「ダミー」の熱エネルギーの説明。 熱エネルギーとは
さまざまな建築技術と材料には、それぞれ長所と短所があります。 たとえば、古典的なレンガで建てられた家は、多くの人にとって信頼性に関連しています。 しかし、それをエネルギー効率の観点から考えるとどうなるでしょうか。 この場合、レンガは主要な位置を占めることはありません。
建物の熱効率の問題を解決するために、さまざまな種類と品質のヒーターが使用されるようになりました。 既存の家の壁の特定のセクションに簡単に適用できる断熱フォームから始まり、本格的なエネルギー効率の高い壁モジュールで終わります。 明らかに、既存の家を断熱しようとする試みはある程度の結果をもたらしますが、財政的な観点からも含めて十分に効果的ではありません. したがって、最初は断熱材を備えたパネルの形で安価なソリューションが登場しました。 これらは、DSPボード間に接着された発泡断熱材（ポリスチレン）であるサンドイッチパネル、または木製の壁のフレームに埋め込まれた繊維断熱材（ミネラルウールなど）のいずれかです。
最近では、壁パネルを使用するというアイデアが洗練されています。 その結果、本格的な気密壁モジュールからエネルギー効率の高い住宅が建設され始めました。 記録的な低熱伝導率の断熱材は、工場で直接モジュール内に成長します。
エネルギー効率の高い建物ユニットの一部として壁モジュールを使用する利点は、外側から内側への熱エネルギーの移動を最適にブロックできることです。 見分け方を学ぶ 建設資材彼らによると 熱物性、エネルギー効率の高い壁モジュールがサンドイッチパネルよりも優れている理由を理解するために、熱分布のすべての可能なメカニズムを分析します。
熱エネルギーは、次の 3 つのメカニズムによってのみ伝達されます。 対流、熱伝導および 熱放射.
熱対流ホット分子がある場所から別の場所に移動するときに発生します。 熱い空気が上昇する傾向は、自然熱対流の原動力です。 熱伝導率ある分子から別の分子への熱エネルギーの移動です。 各分子は空間内での位置を変えることはできませんが、それでもエネルギーは伝達されます。 後者があまり加熱されていない場合（エネルギーが少ない場合）、高温の（エネルギーが高い）分子は、そのエネルギーの一部を隣接する分子に移動できます。 大まかに言えば、密度が高いほど、 より多くの分子互いに接触しているため、熱伝導の機会が増えます。 熱放射(または放射エネルギー) は、可視光に密接に関連する電磁放射の一種です。 赤外線 電磁放射、しかし、それは可視光が伝播するのとまったく同じ方法で伝播します: 真空中、大気中、水中、およびいくつかの 固体、可視光に対して不透明なものを含みます。 このように、太陽は 1 億 5000 万 km の真空を通過して地球を成熟させます。この真空では、菓子のプロセスも熱伝導もありません。 絶対零度 (-273 C) を超える温度では、あらゆる物質が何らかのエネルギーを放射します。 これら 3 つのメカニズムは、しばしば一緒に機能します。 たとえば、炉内の空気は伝導と放射によって加熱され、対流によって建物全体に拡散し、伝導と放射によってより冷たい物体を加熱します。
次に、壁パネルとモジュールを見てみましょう。
壁のモジュールとパネルの内側にはヒーターがあり、その性質上、発泡した軽い物質です。 このことから 2 つの結論が導き出されます。 「発泡」とは、接触する分子が少ないことを意味します - 低熱伝導率、「軽い」はそれが良いことを意味します 熱放射用リフレクター. 反射により、放射エネルギーは蓄積、保存、または伝送されません。 しかし、「サンドイッチ」パネルは設計上気密性が高くないため、パネルから水と空気が浸透します。 対流プロセスのブロックはありません. したがって、熱は対流によって放散されます。 しかし、水と空気は完全に密閉された壁モジュールを通過できません。 対流の可能性を減らします. モジュールの気密性が高いほど、上記のプロセスの重要性は低くなります。
これは、夏に部屋を冷やそうとすると、太陽からの熱が建物の外にとどまることを意味します。 冬は家に蓄えられた熱が室内に残り、外に出ません。
熱エネルギーとは？
エネルギーとは、体が仕事をする能力です。 それの次のタイプが区別されます：電気、機械、重力、核、化学、電磁気、熱など。
1つ目は、鎖に沿って移動する電子のエネルギーです。 多くの場合、電気モーターの助けを借りて機械を取得するために使用されます。
2つ目は、動き、個々の粒子と物体の相互作用に表れています。 弾性体の引張、曲げ、ねじれ、および圧縮中の変形。
化学エネルギーは、物質間から生じます。 熱の形で放出されたり（燃焼中など）、電気エネルギーに変換されたりします（バッテリーや
