вниз. Обычно балка наклоняется вниз и вправо под весом присоединенного к ней насосного оборудования. Водогрейный котел (1) выпускает пар (2) в цилиндр (3). Когда цилиндр наполнен, из бака (4) впрыскивается холодная вода. Это конденсирует пар, создавая более низкое давление в цилиндре.Поскольку атмосферное давление (воздух) над поршнем выше, чем давление под ним, поршень толкается вниз, вся балка наклоняется влево, а насос тянется вверх, вытягивая воду из шахты (5).

Паровые машины

В 1760-х годах Джеймс Ватт значительно усовершенствовал паровую машину Ньюкомена, сделав ее
меньше, эффективнее и мощнее — и эффективно превращает пар
двигатели в более практичные и доступные машины. Работа Ватта привела к стационарному пару
двигатели, которые можно использовать на заводах, и компактные движущиеся двигатели
которые могли приводить в действие паровозы.Подробнее читайте в нашей статье о паровых двигателях.

Двигатели Стирлинга

Не все двигатели внешнего сгорания огромны и неэффективны.
Шотландский священнослужитель Роберт Стирлинг (1790–1878) изобрел очень умную
двигатель, имеющий два цилиндра с поршнями, приводящими в действие два кривошипа
вождение одного колеса. Один цилиндр постоянно поддерживается горячим (нагревается внешней энергией).
источник, который может быть чем угодно, от угольного костра до геотермальной энергии
поставка), а другой постоянно остается холодным. Двигатель работает
перекачивает тот же объем газа (постоянно запечатанный внутри
двигатель) вперед и назад между цилиндрами через устройство, называемое
регенератор , который помогает сохранять энергию и значительно увеличивает
КПД двигателя.Двигатели Стирлинга не обязательно предполагают сгорание,
хотя они всегда питаются от внешнего источника тепла. Узнайте больше в нашей основной статье о двигателях Стирлинга.

Фото: Машинный зал Think Tank (научный музей в Бирмингеме, Англия) представляет собой удивительную коллекцию энергетических машин XVIII века. Среди экспонатов — огромный паровой двигатель Сметвик, самый старый действующий двигатель в мире. Это не показано на этом снимке, в основном потому, что оно было слишком большим для фотографирования!

Двигатели внутреннего сгорания

Бензиновые двигатели

В середине 19 века несколько европейских инженеров, в том числе
Француз Жозеф Этьен Ленуар (1822–1900) и немец Николаус Отто
(1832–1891) усовершенствовал двигатели внутреннего сгорания, которые сжигали
бензин.Для Карла Бенца (1844–1929) это был короткий шаг.
подключить один из этих двигателей к трехколесному
перевозки и создать первый в мире автомобиль, работающий на газе. Читать далее
в нашей статье о автомобильных двигателях.

Фото: мощный бензиновый двигатель внутреннего сгорания от спортивного автомобиля Jaguar.

Дизельные двигатели

Позже, в 19 веке, другой немецкий инженер, Рудольф Дизель
(1858–1913), понял, что может сделать гораздо более мощный внутренний
двигатель внутреннего сгорания, который может работать на самых разных видах топлива.В отличие от бензиновых двигателей, дизельные двигатели сжимают топливо намного сильнее.
он самопроизвольно загорается и выделяет тепловую энергию
заперт внутри него. Сегодня дизельные двигатели по-прежнему являются предпочтительными машинами для вождения.
тяжелые транспортные средства, такие как грузовики, корабли и строительные машины, а также многие автомобили.
Подробнее читайте в нашей статье о дизельных двигателях.

Роторные двигатели

Одним из недостатков двигателей внутреннего сгорания является то, что они
нужны цилиндры, поршни и вращающийся коленчатый вал, чтобы использовать их
мощность: цилиндры неподвижны, поршни и коленчатый вал
постоянно двигаются.Роторный двигатель — это кардинально другая конструкция
двигателя внутреннего сгорания, в котором
«цилиндры» (которые не всегда цилиндры
по форме) вращаются вокруг неподвижного коленчатого вала.
Хотя роторные двигатели восходят к 19 веку, возможно,
наиболее известной конструкцией является относительно современный роторный двигатель Ванкеля ,
особенно используется в некоторых японских автомобилях Mazda. Статья в Википедии о
Роторный двигатель Ванкеля
— хорошее вступление с красивой небольшой анимацией.

