Облаштування
Врахування теплової енергії для «Чайників». Що таке теплова енергія

Врахування теплової енергії для «Чайників». Що таке теплова енергія

Різні будівельні технології та матеріали мають свої переваги та недоліки. Так, наприклад, будинок, побудований з класичної цегли у багатьох асоціюється з надійністю. Але що, якщо ми розглядатимемо його з погляду енергоефективності? У цьому випадку цегла не займатиме лідируючі позиції.

Для того, щоб вирішити проблему теплоефективності будівель, почали застосовувати різного виду та якості утеплювачі. Починаючи від теплоізоляційної піни, яку можна просто нанести на певні ділянки стіни існуючого будинку, закінчуючи повноцінними енергоефективними стіновими модулями. Очевидно, що спроби утеплити існуючий будинок принесуть деякі результати, але будуть не досить ефективні, в тому числі і з фінансової точки зору. Тому з'явилися дешеві рішення у вигляді панелей, що спочатку забезпечені утеплювачем. Це або сендвіч-панелі, що є спіненим утеплювачем (пінопласт), вклеєним між плитами ЦСП, або волокнистим утеплювачем (наприклад, мінвата), вкладеним у каркас дерев'яної стіни.

Нещодавно ідея використання стінової панелі була доопрацьована. Внаслідок чого енергоефективні будинки почали зводитися з повноцінних герметичних стінових модулів. Утеплювач із рекордно низьким показником теплопровідності вирощується всередині модулів безпосередньо у заводських умовах.

Перевагою використання стінових модулів як складової одиниці енергоефективної будівлі є їх здатність найкраще блокувати передачу теплової енергії від зовнішньої до внутрішньої поверхні, і навпаки. Для того, щоб навчитися розрізняти будівельні матеріалищодо них теплофізичним властивостям, А також зрозуміти, чому енергоефективні стінові модулі краще сендвіч-панелей справляються зі своїм завданням, розберемо всі можливі механізми поширення тепла.

Теплова енергія може передаватися лише за допомогою трьох механізмів: конвекції, теплопровідності та теплового випромінювання.

Теплова конвекціявиникає, коли гарячі молекули переміщаються з одного місця до іншого. Тенденція гарячого повітря підніматися нагору є двигуном природної теплової конвекції. Теплопровідність- Це передача теплової енергії від однієї молекули до іншої. Кожна молекула може змінювати своє становище у просторі, але енергія, проте передаватиметься. Гаряча (що має більшу енергію) молекула може передати частину своєї енергії сусідній молекулі, якщо остання менш нагріта (має меншу енергію). Грубо кажучи, чим щільніший матеріал, тим більше молекулперебувають у контакті друг з одним, отже, і більше можливостей для теплопровідності. Теплове випромінювання(або енергія випромінювання) є формою електромагнітного випромінювання, що тісно пов'язане з видимим світлом. Інфрачервоне електромагнітне випромінюванняале воно поширюється так само, як поширюється видиме світло: через вакуум, через атмосферу, через воду і через деякі тверді речовини, включаючи ті, які є непрозорими для видимого світла. Таким чином, Сонце назріває Землю через 150 млн кілометрів вакууму, де немає ні процесу конфекції, ні теплопровідності. При температурі вище за абсолютного нуля (-273 С) будь-яка матерія випромінює деяку енергію. Ці три механізми найчастіше працюють разом. Наприклад, повітря в печі нагрівається за рахунок теплопровідності та випромінювання, поширюється по будівлі за рахунок конвекції та нагріває холодніші об'єкти за рахунок теплопровідності та теплового випромінювання.

Тепер давайте розглянемо стінові панелі та модулі.