電磁場は、赤外線や電波などの形で磁場と電場が移動した結果として現れます。 核は放射性物質に含まれており、重い核の分裂または肺の合成の結果として放出されます。 重力 - 巨大な物体の重力 (重力) によるエネルギー。
熱エネルギーは、分子、原子、その他の粒子の無秩序な動きに関連して発生します。 それは、機械的作用 (摩擦)、化学的作用、または核作用 (核分裂) の結果として放出される可能性があります。 熱エネルギーのほとんどは燃焼によるものです。 いろいろな種類燃料。 加熱、蒸発、加熱、その他の技術プロセスに使用されます。
熱エネルギーは、 機械的振動あらゆる物質の構造要素。 それをエネルギー源として使用する可能性を判断できるパラメーターは、エネルギーポテンシャルです。 キロワット (熱) 時間またはジュールで表すことができます。
熱エネルギー源は次のように分類されます。
- 主要な。 物質は、自然のプロセスによるエネルギーポテンシャルを持っています。 そのようなソースには、海、海、化石燃料などが含まれます。一次ソースは、無尽蔵、再生可能、および再生不可能に分類されます。 前者には、熱核エネルギーを得るために使用できる熱水や物質などが含まれます。 2 つ目は、太陽、風、水資源のエネルギーです。 さらに、ガス、石油、泥炭、石炭などが含まれます。
- セカンダリ。 これらは、エネルギーポテンシャルが人々の活動に直接依存する物質です。 たとえば、これらは加熱された換気排気、都市廃棄物、工業生産からの高温廃熱媒体（蒸気、水、ガス）などです。
熱エネルギーは現在、化石燃料を燃やすことによって生産されています。 主な供給源は、総エネルギー消費の 90% を提供する原油、石炭です。 しかし、原子力エネルギーの使用は日々増加しています。
再生可能資源はほとんど使用されません。 これは、それらを熱エネルギーに変換するための技術の複雑さと、一部のエネルギーポテンシャルが低いためです。
熱エネルギーは、赤外線光子と外部電子との相互作用の結果として発生します。 後者は光子を吸収し、原子核から離れた軌道に移動します。 したがって、物質の体積が増加します。 熱エネルギーは赤外線光子を介して伝達されます。 特に、光子は、分子と原子が互いに衝突すると、熱エネルギーキャリアの濃度が増加したゾーンから、熱エネルギーキャリアが低下したゾーンにジャンプします。
熱エネルギーは、ΔQ = c.m.ΔT という式で表すことができます。 C - の略 比熱 m は物体の質量、ΔT は温度差です。
2世紀前の熱測定システムは、熱エネルギーは蓄えられ、どこにも消えず、ある場所から別の場所に移動するだけであるという考えに基づいていました. 私たちはまだ次のルールを使用しています。
熱量を測るには、水を加熱して、水の質量に温度の増分を掛けてみましょう。 質量がkgで、差A（温度）が摂氏である場合、それらの積はCalまたはkcalで熱になります。
で 熱エネルギーの伝達他の物質の場合、最初に水の場合と同様に質量に温度上昇を掛け、次にその結果に物質の「比熱」を掛ける必要があります。
一定量の燃料から放出される熱エネルギーを測定するには、サンプルを燃焼させ、結果として生じる熱を水に著しく損失することなく伝達する特別な装置が必要です。 ほとんどすべての種類の燃料が同様のテストを受けました。 計量されたサンプルは、原則として、圧縮された酸素と一緒に、水の入った容器に浸された厚い金属製のボンベに入れられました。 次に、サンプルを電気で燃焼させ、水の温度上昇を測定しました。 水と一緒に、その内容物をすべて含む爆弾も加熱されました。 これは考慮に入れなければなりませんでした。
熱エネルギーと分子
ガスにエネルギーを伝達する試みが成功すると、ガスが加熱され、圧力 (体積) が増加します。 で 運動理論これを、ランダムに動く分子の運動エネルギーの増加と関連付けました。 気体の熱エネルギーは、分子スケールの運動エネルギーです。 液体でも同じことが言えます。 固体分子の回転の運動エネルギーとそれらの振動のエネルギーを考慮する必要があるという唯一の警告があります。
弾丸が高速で障害物に衝突し、摩擦によって障害物に引っかかると想像してみてください。 この場合、弾丸の運動エネルギーが周囲の空気と木材の分子に伝達され、それらに追加の動きが与えられます。 巨大な運動エネルギーが消え、代わりに熱エネルギーが現れる。 熱が「社会化された」運動エネルギーであると仮定すると、膨大な量の秩序だった運動エネルギーからなる富は、ランダムに動くすべての分子 - 「価値がある」と「価値がない」 - に分配されます。 鉛の弾丸が壁に当たると、その豊富な運動エネルギーのほとんどが、個々の鉛原子と壁の振動エネルギーに変換されます。 訓練された軍隊のエネルギーは、無秩序な群衆に退化します。