Теоретические двигатели

Фото: Паровые двигатели по своей сути неэффективны.Работа Карно говорит нам, что для максимальной эффективности пар в двигателе
как будто это нужно перегреть (так что это выше его
обычная температура кипения 100 ° C), а затем дать ему максимально расшириться и остыть в цилиндрах, чтобы передать как можно больше энергии поршням.

Пионерами двигателей были инженеры, а не ученые.
Ньюкомен и Ватт были скорее практическими «деятелями», чем ломающими голову теоретическими мыслителями.
Лишь когда в 1824 году появился француз Николя Сади Карно (1796–1832), то есть спустя более века после того, как Ньюкомен построил свой первый паровой двигатель, были предприняты любые попытки понять эту теорию.
о том, как работают двигатели и как их можно улучшить с истинно научной точки зрения.Карно интересовался, как сделать двигатели более эффективными (в
другими словами, как можно получить больше энергии из того же количества топлива).
Вместо того, чтобы возиться с настоящим паровым двигателем и пытаться его улучшить
методом проб и ошибок (такой подход, который использовал Ватт с двигателем Ньюкомена), он заставил себя
теоретический двигатель — на бумаге — а вместо этого поигрался с математикой.

Цикл Карно

Тепловая машина Карно представляет собой довольно простую математическую модель.
о том, как в теории может работать наилучший поршневой и цилиндровый двигатель,
путем бесконечного повторения четырех шагов, теперь называемых циклом Карно .Мы не собираемся здесь подробно останавливаться на теории или математике (если вам интересно, см.
Страница цикла Карно НАСА
и превосходные тепловые двигатели: страница цикла Карно Майкла Фаулера с превосходной флэш-анимацией).

Базовый двигатель Карно состоит из газа, заключенного в цилиндр с поршнем. Газ берет энергию от источника тепла,
расширяется, охлаждается и выталкивает поршень. Когда поршень возвращается в цилиндр, он сжимает и нагревает газ, поэтому газ завершает цикл с точно такими же давлением, объемом и температурой, с которых он был начат.Двигатель Карно не теряет энергии на трение или окружающую среду. Это полностью обратимо — теоретически совершенная и совершенно теоретическая модель работы двигателей. Но это также многое говорит нам о реальных двигателях.

Насколько эффективен двигатель?

Стоит отметить вывод, к которому пришел Карно: эффективность двигателя
(реальная или теоретическая) зависит от максимальной и минимальной температуры, между которыми работает
.
С точки зрения математики, эффективность двигателя Карно, работающего между Tmax (его максимальная температура) и
Tmin (минимальная температура):

(Tmax − Tmin) / Tmax

, где обе температуры измеряются в кельвинах (К).Повышение температуры жидкости внутри цилиндра в начале цикла делает его более эффективным; уменьшение температуры на противоположном конце цикла также делает его более эффективным. Другими словами, действительно эффективная тепловая машина работает между максимально возможной разницей температур.
Другими словами, мы хотим, чтобы Tmax была как можно выше, а Tmin как можно меньше.
Вот почему такие вещи, как паровые турбины на электростанциях, должны использовать градирни, чтобы максимально охладить пар: именно так они могут получить максимум энергии из пара и произвести больше электроэнергии.В реальном мире движущиеся транспортные средства, такие как автомобили и самолеты, очевидно, не могут иметь ничего похожего на градирни, и трудно достичь низких температур Tmin, поэтому мы обычно фокусируемся на повышении Tmax.
Настоящие двигатели — в автомобилях, грузовиках, реактивных самолетах и ​​космических ракетах — работают.
при чрезвычайно высоких температурах (поэтому они должны быть построены из высокотемпературных
материалы, такие как сплавы и керамика).

Каков максимальный КПД двигателя?

