Производство цсп: технология, действующие ГОСТы, регламентирующие свойства цементно-стружечных плит, а также необходимое оборудование для изготовления материала

Центральное отопление снова стало использоваться в начале 19 века, когда промышленная революция вызвала увеличение размеров зданий для промышленности, жилых помещений и сферы услуг. Использование пара в качестве источника энергии предложило новый способ обогрева фабрик и заводов, когда пар передавался по трубам. Котлы, работающие на угле, подавали горячий пар в помещения с помощью стоячих радиаторов. Паровое отопление долгое время преобладало на североамериканском континенте из-за очень холодных зим.Преимущества горячей воды, которая имеет более низкую температуру поверхности и более мягкий общий эффект, чем пар, начали осознаваться примерно в 1830 году. В системах центрального отопления двадцатого века обычно используется теплый воздух или горячая вода для передачи тепла. В большинстве недавно построенных американских домов и офисов теплый воздух вытеснил пар, но в Великобритании и на большей части европейского континента горячая вода заменила пар в качестве предпочтительного метода отопления; канальный теплый воздух там никогда не был популярен. Большинство других стран приняли американские или европейские предпочтения в методах отопления.

Системы центрального отопления и топливо

Важнейшими компонентами системы центрального отопления являются устройства, в которых можно сжигать топливо для выработки тепла; среда, транспортируемая по трубам или каналам для передачи тепла в обогреваемые помещения; и излучающее устройство в этих пространствах для выделения тепла либо конвекцией, либо излучением, либо обоими способами. Принудительное распределение воздуха перемещает нагретый воздух в пространство с помощью системы воздуховодов и вентиляторов, которые создают перепады давления. Лучистое отопление, напротив, предполагает прямую передачу тепла от излучателя к стенам, потолку или полу замкнутого пространства независимо от температуры воздуха между ними; излучаемое тепло устанавливает цикл конвекции во всем пространстве, создавая в нем равномерно нагретую температуру.

Температура воздуха и влияние солнечного излучения, относительной влажности и конвекции — все это влияет на конструкцию системы отопления. Не менее важным соображением является объем физической активности, который ожидается в конкретной обстановке. В рабочей атмосфере, в которой напряженная деятельность является нормой, человеческое тело выделяет больше тепла. В качестве компенсации поддерживается более низкая температура воздуха, позволяющая рассеивать лишнее тепло тела. Верхний предел температуры 24 ° C (75 ° F) подходит для сидячих рабочих и домашних жилых помещений, а нижний предел температуры 13 ° C (55 ° F) подходит для людей, выполняющих тяжелую ручную работу.

При сгорании топлива углерод и водород реагируют с атмосферным кислородом с выделением тепла, которое передается из камеры сгорания среде, состоящей из воздуха или воды. Оборудование устроено так, что нагретая среда постоянно удаляется и заменяется охлаждающей системой — , т. Е. путем циркуляции. Если среда является воздухом, оборудование называется топкой, а если среда — водой, бойлером или водонагревателем. Термин «бойлер» более правильно относится к сосуду, в котором производится пар, а «водонагреватель» — к сосуду, в котором вода нагревается и циркулирует ниже ее точки кипения.

Природный газ и мазут являются основными видами топлива, используемыми для производства тепла в котлах и печах. Они не требуют труда, за исключением периодической очистки, и они обрабатываются полностью автоматическими горелками, которые могут регулироваться термостатом. В отличие от своих предшественников, угля и кокса, после использования не остается остаточной золы для утилизации. Природный газ вообще не требует хранения, а нефть перекачивается в резервуары для хранения, которые могут быть расположены на некотором расстоянии от отопительного оборудования.Рост объемов отопления на природном газе был тесно связан с увеличением доступности газа из сетей подземных трубопроводов, надежностью подземных поставок и чистотой сжигания газа. Этот рост также связан с популярностью систем теплого воздуха, к которым особенно хорошо подходит газовое топливо и на которые приходится большая часть природного газа, потребляемого в жилых домах. Газ легче сжигать и контролировать, чем нефть, пользователю не нужен резервуар для хранения и он платит за топливо после того, как он его использовал, а доставка топлива не зависит от капризов моторизованного транспорта.Газовые горелки обычно проще, чем те, которые требуются для жидкого топлива, и имеют мало движущихся частей. Поскольку при сжигании газа выделяются ядовитые выхлопные газы, газ из обогревателей должен выводиться наружу. В местах, недоступных для трубопроводов природного газа, сжиженный нефтяной газ (пропан или бутан) доставляется в специальных автоцистернах и хранится под давлением в доме до тех пор, пока он не будет готов к использованию так же, как природный газ. Нефтяное и газовое топливо во многом обязано своим удобством автоматической работе их теплоцентралей.Эта автоматизация основана в первую очередь на термостате, устройстве, которое, когда температура в помещении упадет до заданной точки, активирует печь или котел до тех пор, пока потребность в тепле не будет удовлетворена. Автоматические отопительные установки настолько тщательно защищены термостатами, что предвидятся и контролируются почти все мыслимые обстоятельства, которые могут быть опасными.

Система центрального отопления — обзор

6.1 Общие положения

Для распределения солнечного тепла в зданиях можно использовать гидравлическую систему (излучающие панели и водяные радиаторы) или центральную систему принудительной подачи воздуха.

В системах центрального отопления температура подачи горячей воды может иметь разные значения. В недавнем прошлом наиболее используемым значением в Румынии, а также в других странах Европейского Союза было 90 ° C с перепадом температуры на 20 ° C, но в настоящее время температура подачи обычно ниже 90 ° C.