エネルギーの使用に関連する問題の議論では、熱エネルギー (カオス運動のエネルギー) と技術的には自由エネルギーとして知られる規則運動のエネルギーを区別する必要があります。 したがって、飛んでいる弾丸の運動エネルギーは、秩序だった動きのエネルギーです - それはすべてプールに含まれています. 私たちはそれを自由エネルギーと呼んでいます。 これを行うには、垂直に撃つだけです！ 変形エネルギーも順序付けられており、ばねが荷重を持ち上げるために費やすことができるため、自由エネルギーとも呼ばれます。 電気エネルギーや高温放射のエネルギーと同様に、ほとんどすべての化学エネルギーは無料です。 これらの形態のエネルギーのいずれかを使用すると、すべてのエネルギーを使用できます。 カオス熱エネルギーには重大な欠点が 1 つあります。 どんな工夫をしても、機械エネルギーに変わるのは熱の一部だけです。
これは、最高の状態でも 考えられるマシン熱を機械エネルギーに変換するために、熱の一部が冷蔵庫に伝達されます。 そうしないと、機械は作業サイクルを繰り返すことができなくなります。 分子のランダムな動きを完全に秩序立てて、そのエネルギーを自由に変えることはできません。 いくつかの混乱は常に残ります。 理想的な熱機関を使った思考実験によると、使用できる熱の最大比率は (T1-T2) / T1 で、T1 は「ヒーター」またはボイラーの絶対温度、T2 は絶対温度です。マシンの冷蔵庫 (絶対温度の意味については第 27 章を参照)。 はい、蒸します 高圧 500°K（227°C）の温度で、300°K（27°C）の温度で水に変わり、（500-300）/ 500、または40％以下の効率を与えることができます蒸気機関は、実際の損失に加えて、熱の 60% を捨てる必要があります。
このことから、 熱エネルギー熱機関は現代のエネルギーのボトルネックです。 すべてのマシンは継続的に従事しています 熱エネルギー生産、およびその中への放出 環境. さらに、半導体やナノテクノロジーの改良によって電気エネルギーへの効率的な変換の問題を解決することが十分に可能である場合、熱機関の低効率の問題を解決することはできません。
最大効率は (T1-T2)/T1、または 1-(T2/T1) です。 したがって、T1 が高い (または T2 が低い) ほど、効率は 1 に近くなります。 コストを削減するために、発電所はヒーターまたはボイラーの可能な限り高い温度 T1 を使用しようとしています。 オイルが燃え始め、金属が溶け始めると、深刻な制限が生じます。 常時熱を供給している温度 T2 は、周囲温度より長時間下げることはできません。 実際には、化学エネルギーや原子エネルギーを直接使用する方法はありません。 最初にそれを熱エネルギーに変換する必要があり、その後で初めて大きな熱損失を避けることができなくなります。
逆説的に見えるかもしれませんが、思考実験に基づく同じ推論は、別の必要性が生じたとき、つまり自由エネルギーから熱を得るために、つまり電気でアパートを暖房したいときに、高効率（k.p. d.）を達成できることを示しています。
小さな機械の助けを借りて、自由エネルギーを使用して、寒い通りから暖かい部屋に熱エネルギーを「送り込む」ことができます。 本質的に、そのようなヒートポンプ 熱エネルギー消費冷凍室が部屋の外にある裏返しの冷蔵庫が役立ちます。
太陽光、石炭、または水を使用して、電気ランプに電力を供給したり、旋盤を運転したり、丘の頂上に水を汲み上げたりするなどの有用な作業を行うことにより、ほとんど避けられない副産物として熱エネルギーが何度も発生します。 （摩擦による）そして最も可能性の高い最終製品。 ランプの光が壁に吸収されたり、機械が金属を切断したり、水が海に逆流したりすると、燃料から最初に受け取ったエネルギーが最終的に完全に熱に変換されます。 そして、最初に熱を扱っていた場合、最終段階では温度が低くなります. それ以上の使用には実質的に適していません。 もちろん、別の目的を考え出すこともできます-光を星間空間に放射させ、機械でスプリングをねじり、水を丘の上に残しますが、原則として、最終製品は依然として熱エネルギーです. （過去1年間に世界中のすべての車でガソリンが燃焼したときのすべてのエネルギーは、最終的に空気と地球の加熱に使われました-これが結果です）。
単純に複合体について – 熱エネルギー
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ここでは辞書的な定義はしません。 熱エネルギー . 私はすべてを指で説明しようとします。 この記事は専門家向けではありません。
何が違うか考える お湯寒さから、水の温度に影響を与えるものは何ですか?
それに含まれる熱量が異なります。 この暖かさ、つまり熱エネルギーは、見ることも触れることもできず、ただ感じるだけです。 温度が 0°C を超える水には、ある程度の熱が含まれています。 水 (蒸気または凝縮液) の温度が高いほど、より多くの熱が含まれます。
熱は、摂氏ではなく、カロリー、ジュール、MWh (メガワット/時) で測定されます。
関税はギガカロリーあたりグリブナで承認されているため、測定単位として Gcal を使用します。
したがって、お湯は、水自体とそれに含まれる熱エネルギーまたは熱 (Gcal) で構成されます。 水はギガカロリーで飽和しているようです。 水中のGcalが多いほど、熱くなります。 時々、お湯は熱媒体と呼ばれます。 暖かさをもたらします。
暖房システムでは、冷却剤 (温水) はある温度で暖房システムに入り、別の温度で出ます。 つまり、彼はある量の暖かさで来て、別の量で去りました. クーラントは、ラジエーターを加熱することで環境に熱の一部を放出します。 システムに返されず、Gcal で測定されるこの部分については、誰かが支払う必要があります。
給湯（または暖房システムの急ぎ）の場合、すべての水を消費するため、その中のすべての 100% Gcal がシステムに戻されません。
したがって、集合住宅や民家に計量ユニットを設置する場合、敷地内で消費される熱（Gcal）に対して直接支払います。 計量器がない場合は、消費した熱量分を請求させていただきます。 関税による"。 さらに、この「速度」は、実際に消費される熱量の数倍になる可能性があります。 そのため、今日、これまで以上に、熱エネルギー計測ユニットの設置の問題が発生しています。
熱エネルギー会計とは。
熱エネルギー計測ユニットはデバイスの複合体であるため、ノードと呼ばれます。
技術的にはこんな感じ。 以下は、加熱ネットワークのパイプラインにカットされています（供給、リターン、DHWネットワーク）。
- 流量計 - 通過したクーラントの量を測定します。
- 温度センサー - クーラントの温度を測定します。
- および (常にではありません) 圧力センサー - パイプライン内の圧力を測定します。
デバイスには、デバイスの種類に応じて、何らかの種類の電圧、自律型または主電源を供給する必要があります。
これらのデバイスは、バランスシート (BP) と運用責任 (EO) の境界のできるだけ近くに挿入する必要があります。 あなたのネットワークが始まる場所へ。 熱供給契約には、適切な行為または付属書が必要です。
デバイスがBPとEOの境界でクラッシュしない場合、熱供給会社は、BP境界から各パイプラインの記録デバイスの設置場所までの熱ネットワークのセクションでの熱損失を計算します。敷設方法（地下/地面）、ネットワークの直径、およびパイプラインの断熱材の存在。
熱損失の支払いは、熱計量ユニットの測定値に加えて、バランス方式で請求されます。 支払いの請求書では、通常、それらは別の行として割り当てられます。 一部の熱供給会社では、熱損失は考慮されておらず、熱量計の測定値に従って計算されます。
から 計測器ワイヤは、必要に応じて、熱記録計、熱量計、または熱量計に信号を送信します。 ヒートレコーダーはデータをメモリに記録し、メーカーが決定した期間をアーカイブに保存します。
たとえば、過去 15 日間の時間単位の読み取り値、過去 45 日間の毎日の読み取り値、過去 12 か月間の毎月の読み取り値を保存できます。
これらのデータに基づいて、ヒートレコーダーは数学的にGcalを計算し、それに対して私たちは支払います。
ただし、熱エネルギー計測ユニットを設置しても節約にはなりません！
熱量測定ユニットを設置し、同時に幸せが訪れたと仮定すると、これは完全な妄想です。 お金を節約するには、実際には「メーターによると」、熱供給会社がより少ない料金を請求し始める必要があります。 これには必要です メーターからデータを取得し、暖房ネットワークに転送します ! これでお金が貯まる！