Усередині стінових модулів і панелей знаходиться утеплювач, який за своєю природою є спіненою світлою речовиною. Звідси випливають два висновки. “Спінений” – отже, мало молекул у контакті – низька теплопровідність, "Світле" - значить, є хорошим відбивачем для теплового випромінювання. За рахунок відображення енергія випромінювання не накопичується, не зберігається та не передається. Але панель "сендвіч" за своєю конструкцією не є герметичною, за рахунок чого відбувається просочування води та повітря через панель, а значить не відбувається блокування процесу конвекції. Таким чином, за рахунок конвекції відбувається розсіювання тепла. А ось через повністю герметичний стіновий модуль вода та повітря пройти не можуть, чому й знижується можливість конвекції. Чим герметичніший модуль, тим менша значимість перерахованих вище процесів.

Це означає, що сонячне тепло залишається зовні будівлі, коли влітку ви намагаєтеся охолодити приміщення. Взимку все накопичене в будинку тепло залишається всередині, а не виходить назовні.

Що таке теплова енергія?

Енергія - здатність тіла виконувати роботу. Вирізняють такі її види: електричну, механічну, гравітаційну, ядерну, хімічну, електромагнітну, теплову та інші.

Перша - енергія електронів, що рухаються ланцюгом. Найчастіше вона використовується для отримання механічної за допомогою електродвигунів.

Друга проявляється під час руху, взаємодії окремих частинок і тіл. деформації при розтягуванні, згинанні, закручуванні та стисканні пружних тіл.

Хімічна енергія виникає у результаті між речовинами. Вона може виділятися у вигляді теплової (наприклад, при горінні), а також перетворюватися на електричну (в акумуляторах і

Електромагнітна проявляється в результаті руху магнітного та електричного полів у вигляді інфрачервоних та радіохвиль тощо. Ядерна міститься в радіоактивних речовинах і вивільняється внаслідок розподілу важких ядер або синтезу легень. Гравітаційна – енергія, яка обумовлена тяжінням масивних тіл (сила тяжіння).

Теплова енергія виникає у зв'язку з хаотичним рухом молекул, атомів та інших частинок. Вона може виділятися в результаті механічної дії (тертя), хімічної або ядерної (розподіл ядра). Найчастіше теплова енергія виникає внаслідок спалювання різних видівпалива. Її використовують для опалення, випарювання, нагрівання та інших технологічних процесів.

Теплова енергія - це одна з форм енергії, що виникає в результаті механічних коливаньструктурних елементів будь-якої речовини Параметром, що дозволяє визначити можливість використання його як джерело енергії, є енергетичний потенціал. Виражатися він може в кіловат (теплових)-годинах або в джоулях.

Джерела теплової енергії поділяють на:

первинні. Енергетичний потенціал речовини мають внаслідок природних процесів. До таких джерел можна віднести океани, моря, горючі речовини та ін. Первинні джерела поділяються на невичерпні, відновлювані і невідновлювані. До перших належать термальні води та речовини, які можуть бути використані для отримання термоядерної енергії тощо. До других відносять енергію сонця, вітру, водних ресурсів. Треті включають газ, нафту, торф, вугілля тощо;
вторинні. Це речовини, енергетичний потенціал яких залежить від діяльності людей. Наприклад, це нагріті вентиляційні викиди, міські відходи, гарячі відпрацьовані теплоносія промислових виробництв (пар, вода, газ) тощо.

Теплова енергія в даний час виробляється за допомогою спалювання викопного палива. Як основні джерела виступають неочищена нафта, вугілля, за рахунок забезпечується 90% загального енергоспоживання. Проте з кожним днем все більше зростає використання атомної енергії.

Відновлювані джерела майже не використовуються. Це пов'язано зі складністю технології їхнього перетворення на теплову енергію, а також низьким енергетичним потенціалом деяких з них.

Теплова енергія виникає внаслідок взаємодії фотонів інфрачервоного діапазону із зовнішніми електронами. Останні поглинають фотони та переміщаються на далекі від ядра орбіти. Таким чином обсяг речовини збільшується. Через фотони інфрачервоного діапазону відбувається передача теплової енергії. Зокрема фотони при зіткненнях молекул і атомів між собою перескакують із зони підвищеної концентрації носіїв теплової енергії в зони, де вона знижена.

Теплова енергія може бути виражена у формулі: Q = c.m.ΔT. С - позначає питому теплоємністьречовини, m -масу тіла, а T є різницею температур.

Система вимірювання теплоти два століття тому базувалася на уявленні про те, що теплова енергія зберігається, нікуди не пропадає, а лише переходить із одного місця в інше. Ми досі користуємося такими правилами:

Для вимірювання кількості тепла змусимо його нагрівати воду та помножимо масу води на збільшення температури. Якщо маса взята в кг, а різниця А (температур) - у градусах Цельсія, то добуток їх буде теплотою в Кал або ккал.

При передачі теплової енергіїякійсь іншій речовині, спочатку масу потрібно помножити на підвищення температури, як і для води, а результат потім помножити на «питому теплоємність» речовини.

Щоб виміряти теплову енергію, що виділяється певною кількістю палива, необхідний спеціальний прилад для спалювання зразка і передачі тепла, що утворилося, без помітних втрат воді. Подібним випробуванням було піддано майже всі види палива. Зважений зразок, як правило, разом зі стисненим киснем поміщався в товсту металеву бомбу, яка занурювалася в посудину з водою. Потім за допомогою електрики зразок спалювали та вимірювали зростання температури води. Разом із водою нагрівалася й бомба із усім її вмістом; це потрібно було враховувати.

Теплова енергія та молекули

Будь-яка вдала спроба передати енергію газу нагріває його, збільшуючи тиск (обсяг). У кінетичної теоріїми пов'язували це зі збільшенням кінетична енергія молекул, що хаотично рухаються. Теплова енергія газу – це просто кінетична енергія у молекулярному масштабі. Те ж саме можна сказати як про рідкі, так і про твердих тілахз тим лише застереженням, що необхідно враховувати кінетичну енергію обертання молекул та енергію їх коливань.

Уявіть собі кулю, яка з величезною швидкістю вдаряється об перешкоду і внаслідок тертя застряє в ній. У цьому випадку кінетична енергія кулі передається молекулам навколишнього повітря та дерева, повідомляючи їм додатковий рух. Величезна кінетична енергія зникає, а натомість з'являється теплова енергія. Якщо вважати, що теплота - це «узагальнена» кінетична енергія, то багатство, що складається у величезній кількості впорядкованої кінетичної енергії, розподіляється серед усіх молекул, що хаотично рухаються, - «гідних» і «негідних». Коли свинцева куля потрапляє у стінку, більшість її багатого запасу кінетичної енергії перетворюється на енергію коливань окремих атомів свинцю і стінки; енергія навченої армії вироджується в безладну штовханину натовпу.

При будь-яких обговореннях питань, пов'язаних із використанням енергії, необхідно відрізняти теплову енергію (енергію хаотичного руху) від енергії упорядкованого руху, відомої в техніці як вільна енергія. Так, кінетична енергія кулі, що летить, є енергією впорядкованого руху - вона вся укладена в пулі. Ми називаємо її вільною енергією, оскільки її цілком можна перетворити на потенційну енергію; для цього треба просто вистрілити вертикально нагору! Енергія деформації також упорядкована, і ми називаємо її також вільною енергією, адже пружина може витратити її на підняття вантажу. Хімічна енергія практично вся вільна, як і електрична енергія та енергія високотемпературного випромінювання. Кожна з цих форм енергії дозволяє використовувати всю енергію. Хаотична теплова енергія має один суттєвий недолік. На які б хитрощі ми не йшли, на механічну енергію здатна перетворитися лише частина теплової.

Це відбувається через те, що навіть у найкращій з мислимих машинДля перетворення теплоти на механічну енергію деяка частка теплоти передається холодильнику. Інакше машина зможе повторити робочий цикл. Ми не можемо повністю впорядкувати випадковий рух молекул, перетворивши його енергію на вільну. Якийсь хаос завжди залишиться. Думковий експеримент з ідеальною тепловою машиною каже, що максимальна частка тепла, яку можна використовувати, становить (Т1-Т2)/Т1, де Т1 – абсолютна температура «нагрівача», або котла, а T2 – абсолютна температура холодильника машини (про сенс абсолютної температури див. гл. 27). Так, пара під високим тискомз температурою 500 ° До (227 ° С), що перетворюється на воду з температурою 300 ° До (27 ° С), може дати к. п. д. не більше (500-300)/500, або 40% Така парова машина повинна викидати, окрім реальних втрат, 60% свого тепла.

Звідси цілком очевидним стає висновок, що теплова енергіяі теплові машини є найвужчим місцем у сучасній енергетиці. Усі машини займаються безперервним виробництвом теплової енергії, та її викидом у навколишнє середовище. Причому, якщо проблеми ефективного перетворення на електричну енергію цілком можливо вирішити, удосконалюючи напівпровідникові та нано технології, то проблему малого ккд теплової машини вирішити не можна.

Максимальний к. п. д. дорівнює (Т1-Т2)/Т1, або 1-(Т2/Т1). Так що чим вище Т1 (або чим менше Т2), тим ближче к. п. д. до одиниці. Щоб зменшити витрати, силові установки намагаються робити з якомога більшою температурою Т1 нагрівача або котла. Серйозні обмеження виникають через олію, яка починає горіти, та металу, який починає плавитися. Температуру Т2, при постійному підведенні тепла не можна надовго зробити нижче температури навколишнього середовища. Практично у нас немає способу безпосередньо використовувати хімічну чи атомну енергію. Ми повинні спочатку перетворювати її на теплову енергію, а після цього нам не уникнути великих теплових втрат.

Як це не парадоксально, але такі ж міркування, засновані на уявних експериментах, кажуть, що коли виникає інша потреба – отримати теплоту з вільної енергії, тобто коли ми хочемо обігрівати квартиру електрикою, ми можемо досягти високої ефективності (к. д.).

Використовуючи вільну енергію, ми за допомогою невеликої машини можемо «перекачувати» теплову енергію з холодної вулиці до теплої кімнати. По суті, такою тепловою помпою для споживання теплової енергіїможе бути вивернутий навиворіт холодильник, морозильне відділення якого вміщено поза кімнатою.

Використовуючи сонячне світло, вугілля або гідроресурси для отримання корисної роботи на кшталт живлення електроламп, приводу токарного верстата або перекачування води на вершину пагорба і т. д., ми знову і знову приходимо до теплової енергії як до майже неминучого побічного (внаслідок тертя) і найбільш ймовірного кінцевого продукту. Коли світло лампи поглинається стінами, верстат ріже метал або вода стікає назад в океан, отримана спочатку з палива енергія повністю перетворюється на теплоту. А якщо ми спочатку мали справу з теплотою, то на кінцевому етапі буде більш низька температура. Вона практично не придатна для подальшого використання. Можна, звичайно, придумати і інший кінець - дозволити світлу випромінюватись у міжзоряний простір, верстату закручувати пружину, а воду залишити на вершині пагорба, але, як правило, кінцевий продукт все-таки теплова енергія. (Вся енергія від згоряння бензину у всіх автомобілях світу за минулий рік, перейшла, зрештою, в нагрівання повітря та землі - такий ось виходить).

Просто про складне - Теплова енергія

Галерея зображень, картинки, фотографії.
Визначення кількості теплової енергії, втрати енергії – основи, можливості, перспективи розвитку.
Цікаві факти, корисна інформація.
Зелені новини – Визначення кількості теплової енергії та втрати енергії.
Посилання на матеріали та джерела – Теплова енергія.

Тут я не даватиму словникове визначення теплової енергії . Спробую все пояснити на пальцях. Стаття не спеціалістів.

Подумайте, чим відрізняється гаряча водавід холодної, що впливає на температуру води?

Вона відрізняється різною кількістю теплоти, що міститься в ній. Цю теплоту, або інакше теплову енергію, не можна побачити чи помацати, можна тільки відчути. Будь-яка вода з температурою більше 0 ° С містить певну кількість теплоти. Що температура води (пара чи конденсату) то більше в ній міститься теплоти.

Вимірюється теплота в Калоріях, в Джоулях, МВт/год (Мегават на годину), не в градусах °С.

Так як тарифи затверджуються в гривнях за Гігакалорію, то за одиницю виміру братимемо Гкал.

Таким чином, гаряча вода складається з самої води і теплоенергії, що міститься в ній або теплоти (Гкал). Вода ніби насичена гігакалоріями. Чим більше Гкал у воді, тим вона гарячіша. Іноді гарячу воду називають теплоносія, тобто. тепло несе.

У системах опалення теплоносій (гаряча вода) входить у систему опалення з однією температурою, а виходить з іншого. Тобто прийшов із однією кількістю теплоти, а вийшов із іншою. Якусь частину теплоти теплоносій віддає у довкілля через радіатори опалення. За цю частину, яка не повернулася до системи, яка вимірюється в Гкал, комусь треба заплатити

При гарячому водопостачанні (або пориві в системі опалення) ми споживаємо всю воду і, відповідно, всі 100% Гкал у ній нічого назад в систему не повертаємо.

Таким чином, при установці вузлів обліку в багатоквартирному будинку або приватному будинку ми платитимемо безпосередньо за спожите тепло (Гкал) нашим приміщенням. Якщо приладу обліку немає — нам нараховуватимуть суму, за спожите нами тепло. за тарифом«. Причому це за тарифом може в рази перевищувати фактично спожиту нами кількість тепла. Саме тому сьогодні як ніколи постає питання встановлення вузлів обліку теплової енергії.

Що являє собою облік теплової енергії?

Вузол обліку теплової енергії це комплекс приладів, тому і називається вузол.

Технічно це виглядає так. У трубопроводи теплових мереж (на подачу, в обратку, в мережу ГВП) врізаються:

витратоміри - вимірюють кількість пройденого теплоносія;
температурні датчики - вимірюють температуру теплоносія;
і (не завжди) датчики тиску – вимірюють тиск у трубопроводах.

До приладів потрібно подати якусь напругу, автономну або мережну залежно від типу приладу.

Дані прилади необхідно врізати максимально приблизно межі балансової власності (БП) і експлуатаційної відповідальності (ЕО), тобто. до того місця, звідки починаються ваші мережі. До договору теплопостачання має бути відповідний акт чи додаток.

Якщо прилади врізаються не на межі БП та ЕО, то теплопостачальна компанія розраховує тепловтрати на ділянці теплових мереж від кордону БП до місця встановлення приладів, що реєструють, по кожному трубопроводу з урахуванням методу прокладання (підземна/наземна), діаметра мережі та наявності теплової ізоляції трубопроводів.

Оплата за втрати втрати нараховується додатково до показань вузла обліку теплоти балансовим методом. У рахунку на оплату зазвичай виділяють окремим рядком. У деяких теплопостачальних компаніях втрати не враховуються, нараховують за показаннями теплолічильника.

Від вимірювальних приладівпо дротах йдуть сигнали на теплореєстратор, або теплообчислювач, або теплолічильник, кому як більше подобається. Теплореєстратор записує дані собі на згадку і зберігає у своєму архіві певний заводом-виробником термін.

Наприклад, годинні показання можуть зберігатися протягом останніх 15 днів, добові — протягом останніх 45 днів, місячні — протягом останніх 12 місяців.

На підставі цих даних теплореєстратор математично обчислює Гкал, за які ми платимо.

Проте чи не сама установка вузла обліку теплової енергії веде до економії!

Якщо встановити вузол обліку тепла і при цьому вважати, що тепер настало щастя, це повна помилка! Для економії потрібно, щоб теплопостачальна компанія почала менше нараховувати, власне кажучи «за лічильником». Для цього необхідно знімати дані з лічильника та передавати їх у тепломережу ! Саме це спричинить економію!