Обеспечение потребности в тепле для зданий, оборудованных установками центрального отопления, требует систем с высокой эффективностью не только в процессе производства тепла, но и в распределении тепловой энергии.Одним из способов повышения эффективности систем отопления является использование пониженной температуры [1]. Кроме того, можно использовать ВИЭ с более высокой эффективностью в качестве солнечной энергии. Обычно плоские жидкостные коллекторы нагревают передающую и распределяющую жидкость до температуры от 35 до 50 ° C. Систему необходимо контролировать и оптимизировать в соответствии с постоянно меняющейся потребностью в тепле.

Энергетическая и эксергетическая эффективность систем центрального отопления выше при пониженных температурах горячей воды [2], но, основываясь на [3], необходимо указать, что это справедливо только для полностью сбалансированных систем.Стабильность системы центрального отопления с пониженной температурой может быть улучшена за счет уменьшения уровня перепада температуры. Таким образом, можно получить системы отопления с более высокой стабильностью и энергоэффективностью за счет одновременного снижения температуры подачи и падения температуры.

После внедрения пластиковых трубопроводов применение водного лучистого отопления с трубами, встроенными в поверхности помещений (например, полы, стены и потолки), значительно расширилось во всем мире. Ранее системы лучистого отопления применялись в основном для жилых домов из-за комфорта и свободного использования площади без каких-либо препятствий для установки.По тем же причинам, а также для возможного снижения пиковых нагрузок и экономии энергии, излучающие системы широко применяются в коммерческих и промышленных зданиях. Из-за больших поверхностей, необходимых для передачи тепла, системы работают с водой с низкой температурой для обогрева. Однако, чтобы расширить использование этих типов генераторов и извлечь выгоду из их энергоэффективности для достижения целевых показателей 20–20–20 (повышение энергоэффективности на 20%, сокращение выбросов CO ₂ на 20% и возобновляемые источники энергии на 20%) к 2020 году), необходима работа с радиаторами, которые в прошлом были наиболее часто используемыми оконечными устройствами в системах отопления.

В Европе предстоит отремонтировать десятки тысяч зданий, большинство из которых — жилые. Энергетическая задача будущего будет заключаться в ремонте существующих зданий и предложении системно-инженерных технологий, которые могут быть установлены с минимальным вмешательством, что будет чрезвычайно успешным. Следовательно, если продвигается солнечная технология, она должна быть рассчитана также на работу с радиаторами.

В этой главе представлены системы распределения тепла в зданиях, включая водяные радиаторы, излучающие панели (пол, стены, потолок и пол-потолок) и комнатные воздухонагреватели.Первой целью данного исследования является анализ экономии энергии в системах центрального отопления с пониженной температурой подачи для различных типов радиаторов с учетом теплоизоляции распределительных труб и исследование производительности различных типов низкотемпературных систем отопления с разные методы. Кроме того, разработана и экспериментально подтверждена математическая модель для численного моделирования теплового излучения излучающих полов, а также проведен сравнительный анализ энергетических, экологических и экономических характеристик полов, стен, потолка и пола-потолка с использованием численного моделирования с Выполняется программное обеспечение моделирования переходных систем (TRNSYS).Наконец, включена важная информация по контролю и эффективности SHS, разработана аналитическая модель для энергетического анализа SHS, и представлены некоторые показатели экономического анализа, показывающие возможность внедрения этих систем в зданиях.

Как работает система центрального отопления | HVAC

Проще говоря, система центрального газового отопления создает цикл повышения температуры более прохладного воздуха.Вот простая версия:

1. При сжигании пропана или природного газа в горелке печи выделяется тепло.

2. Вырабатываемое тепло проходит через теплообменник, нагревая его.

3. Воздух из домашних воздуховодов обдувается теплообменником, нагревая воздух.

4. Воздуходувка печи нагнетает нагретый воздух в приточный воздуховод, распределяя его по всему дому.

Конечно, компоненты системы центрального отопления должны работать вместе, чтобы вам было комфортно.

Контроль температуры : Контроль температуры, который регулируется платой управления печи, включает переключатель зажигания и запускает процесс нагрева, когда термостат или система управления запрашивают тепло.

Тяговый вентилятор : Тяговый вентилятор втягивает воздух в блок горелки. Воздух также позволяет горелкам нагревать теплообменник, а затем выбрасывается за пределы дома.

Газовые горелки : Когда термостат или система управления требует тепла, клапаны газовых горелок открываются для подачи газа и сжигания топлива.

Замок зажигания : Газ проходит над запальным устройством, образуя пламя. Это пламя проходит через горелки и используется для нагрева теплообменника.

Теплообменник : Деталь газовой печи, которая нагревает воздух в помещении. Газ воспламеняется внутри теплообменника, создавая тепло, которое используется для нагрева проходящего воздуха. Конструкция теплообменника может добавить энергоэффективности работы газовой печи.

Нагнетательный вентилятор : Использует возвратную вентиляцию для обдува горячим теплообменником.Затем кондиционированный воздух разносится по всему дому через воздуховоды. Некоторые модели печей оснащены нагнетательным вентилятором, который может работать на нескольких скоростях для повышения эффективности

Дымоход : Дымоход действует как выхлоп для газообразных побочных продуктов сгорания, используемых для выделения тепла.

Газовые печи бывают разных форм, чтобы они соответствовали вашему пространству. Однако они также могут быть отнесены к одной из следующих категорий:

• Печи без конденсации — выпускайте выхлопные газы из дома, обычно через крышу.
• Конденсационные печи — использует второй теплообменник для нагрева воздуха от конденсированных выхлопных газов для достижения более высокого КПД.
• Модулирующая газовая печь — непрерывно регулирует количество сжигаемого топлива для поддержания заданной температуры вашего термостата. Этот регулирующий компонент может минимизировать колебания температуры в помещении.

Системы отопления на природном газе | Американская газовая ассоциация

Системы отопления на природном газе

Потребители сильно отдают предпочтение теплу природного газа, потому что это комфортно, удобно, надежно и эффективно.Сегодняшние системы отопления предлагают подрядчикам, строителям и домовладельцам невероятный выбор: от топовых печей, которые достигают уровня эффективности более 90 процентов, до агрегатов по умеренной цене, которые соответствуют минимальному стандарту эффективности в 78 процентов или немного превышают его, поэтому что клиентам не нужно платить за большую эффективность, чем им нужно.

Тепло природного газа на ощупь теплее, чем тепло, производимое электрическим тепловым насосом. Тепло природного газа доставляется из систем с принудительной подачей воздуха при температуре от 120 до 140 градусов по Фаренгейту.Напротив, воздух от электрического теплового насоса обычно подается с температурой 85-95 градусов по Фаренгейту, достаточно теплым, чтобы обогреть комнату, но холоднее, чем средняя температура кожи человека, составляющая 98,6 градусов по Фаренгейту.

Виды систем отопления

Системы принудительной подачи воздуха

Самая распространенная печь — это система центрального отопления с принудительной подачей воздуха, в которой для нагрева воздуха используется горелка, работающая на природном газе. Холодный воздух втягивается в систему, перемещается в теплообменник, где он нагревается газовой горелкой, а затем циркулирует с помощью воздуходувки или вентилятора по воздуховодам дома.Система принудительной подачи воздуха может также включать в себя такие элементы, как электронные воздушные фильтры, электрическое охлаждающее оборудование и увлажнитель или осушитель.

При сгорании природного газа образуются побочные продукты в виде водяного пара и углекислого газа, которые являются теми же элементами, которые выдыхаются, когда люди дышат. Эти дымовые газы необходимо отводить наружу. Вентиляционные отверстия в стене могут использоваться для печей с принудительной подачей воздуха на природный газ со средней и высокой эффективностью, что устраняет необходимость в стандартной дымовой трубе и / или футеровке.

Водяные лучистые или водяные системы отопления

Гидравлические системы или системы горячего водоснабжения имеют газовый котел, который создает пар или горячую воду, которая затем циркулирует по дому по трубам.Эти системы отопления могут включать радиаторы, теплые полы или плинтусы. В котлах или гидравлических системах используется тот же тип вентиляции, что и в системах с принудительной подачей воздуха.

Комбинированные системы водяного отопления и отопления помещений

Комбинированные системы предназначены в первую очередь для использования в качестве системы принудительного воздушного отопления, но также могут быть адаптированы для некоторых гидравлических систем плинтусов. Горелка на природном газе нагревает воду и хранит ее в резервуаре, как обычный водонагреватель.Для обогрева помещения насос пропускает часть горячей воды через нагреваемый металлический змеевик. Вентилятор обдувает нагретый змеевик и воздуховоды в доме.

Обогреватели помещений

Обогреватели, работающие на природном газе, являются хорошим выбором для комнат, которые не используются часто, для тех частей дома, где требуется дополнительный нагрев, а также для дополнительных помещений. Эти компактные, энергоэффективные блоки можно закрепить на стене, разместить в плинтусах или разместить как камин или печь. Они рассчитаны на обогрев только одной комнаты или нескольких.Часто они напрямую выводятся наружу через обычные дымоходы или дымоходы, но также доступны и невентилируемые модели.

Излучающий комнатный обогреватель имеет светящуюся панель, которая согревает людей и поверхности на своем прямом пути. Конвективный обогреватель нагревает воздух в помещении. Некоторые конвективные обогреватели используют естественную циркуляцию, создаваемую в комнате, для распределения нагретого воздуха, а другие используют небольшой вентилятор или воздуходувку для распределения теплого воздуха.

Эффективность и эксплуатационные расходы

Энергоэффективность любой системы отопления измеряется ее годовой эффективностью использования топлива (AFUE).Это соотношение между количеством энергии, поступающей в систему, и количеством энергии, выделяемой в виде полезного тепла. При этом учитываются потери тепла при запуске и охлаждении, а также КПД агрегата во время его работы. Чем выше AFUE, тем эффективнее печь. Новые печи должны работать с КПД 78% или выше; некоторые высокоэффективные системы отопления на природном газе потребляют 98 процентов потребляемой энергии.

Сравнение затрат

Чтобы определить, какая модель является наиболее подходящей, строители и потребители должны сравнить как начальную стоимость покупки и установки системы, так и среднегодовые эксплуатационные расходы.Система отопления, работающая на природном газе, может стоить дороже, чем электрическая система, но часто она стоит дешевле в эксплуатации. В 2001 году, например, было дешевле эксплуатировать даже низкоэффективную печь на природном газе, чем эксплуатировать электрический тепловой насос, и почти в три раза дороже обогревать дом с помощью печи электрического сопротивления, чем использовать высокоэффективную печь сопротивления. -эффективность печи на природном газе.

История домашнего отопления

Одна из основных потребностей человека — тепло, и с незапамятных времен люди искали способы сохранить тепло и безопасность в суровых погодных условиях.Но у нас не всегда было удобство отопительных систем, таких как печи и электрические обогреватели.

Давайте посмотрим, как домашнее отопление развивалось на протяжении всей истории, используя принципы, установленные нашими предками:

1 900 000 до н.э. : Археологи полагают, что примерно в это время люди, возможно, начали использовать огонь контролируемым образом — они создавали центральные пожары в жилищах, которые имели отверстия в крыше для выхода дыма.

42000 до н.э. : Неандертальцы на (нынешней) Украине строят очаги из костей мамонта.

7500 — 5700 до н.э. : неолитические поселения в Турции использовали открытые очаги в домах и зданиях.

3000 до н.э. : румынские поселенцы использовали жаровни для обогрева домов.

2500 г. до н.э. : греки в Древнем Риме разработали центральное отопление с использованием лучистого тепла; в некоторых зданиях, банях и домах для высших слоев общества были печи гипокауста, которые нагревали пустые пространства под полом, соединенные трубами в стенах. Различные культуры, в том числе корейские и некоторые мусульманские общины, также разработали аналогичные печи.

1000 до н.э. : пастух коз на горе Парнас в древней Греции обнаруживает пламя, поднимающееся из трещины в земле. Это пламя на самом деле создается из-за просачивания природного газа с поверхности, воспламененной молнией. Древние греки построили храм, в котором Дельфский Оракул издает пророчества, руководствуясь этим божественным пламенем.

AD 400 : После падения Римской империи методы отопления снова стали более примитивными, например, простые камины.

AD 800 : Были построены первые глиняные печи.

1200 : Центральное отопление было возрождено цистерцианскими монахами в христианской Европе, которые использовали отвод реки и дровяные печи. Появились первые дымоходы.

1400 : Были построены первые каменные печи, и к 1500-м годам они стали обычным явлением; дымоходы стали более изысканными.

1624 : Луи Саво изобрел циркулирующий камин во Франции; он создал приподнятую решетку, которая способствовала потоку воздуха.

Начало 1700-х годов : Люди в Англии начали использовать воздух для горения из внешнего воздуховода, в то время как Петр Великий в России пользовался самой ранней системой воздушного отопления с горячей водой в своем Летнем дворце.

1741 : Бенджамин Франклин изобрел более эффективную печь — печь Франклина.

1785 : Британцы начинают освещать дома и уличные фонари природным газом, добываемым из ворот.

Конец 1700-х : Джеймс Ватт из Шотландии разработал первую работающую систему отопления на основе пара для своего дома; он использовал центральный котел и систему труб.

1805 : Уильям Струтт из Англии изобрел печь с теплым воздухом, которая нагревала холодный воздух, который проходил через ряд каналов в комнаты. Примерно в то же время дома во Франции начали использовать топки с дымоходом.

1859 : Эдвин Дрейк пробурил первую скважину на природный газ недалеко от Титусвилля, штат Пенсильвания.

1883 : Томас Эдисон изобрел электрический обогреватель.

1855 : Франц Сан Галли из России изобрел радиатор, что стало первым важным шагом на пути к современным системам центрального отопления дома.

1882 : UGI была зарегистрирована как United Gas Improvement Co.

1885 : Уоррен Джонсон запатентовал первый термостат.

1885 : Изобретена горелка Бунзена, создающая регулируемое пламя природного газа, которое станет предшественником современных систем газового отопления.

1895 : Дэйв Леннокс был первым человеком, который произвел и продал на рынок стальную угольную печь.

Начало 1900-х годов : Сразу после рубежа веков Альберт Марш открыл хромель, сплав, состоящий из одной части хрома и четырех частей никеля, иногда также железа — в 300 раз прочнее других подобных материалов того времени.Это ознаменовало появление на рынке электрических нагревательных элементов. За свой вклад Марш широко известен как «отец электронагревательной промышленности».

1919 : Алиса Паркер запатентовала первую систему центрального отопления, которая предоставила людям простые средства для более эффективного регулирования температуры во всем доме.

1935 : Ученые разработали настенные обогреватели с принудительной конвекцией, в которых по всему дому используются угольная печь, электрический вентилятор и воздуховоды.К середине 20 века встраиваемые настенные обогреватели стали более распространенными во многих домах и квартирах.

Конец 1940-х : Роберт К. Уэббер изобрел геотермальный тепловой насос с прямым обменом.

1990 : Компания SolarWall изобрела солнечное воздушное отопление.

2000 : С развитием «умных» технологий домовладельцы могут дистанционно регулировать тепло в своих домах с помощью электронных устройств.

Сегодня, благодаря передовым мыслителям на протяжении всей истории, безопасное и эффективное тепло находится на расстоянии всего лишь от переключателя, термостата или смартфона, и наши подрядчики из UGI Heating, Cooling & Plumbing готовы сделать так, чтобы в вашем доме было тепло и уютно. возможно.

Положитесь на UGI Heating, Cooling & Plumbing — надежную компанию в области отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха для всего вашего дома, включая обслуживание, ремонт и установку систем охлаждения и отопления в Ланкастере, Рединге, Гаррисберге, долине Лихай, Поттстауне, Экстоне, и окружающие сообщества в Восточной и Центральной Пенсильвании. Имя UGI стало нарицательным с 1882 года.

Свяжитесь с нами сегодня, чтобы узнать больше о различных системах отопления дома, которые обеспечат комфорт вам и вашей семье даже в самые холодные зимы.

Возобновляемое отопление помещений | Агентство по охране окружающей среды США

О отоплении помещений

Отопление помещений — одно из основных направлений использования энергии в зданиях по всей стране. Последние данные показывают, что на отопление помещений приходится около 42 процентов энергопотребления в жилых домах США и около 36 процентов энергопотребления в коммерческих зданиях США. ^1,2

Домовладельцы тратят примерно 73 миллиарда долларов, или 29 процентов своих общих затрат, связанных с энергией, только на отопление помещений, в то время как коммерческие здания тратят более 27 миллиардов долларов или 15 процентов ежегодно. ³ Однако преобладающим топливом, используемым для отопления помещений, является природный газ; в некоторых регионах страны широко используются другие виды топлива. Например, газовые компании, как правило, не обслуживают большую часть сельских районов, а большая часть северо-востока не имеет газоснабжения. Многие клиенты в этих регионах используют топочный мазут или пропан.

В 2010 году отопление помещений в жилом секторе произвело примерно 324 миллиона метрических тонн выбросов углекислого газа, а коммерческие здания добавили дополнительно 161 миллион метрических тонн в год. ⁴

Требования к системам отопления зависят от размера и сложности помещений, которые необходимо отапливать.

Эти проценты основаны на энергии «на месте» или «доставленной» энергии, которая представляет собой общее значение энергии в британских тепловых единицах в момент ее поступления в здание.

Как работает возобновляемое отопление помещений

Возобновляемые технологии отопления помещений работают во многом так же, как и обычные системы отопления помещений, за исключением того, что они используют возобновляемые ресурсы для выработки тепла, а не из конечных ископаемых видов топлива, таких как природный газ.

Одним из факторов, который следует учитывать при оценке технологий возобновляемого отопления, является то, что одни обеспечивают тепло с перерывами, а другие — с постоянной и надежной скоростью, независимо от времени суток или сезона. Технологии возобновляемого отопления не всегда полностью заменяют существующую систему отопления здания, а вместо этого используют существующую обычную систему отопления в качестве резервной, когда возобновляемых ресурсов недостаточно для удовлетворения потребностей здания в отоплении. Системы отопления на биомассе являются исключением, поскольку они могут полностью заменить существующую систему отопления в здании.

Можно интегрировать возобновляемые технологии отопления помещений во многие различные типы существующих традиционных систем доставки тепла на основе ископаемого топлива. Обычные традиционные системы подачи тепла включают принудительный нагрев горячим воздухом, нагрев горячей водой (или водяным теплоносителем) и нагрев паром. В системах возобновляемого отопления часто используется теплообменник для передачи полезного возобновляемого тепла в систему отопления помещения.

Из-за нескольких факторов часто финансово желательно проектировать систему отопления с использованием возобновляемых источников энергии, чтобы уменьшить только самую дорогую добавочную единицу традиционного использования энергии.По существу, многие возобновляемые системы отопления предназначены просто для «предварительного нагрева» или для сокращения наиболее дорогостоящих дополнительных единиц обычного топлива.

Совместимые возобновляемые технологии

Некоторые технологии хорошо подходят для обогрева помещений. Ниже приводится краткое описание потенциальных технологий-кандидатов.

Солнечные технологии

Плоские солнечные коллекторы и солнечные коллекторы с вакуумными трубками являются обычными технологиями, используемыми для обогрева помещений. Эти технологии масштабируемы, так что даже большие здания могут получить выгоду от обогрева помещения, если в них достаточно места для установки коллекторов.Основными ограничениями для технологий солнечного обогрева помещений являются верхние пределы температуры (см. Диаграмму ниже) и доступность солнечного света относительно времени, когда энергия для обогрева наиболее необходима. Разработчики систем могут оптимизировать угол наклона массива солнечных коллекторов, чтобы решить проблему сезонной доступности. В некоторых случаях проектировщик может использовать вакуумные трубчатые коллекторы для улавливания малоуглового солнечного света, обычного в зимние месяцы, или для повышения температуры для удовлетворения потребностей здания в отоплении.

Еще одна технология солнечного обогрева помещений — это коллектор, который непосредственно нагревает воздух и доставляет его через существующие воздуховоды и систему вентиляции здания. Солнечные коллекторы могут собирать до 60-70 процентов солнечной энергии, которая попадает в коллекторы, что делает их очень эффективными для передачи низкотемпературного тепла. Эта технология идеально подходит для зданий, у которых стена выходит на юг рядом с точкой доступа к существующим воздуховодам здания.

Геотермальные технологии

Наземные тепловые насосы могут использоваться по всей территории Соединенных Штатов в качестве дополнения к системам отопления помещений.В настоящее время, по оценкам, более миллиона домов используют геотермальные тепловые насосы для отопления и охлаждения. Тепловые насосы могут эффективно поставлять энергию как для отопления, так и для охлаждения. Тепловые насосы обычно ограничены площадью, доступной для установки подземных трубопроводных контуров. Для крупномасштабных применений, таких как большие здания или централизованное теплоснабжение, геотермальный пар может быть особенно эффективным источником возобновляемого тепла, если он доступен.

Технология биомассы

Древесная биомасса может сжигаться вместо ископаемого топлива для обогрева зданий, начиная от частных домов и заканчивая крупными промышленными объектами.Системы отопления на биомассе, такие как котлы, часто могут заменить существующую обычную инфраструктуру отопления. Одной из проблем, связанных с использованием древесной биомассы, является обеспечение стабильных поставок топлива, а также обеспечение хранения и переработки топлива из биомассы на месте.

Интерактивная диаграмма ниже показывает, какие возобновляемые технологии могут использоваться для отопления жилых или коммерческих помещений. Вы можете щелкнуть любую из технологий, чтобы перейти на новую страницу с более подробной информацией.

Возобновляемые технологии обогрева помещений и их применение

Технологии и приложения

Приложения

Понимание схемы

На приведенной выше диаграмме показаны технологии и приложения для обогрева помещений с точки зрения приблизительного диапазона «рабочих температур», который представляет собой требуемую температуру жидкого теплоносителя в возобновляемой системе отопления.Рабочая температура не обязательно совпадает с конечной температурой конечного продукта (в данном случае нагретого воздуха или воды, которые в конечном итоге доставляются). Например, для некоторых обычных систем отопления коммерческих помещений требуется рабочая температура 100-200 ° F, даже если система нагревает здание только примерно до 70 ° F.

На приведенной выше диаграмме показаны приблизительные диапазоны рабочих температур. Точные требования к рабочей температуре для конкретного здания или системы отопления будут зависеть от таких факторов, как тип системы, размер и местоположение.Рабочая температура, которую может обеспечить конкретная возобновляемая технология, также будет зависеть от факторов, специфичных для объекта. Например, количество тепла, которое может обеспечить система солнечных коллекторов, будет зависеть от того, сколько солнечного света она получает и под каким углом.

Узнайте больше о возобновляемом обогреве помещений

¹ Управление энергетической информации США. 2012. Исследование потребления энергии в жилищном секторе за 2009 год.Таблица CE3.1. Конечное потребление энергии на территории домохозяйства в США, общее и среднее значение, 2009 г. Эти итоговые значения основаны на энергии «на месте» или «доставленной» энергии, которая представляет собой общую стоимость энергии в британских тепловых единицах в момент ее поступления в здание.
² Управление энергетической информации США. 2008. Исследование энергопотребления в коммерческих зданиях за 2003 год. Таблица E1A. Основной расход топлива (БТЕ) ​​конечным использованием для всех зданий. Эти итоговые значения основаны на энергии «на месте» или «доставленной» энергии, которая представляет собой общую стоимость энергии в британских тепловых единицах в момент ее поступления в здание.
³ Министерство энергетики США. 2011. Книга данных по энергии в зданиях. По состоянию на октябрь 2014 г. Данные о расходах за 2010 г.
⁴ Министерство энергетики США. 2011. Книга данных по энергии в зданиях. По состоянию на октябрь 2014 г. Данные о выбросах за 2010 г.

Большинство американских домов по-прежнему отапливаются ископаемым топливом. Пора электрифицировать.

Около пяти лет назад мы с женой решили сразу заняться кучей более скучных работ по обслуживанию дома, просто чтобы убрать их с дороги.Мы оснастили наш домик новой сантехникой, улучшенной изоляцией, новой электрической коробкой, новым водонагревателем и новой печью. (Да, мы все еще расплачиваемся.)

Печь, которую мы заменили, представляла собой оригинальную масляную печь, установленную при строительстве дома в 1954 году, и питавшуюся от масляного бака, закопанного во дворе. Он был гигантским, больше, чем я мог бы обнять, и намного выше меня, и имел тот неудачный цвет лосося, который был популярен в то время. Когда он включился, это звучало так, как будто из туалета взлетела струя.Дом задрожал.

Итак, мы хотели отказаться от нефти. И я живу в Сиэтле, где электричество и чистое (в основном гидро), и дешевое, поэтому я хотел перейти на электричество. Конечно, последнее, что я хотел сделать, это принести новых ископаемых видов топлива в свой дом.

Но вот в чем дело. Здесь есть скидки за переход с нефти на природный газ, благодаря нашей газовой компании Puget Sound Energy.Но хотя на модные электрические тепловые насосы «без воздуховодов, мини-сплит», не подходящие как для моего дома, так и для моего бюджета, были скидки, — на обычный электрический тепловой насос, который я хотел, не было никаких скидок. (Насколько я могу судить, скидка на переход с нефти на электричество до сих пор отсутствует, вероятно, потому, что задействованы две разные компании.)

[ Исправление, 20 июня: Я заговорил слишком рано. Несколько проницательных читателей Сиэтла написали, чтобы сообщить мне, что город Сиэтл (что интересно, ни одна коммунальная компания) предлагает скидку в размере 2000 долларов в партнерстве с Mitsubishi специально для людей, переходящих с масла на тепловой насос.Жаль, что это не было лет пять назад!]

Я избавлю вас от месяцев размышлений и мучений, но, в конце концов, даже в нашем умеренном климате, даже с нашей дешевой электроэнергией, продление газопровода до нашего дома и покупка газовой печи обошлось примерно на 7000 долларов дешевле, чем приобретение электрического теплового насоса.

Тепловому насосу потребовалось бы 20 с лишним лет, чтобы окупить разницу, а ставка дисконтирования моей жены, даже с учетом корректировок во имя гармонии в браке, несколько выше.

Итак, теперь моя семья согревается холодной зимой Сиэтла с помощью ископаемого топлива. Мы остаемся частью проблемы. Меня это раздражает по сей день.

Я обнаружил, что в своем стремлении отказаться от нефти в обмен на электричество практически не было поддержки, помощи или указаний со стороны какого-либо агентства или организации. И это похоже на то, что многие семьи пытаются электрифицировать. В апреле Джастин Гердес написал фантастический материал для Greentech Media о попытках защитника окружающей среды из Калифорнии и его семьи полностью перейти на электричество.Они столкнулись с некоторыми из тех же извращенных стимулов, того же лабиринта бюрократических хлопот и сбитых с толку подрядчиков (даже в левом Калифорнии!), Но они были менее ленивы, чем я, и в конце концов победили. Тем не менее, это была сага.

Их и мой опыт иллюстрируют одну из наиболее сложных проблем декарбонизации экономики: сейчас большинство домов отапливаются и охлаждаются за счет ископаемого топлива, и изменить это будет сложно и кропотливо. В новом отчете цифры разбиваются (подробнее об этом чуть позже), но сначала давайте быстро разберемся, почему это вообще должно происходить.

Обезуглероживание означает электризацию — да, включая вашу печь

Мы знаем, что со временем нам нужно все электрифицировать! Иными словами, важнейшей частью сокращения выбросов углерода является переключение видов использования энергии, которые в настоящее время работают на сжигаемом ископаемом топливе, в частности, транспорт, отопление и охлаждение, а также тяжелая промышленность, на электричество, насколько это возможно, чтобы они могли работать. на безуглеродной энергии.

На отопление и охлаждение зданий приходится около 10 процентов выбросов в США.Хотя это не такая большая проблема выбросов углекислого газа, как, скажем, транспорт (28 процентов), во многих отношениях электрификация жилого сектора сложнее.

В настоящее время примерно 37 процентов домов в США электрифицированы, в основном на юге, в основном с использованием неэффективного отопления плинтусов, а не эффективных тепловых насосов. (Только около 1 процента американских домов в настоящее время имеют тепловые насосы.) Около 48 процентов домов используют природный газ, который преобладает во всех регионах, кроме Юга. А 14% используют слово «другое», т. Е.е. мазут или керосин, почти полностью на Северо-Востоке. (У Climate Central есть большой дефицит топлива для отопления в США, как и у Министерства энергетики.)

В сумме миллионы и миллионы печей, работающих на ископаемом топливе, нуждаются в замене. А новые печи на природном газе по-прежнему появляются каждый день. До недавнего времени считалось, что высокоэффективные печи на природном газе были более предпочтительным с экологической точки зрения вариантом, учитывая, что электрические приборы часто потребляют энергию из энергосистемы с большим содержанием угля (а мазут просто грязный).Отопление на природном газе по-прежнему считается более дешевым вариантом (хотя, как мы увидим ниже, это не всегда так).

Короче говоря, за расширением сети природного газа по-прежнему стоит большой импульс. Общепринятая мудрость в отрасли и среди политиков отстает от последних достижений в области декарбонизации.

Итак, как мы можем запустить электрификацию в американских домах? Забавно, что вы спросите.

Экономика электрификации дома сильна и крепнет

Ранее в этом месяце Институт Скалистых гор выпустил отчет «Экономика электрификации зданий». Это пристальный взгляд на текущую экономику перехода с ископаемого топлива на электрические тепловые насосы в жилищном секторе, а также ряд рекомендаций по ускорению этого процесса.

Для начала, RMI рассчитывает затраты на электрификацию при различных тарифах на коммунальные услуги, как для нового строительства, так и для модернизации, на четырех рынках: Окленд, Калифорния; Хьюстон, Техас; Провиденс, Род-Айленд; и Чикаго, штат Иллинойс.

Есть три важных фактора, которые определяют разницу в стоимости электрификации для индивидуальных домовладельцев. Первый — это новое строительство дома (с новой техникой) или модернизация, т. Е. Замена существующей техники. Второй — хочет ли домовладелец купить / заменить только печь или печь и кондиционер одновременно (тепловые насосы служат обеим целям, поэтому они могут заменить оба прибора).

Третье связано с тарифами на электроэнергию и их структурой — являются ли они фиксированными или меняются в зависимости от времени суток.Различные ставки, как правило, повышают экономичность электроприборов.

Вот краткое изложение общих результатов:

Во многих сценариях, особенно при строительстве большинства новых домов, мы обнаруживаем, что электрификация снижает затраты в течение всего срока службы приборов по сравнению с ископаемым топливом. Однако для многих существующих домов, которые в настоящее время отапливаются природным газом, электрификация приведет к увеличению затрат по нынешним ценам по сравнению с заменой газовых печей и водонагревателей новыми газовыми приборами.

Другими словами, тепловые насосы превосходят природный газ во всех крайних случаях. Вот краткая информация о том, кто может получить финансовую выгоду от электрификации :

Мы считаем, что электрификация является рентабельной для клиентов, переходящих с пропана или топочного мазута, для тех потребителей газа, которым в противном случае пришлось бы заменять и печь, и кондиционер одновременно, для клиентов, которые объединяют солнечную батарею на крыше с электрификацией, а также для большинства новых жилищное строительство, особенно с учетом избежания затрат на газопровод, услуги и счетчики, которые не нужны в полностью электрических кварталах.

То, что тепловые насосы во всех этих случаях превосходят природный газ, является хорошей новостью, и нуждается в более широкой известности, но на самом деле это далеко не все из тех миллионов газовых печей, которые уже установлены и работают.

Нам тоже нужно заменить их, но сейчас у нас есть классическая проблема коллективных действий. Выбросы этих приборов не учитываются в их цене, поэтому они кажутся обманчиво дешевыми. И есть даже некоторые оставшиеся случаи в местах с большим количеством угля в сети, где природный газ содержит меньше углерода, чем электрическое тепло, по крайней мере, на данный момент (например, Чикаго).Строители и подрядчики все еще придерживаются мнения , что природный газ — лучший выбор; многие не знакомы с тепловыми насосами и не знают о них.

Неоднозначная текущая экономика и незнание делают задачу замены ископаемого топлива в домашних условиях особенно сложной.

Электрификация системы отопления и охлаждения способствует гибкости энергосистемы

Но в долгосрочной перспективе нам нужно, чтобы наши дома были электрифицированы. Дело не только в том, что угольные электростанции повсеместно закрываются, а электросеть становится чище, что повышает экологические преимущества тепловых насосов.И дело не только в том, что в какой-то момент, вероятно, будет цена на углерод, которая сделает всю эту газовую инфраструктуру и эти газовые приборы более дорогими.

Кроме того, подключение большего количества приборов к электрической сети может предложить менеджерам энергосистем гибкость, позволяющую интегрировать больше возобновляемых источников энергии. По мере роста возобновляемых источников энергии такая гибкость будет цениться все больше и больше.

Поскольку ветровую и солнечную энергию нельзя напрямую контролировать — они приходят и уходят по своему собственному графику — объединяющая их сеть требует других источников гибкости, и одним из них является гибкий спрос, т.е.е., спрос на электроэнергию, который можно менять во времени, чтобы лучше соответствовать графикам возобновляемой генерации.

Электрические устройства могут служить этой цели, пишет RMI, «применяя автоматическое управление для непрерывного изменения профиля спроса клиента способами, которые либо невидимы для клиента, либо минимально влияют на него, а также за счет использования более детализированных структур тарифов, которые монетизируют гибкость спроса для снизить затраты как для потребителей, так и для сети ». Проще говоря: они могут изменить свое потребление.

Водонагреватели, в частности, можно запланировать для нагрева воды ночью, когда электроэнергия дешевая, или в полдень, когда в сети больше солнечной энергии. Они также могут предоставлять сети «вспомогательные услуги», такие как регулирование частоты.

Вот график изменения спроса на водонагреватели на Гавайях:

Но в настоящее время только 1 процент водонагревателей в США участвует в программах реагирования на спрос.

Кстати, как можно ускорить электрификацию систем отопления и охлаждения жилых помещений?

Рекомендации по усилению электрификации

В настоящее время электрифицировать жилой сектор путем замены топок на ископаемом топливе тепловыми насосами практически … нигде. Это даже не началось. Уровень понимания электрификации как среди строителей, так и среди населения в целом остается крайне низким. А природный газ по-прежнему набирает обороты и свою долю на рынке.Политики — штаты, города, коммунальные предприятия, федеральные органы — должны вмешаться.

Уделяя этому вопросу смехотворное количество размышлений (вам действительно стоит ознакомиться с отчетом), RMI предлагает пять конкретных рекомендаций о том, как может начаться процесс электрификации жилых домов.

1) Сделать приоритетом быструю электрификацию зданий, которые в настоящее время используют пропан и мазут для отопления помещений и водяного отопления.

Пропан и топочный мазут — опять же, в основном сосредоточенные на северо-востоке — обеспечивают только 10 процентов отопления жилых домов в стране, но они производят 20 процентов его выбросов.А электрификация их всех к черту по экономике. Таким образом, они — низко висящие плоды для политиков, которые могут нацелить их на них с помощью программ стимулирования, образовательных программ через коммунальные службы или через специальные положения в мандатах на возобновляемые источники энергии.

2) Прекратить поддержку расширения системы распределения природного газа, в том числе для новых домов.

Коммунальные предприятия и комиссии коммунальных предприятий часто поддерживают расширение сети природного газа. То же самое и в штатах, которые по-прежнему часто продвигают переход на натуральное сырье как экологически чистый вариант.Но, как показывает отчет RMI, для домов нового строительства электрификация является более низкоуглеродной и более дешевой. Строительство новой газовой инфраструктуры — особенно в штатах с амбициозными целями по выбросам углерода — рискует потерять активы, вероятно, за счет налогоплательщиков. По крайней мере, штаты должны оценить вариантов электрификации, когда они рассматривают возможность расширения природного газа. Еще лучше, они должны просто прекратить строительство новой газовой инфраструктуры, точка.

3) Объедините программы гибкости спроса, новые тарифные планы и энергоэффективность с инициативами по электрификации.

Электрификация будет означать больший спрос на электроэнергию и большее внимание к гибкости сети. Необходимо хорошо управлять новым спросом на электроэнергию; например, в некоторых климатических условиях, особенно в более холодных, более электрифицированное отопление будет означать более высокие всплески спроса в более холодные недели и месяцы. Новые и более изменчивые модели спроса потребуют дополнительных усилий со стороны коммунальных предприятий и государственных регулирующих органов, чтобы повысить гибкость и стимулировать сокращение спроса, чтобы сгладить всплески.

4) Расширьте возможности гибкости спроса для существующих электрических помещений и нагрева воды.

Сырье для программ реагирования на спрос уже есть, то есть в стране уже есть много приборов для обогрева помещений и воды. Давайте подключим их к сети! (Вот забавный отчет Brattle Group о водонагревателях для гибкого спроса, если вы так же одержимы этой темой, как я.)

5) Обновление стандартов энергоэффективности ресурсов и связанных с ними целей.

Это немного неясное, но важное.Часто политика, поощряющая энергоэффективность , наказывает электрификацию по той простой причине, что электрификация — перенос энергопотребления в сеть — иногда приводит к увеличению энергопотребления, по крайней мере, в краткосрочной перспективе. Надлежащее вознаграждение за энергоэффективность Электрификация и требует координации между органами, определяющими политику (штаты, округа, города, коммунальные предприятия), которые не всегда хорошо взаимодействуют.

Больше образования в области электрификации принесет назидание

Итак, вот где обстоят дела с электрификацией американских домов: во многих случаях экономика уже благоприятна, но при небольшой политической координации, о которой можно говорить, и очень слабой осведомленности общественности, это остается чем-то вроде неприятного приключения для индивидуальных домовладельцев.Для этого пока нет социальной или политической поддержки.

Это нужно изменить. Хотя я обычно скептически отношусь к кампаниям по «повышению осведомленности» (непроизвольное закатывание глаз), это действительно похоже на тот случай, когда небольшое общественное просвещение и хороший брендинг могут помочь.

Поскольку нет мощной индустрии, которая могла бы лоббировать такую ​​образовательную кампанию (Big Heat Pump не совсем приносит прибыль), это дело штатов и коммунальных предприятий, которые понимают необходимость, некоммерческих групп по климату и декарбонизации и вас, читатели путем обсуждения с друзьями-домовладельцами.

Пора снова охладить тепловые насосы. Или … круто в первый раз.

А пока, если у вас были свои собственные приключения в области электрификации дома, хорошие или плохие, я хотел бы о них услышать. Напишите мне письмо: [email protected].