Есть ли предел эффективности теплового двигателя? Да! Tmin никогда не может быть меньше нуля (при абсолютном нуле), поэтому, согласно
Согласно приведенному выше уравнению, никакой двигатель не может быть эффективнее, чем Tmax / Tmax = 1, что равно 100-процентной эффективности, и большинство
настоящие двигатели даже близко не подходят к этому.Если бы у вас был паровой двигатель, работающий при температуре от 50 ° C до 100 ° C,
это будет около 13 процентов эффективности. Чтобы добиться 100-процентной эффективности, вам нужно охладить пар.
до абсолютного нуля (−273 ° C или 0K), что, очевидно, невозможно. Даже если бы вы могли охладить его до заморозки
(0 ° C или 273K), вы все равно сможете достичь эффективности только на 27 процентов.

Диаграмма

: Тепловые двигатели более эффективны, когда они работают при больших перепадах температур. Предполагая, что минимальная ледяная температура остается постоянной (0 ° C или 273K), эффективность медленно растет по мере увеличения максимальной температуры.Но обратите внимание, что мы получаем убывающую отдачу: с каждым повышением температуры на 50 ° C эффективность каждый раз растет все меньше. Другими словами, мы никогда не сможем достичь 100-процентной эффективности, просто подняв максимальную температуру.

Это также помогает нам понять, почему более поздние паровые двигатели (впервые разработанные такими инженерами, как Ричард Тревитик)
и Оливер Эванс) использовали намного более высокое давление пара , чем те, которые производились такими людьми, как Томас Ньюкомен.
Двигатели с более высоким давлением были меньше, легче и легче устанавливались на движущихся транспортных средствах, но они также были намного эффективнее:
при более высоком давлении вода закипает при более высоких температурах, и это дает нам большую эффективность.При двойном атмосферном давлении вода закипает при температуре около 120 ° C (393K), что дает эффективность 30%.
с минимальной температурой 0 ° C; при давлении, в четыре раза превышающем атмосферное, температура кипения составляет 143 ° C (417K), а эффективность приближается к 35%. Это большое улучшение, но до 100 процентов еще далеко. Паровые турбины на электростанциях используют действительно высокое давление (в 200 раз превышающее атмосферное давление).
типично). При 200 атмосфер вода кипит при температуре около 365 ° C (~ 640K), что дает максимальную теоретическую эффективность около 56 процентов, если мы также можем охладить воду вплоть до замерзания (и если нет других тепловых потерь или неэффективности).Даже в этих экстремальных и идеальных условиях мы все еще очень далеки от 100-процентной эффективности;
реальные турбины с большей вероятностью достигнут 35–45 процентов.
Сделать эффективные тепловые двигатели намного сложнее, чем кажется!

Узнать больше

На этом сайте

На других сайтах

Один из лучших способов понять движки — это посмотреть, как они работают.
Вот два очень хороших сайта, которые исследуют широкий спектр различных движков:

  • Анимированные движки: Этот замечательный сайт охватывает практически все виды движков, о которых вы только можете подумать, с простой для понимания анимацией и очень четкими письменными описаниями.
  • Посмотрите, как работают двигатели: Коллекция очень красиво нарисованных анимаций реальных двигателей из Лондонского музея науки. (Архивировано через Wayback Machine.)

Книги

Вводный
  • Шесть легких пьес Ричарда П. Фейнмана. Penguin, 1998. Глава 4 представляет собой очень оригинальное объяснение сохранения энергии, включая довольно простое объяснение того, почему ни один двигатель или машина не являются более эффективными, чем идеально обратимые (идеальные).
Более сложный
Детские книги

Пожалуйста, НЕ копируйте наши статьи в блоги и другие веб-сайты

статей с этого сайта зарегистрированы в Бюро регистрации авторских прав США.Копирование или иное использование зарегистрированных работ без разрешения, удаление этого или других уведомлений об авторских правах и / или нарушение смежных прав может привести к серьезным гражданским или уголовным санкциям.

Авторские права на текст © Крис Вудфорд 2009, 2019. Все права защищены. Полное уведомление об авторских правах и условиях использования.

Следуйте за нами

Поделиться страницей

Нажмите CTRL + D, чтобы добавить эту страницу в закладки на будущее, или расскажите об этом друзьям с помощью:

Цитировать эту страницу

Вудфорд, Крис.(2009/2019) Двигатели. Получено с https://www.explainthatstuff.com/engines.html. [Доступ (укажите дату здесь)]

Больше на нашем сайте …

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *