Menu Close

Какие устройства используют при производстве тепла: Справка | Проектно Строительная Группа

Центральная система отопления

Центральная отопительная система предназначена для того, чтобы отапливать сразу несколько помещений или зданий из единого теплового центра. Тепловой центр представляет из себя сооружение, в котором располагается теплогенераторы это может быть государственное теплоснабжение — Теплоэлектроцентраль (ТЭЦ) и промежуточные центральные тепловые пункты (ЦТП), так же тепловой центр может быть выполнен в виде отдельной автономной котельной, для общего или частного использования.

В деловых, жилых и промышленных районах городов умеренного и холодного климата экономически выгодно использовать тепло от централизованного источника тепла (ТЭЦ). В таких районах прокладывается сеть трубопроводов (тепловая сеть) и устанавливаются снабженные счетчиками распределительные тепловые пункты, которые снабжают индивидуальных потребителей паром или горячей водой.

Централизованные системы более экономичны и имеют то преимущество, что освобождают место для производственных целей, которое в противном случае потребовалось бы для размещения собственной котельной и хранения топлива.

Для небольших зданий центральное отопление имеет дополнительное преимущество стабильного теплоснабжения без необходимости постоянного контроля за работой собственной отопительной системы.

Теплоэлектроцентраль (ТЭЦ) — разновидность тепловой электростанции, которая не только производит электроэнергию, но и является источником тепловой энергии в централизованных системах теплоснабжения (в виде пара и горячей воды, в том числе и для обеспечения горячего водоснабжения и отопления жилых и промышленных объектов).

ТЭЦ конструктивно устроена как конденсационная электростанция. Главное отличие состоит в возможности отобрать часть тепловой энергии пара, после того, как он выработает электрическую энергию. Отобранный пар конденсируется в сетевых подогревателях и передает свою энергию сетевой воде, которая направляется на пиковые водогрейные котельные и тепловые пункты. На ТЭЦ есть возможность перекрывать тепловые отборы пара, в этом случае ТЭЦ становится обычной электростанцией. При строительстве ТЭЦ необходимо учитывать близость потребителей тепла в виде горячей воды и пара, так как передача тепла на большие расстояния экономически нецелесообразна.

Структура отрасли — Сообщество потребителей энергии

Объем производства тепла в России составляет около 2 млрд Гкал в год. На теплоснабжение ежегодно расходуется более 400 млн. тонн условного топлива.

 

Жилищный сектор и бюджетная сфера потребляют около 1,1 млрд. Гкал, промышленность и прочие потребители 0,95 млрд. Гкал.

 

В производстве тепла заняты 585 ТЭЦ и 66 тысяч котельных. ТЭЦ производят 44% тепловой энергии, котельные — 56%.

 

В организациях, занимающихся строительством, эксплуатацией, ремонтом, наладкой, контролем систем в теплоэнергетике работает около 2 млн. человек.

 

Различают местное и централизованное теплоснабжение. Система местного теплоснабжения обслуживает одно или несколько зданий, система централизованного — жилой или промышленный район. В России наибольшее развитие приобрело централизованное теплоснабжение (в связи с этим термин «теплоснабжение» чаще всего употребляется применительно к системам централизованного теплоснабжения). Система централизованного теплоснабжения включает источник тепла, тепловую сеть и теплопотребляющие установки, присоединяемые к сети через тепловые пункты.

 

Источниками тепла при централизованном теплоснабжении могут быть:

 

  • теплоэлектроцентрали (ТЭЦ), осуществляющие комбинированную выработку электрической и тепловой энергии;
  • котельные установки большой мощности, вырабатывающие только тепловую энергию;
  • устройства для утилизации тепловых отходов промышленности;
  • установки для использования тепла геотермальных источников.

 

По схемам присоединения установок отопления различают зависимые и независимые системы теплоснабжения.

 

В процессе реформы РАО ЕЭС крупнейшие тепловые электростанции России были объединены в оптовые генерирующие компании (ОГК) и территориальные генерирующие компании (ТГК).

 

В июле 2010 года Государственной Думой РФ был принят Федеральный закон «О теплоснабжении». Этот закон практически оформил централизованное теплоснабжение как отдельную отрасль экономики и определил основы регулирования экономических отношений, возникающих в связи с производством, передачей, потреблением тепловой энергии, тепловой мощности, теплоносителя с использованием систем теплоснабжения, созданием, функционированием и развитием таких систем, а также определил полномочия органов государственной власти и управления по регулированию и контролю в сфере теплоснабжения, права и обязанности потребителей.

Тепловая энергия окружающей среды — Vaillant

Альтернативные источники энергии становятся все более привлекательными. Одной из причин является постоянно растущие цены на традиционные виды топлива. Природа предлагает нам многочисленные возможности для экологически чистого и экономного производства теплой энергии. Тепловые насосы используют энергию, которую природа дает нам бесплатно.

Тепловые насосы — использование энергии окружающей стреды

Земля, в частности, обладает гигантскими запасами энергии. В нескольких метрах ниже ее поверхности она сохраняет солнечное тепло. Из ядра Земли температуры величиной 6500 градусов Цельсия излучаются в ее внешние слои. Тепловые насосы используют геотермальное тепло или тепло грунтовых вод в зависимости от технологии. Энергия, накопленная в окружающем воздухе, также подходит для обогрева помещений и производства горячей воды. Тепловые насосы могут использовать эти ресурсы и, таким образом, существенно снижают затраты на производство тепловой энергии.

Не зависимо от того, какая технология используется, тепловые насосы эффективно работают даже при низких температурах окружающей среды. До 75 процентов ваших потребностей в тепловой энергии могут быть получены непосредственно из окружающей среды и бесплатно. Только 25 процентов должны быть добавлены в виде электрической энергии. В зависимости от технологии, тепловые насосы могут подключаться к трем различным источникам тепла

Преимущества использования тепла окружающей среды в качестве источника энергии:

  • Отсутствие эмиссии СО2
  • Неисчерпаемый источник энергии
  • Независимость от поставщиков энергии
  • Низкая стоимость отопления

Требования к использованию тепла окружающей среды:

  • Большие радиаторы для низкотемпературной системы
  • Хорошая изоляция здания

Геотермальная энергия

Тепловые насосы могут использовать энергию земли. Доставка энергии осуществляется двумя различными способами. Либо используется тепло, близкое к поверхности земли там, где температура одинакова почти круглый год. На поверхности земли на глубине 1,5 м устанавливается земляной коллектор в качестве нагревательного контура, который извлекает тело из земли.

Или же, возможна регенерация тепла с помощью малогабаритного геотермального зонда. Геотермическое тепло выводится с помощью специальных грунтовых зондов, которые заглублены до 100 метров в землю. Температура является постоянной в течение всего года и составляет примерно 10 °C, что достаточно для извлечения тепла.

Преимущество использования геотермального тепла:

Хорошее сбережение тепла: круглый год постоянные температуры 7-13 °C

Требования к использованию геотермального тепла:

  • Большие площади земли с открытым доступом (земляной коллектор)
  • Может требоваться разрешение

Атмосферный воздух как источник энергии

Тепловые насосы могут использовать для отопления окружающий воздух и запасенную в нем энергию. Наши современные тепловые насосы работают экономно и осуществляют нагрев даже при температуре наружного воздуха до -20 ° С.

Преимущества использования атмосферного воздуха:

  • Отличная доступность из-за свободного доступа к источнику энергии без переоснащения
  • Не требуется разрешения
  • Самые низкие инвестиционные затраты
  • Особенно подходит для модернизации

Требования к использованию атмосферного воздуха:

  • Площадка для установки наружного блока

Грунтовые воды как источник энергии

Тепловые насосы могут извлекать тепловую энергию из грунтовых вод. Их температура постоянная независимо от времени года и внешней температуры. Для извлечения грунтовых вод необходим колодец.

Преимущества использования грунтовых вод:

  • Высокая эффективность
  • Хорошая аккумуляция тепла: в морозный зимний день поддерживается температура 7-12 °C

Требования к использованию грунтовых вод:

  • Качество и количество грунтовых вод: грунтовая вода с низким содержанием минералов и извести

Наилучший источник энергии для ваших целей

То, какой источник энергии и, следовательно, какой тип тепловой насосной системы наилучшим образом подходит для вашего применения, зависит от многих факторов. Следует принять во внимание различные закупочные цены и эксплуатационные расходы.

Однако, отдельные типы тепловых насосов также отличаются друг от друга с точки зрения разрешений, продвижения и требований к зданию.

При выборе нужной системы обогрева стандартного решения не существует. Однако нетрудно найти ту систему, которая удовлетворяет вашим требованиям. Поговорите со специалистами-теплотехниками компании Vaillant. Они могут помочь вам в планировании оптимальной системы обогрева.

как обогревают московские квартиры / Новости города / Сайт Москвы

Откуда приходит тепло

Мощную ТЭЦ-12, одну из 16 электростанций, невозможно не заметить, если прогуливаться по Бережковской набережной. За воротами, куда можно попасть только по пропускам, все не менее масштабно — по огромной территории удобнее всего передвигаться на авто. Турбины, генераторы, котлы, трубопроводы и различное другое оборудование заполняют многоуровневые пространства цехов — именно благодаря их работе в квартирах москвичей тепло осенью, зимой и весной.

В машинном зале парогазового энергоблока ПГУ-220 расположены паровая и газовая турбины, котел-утилизатор и многое другое. Московские теплоэлектроцентрали работают в режиме комбинированной выработки электроэнергии и тепла. Для производства тепловой энергии используется пар с отборов турбин, поступающий на сетевые горизонтальные подогреватели. Проходящая через них вода нагревается и через сетевые насосы под давлением подается в городскую теплосеть.

Этот энергоблок полностью автоматизирован, и обо всем, что здесь происходит, можно узнать на блочном щите управления. На мониторы, которые размещены как на стене, так и на столах операторов, выводится информация о параметрах и режимах работы оборудования. Если возникнет какая-либо неполадка, специалисты устранят ее сразу же. Интересно, что перейти на режим отопления ТЭЦ могут в любой момент, даже летом, если бы возникла такая необходимость: оборудование всегда находится в подготовленном состоянии.

Когда включают и отключают отопление в Москве

Тепло в дома и на социальные объекты Москвы начали подавать 28 сентября в связи с многочисленными просьбами жителей. «На сегодня полностью завершена подача тепла в учреждения образования, здравоохранения и практически завершена подача тепла во все здания жилого фонда», — сообщил заместитель Мэра Москвы по вопросам жилищно-коммунального хозяйства и благоустройства Петр Бирюков.

Согласно схеме теплоснабжения столицы, ПАО «МОЭК» обеспечивает доставку теплоносителя до границы здания, а внутридомовое распределение тепла — зона ответственности собственников строений и управляющих компаний.

«Для энергетиков это очень напряженный и трудоемкий период. В круглосуточном режиме оперативные службы отслеживают правильный подъем теплоносителей. Это очень важно, потому что если нарушить график подъема температуры, то могут возникнуть серьезные проблемы. Мы этот вопрос жестко держим на контроле», — сказал руководитель Департамента жилищно-коммунального хозяйства Гасан Гасангаджиев.

Современный энергоблок ПГУ-220 появился на ТЭЦ-12 в 2015 году. С его вводом электрическая мощность станции возросла более чем в полтора раза.

Тепло продолжает путь

По трубопроводам от ТЭЦ теплоноситель (вода) приходит на насосно-перекачивающую станцию (НПС). Ее задача — создать гидравлический режим на объектах теплоснабжения. Давление теплоносителя от ТЭЦ очень высокое, его нужно снизить до нормальных параметров для подачи его к объектам теплоснабжения, кроме того, расстояния до объектов могут быть достаточно большие, и давление в трубах может меняться. Специальное оборудование НПС регулирует давление носителя, чтобы передать тепло дальше, в центральные тепловые пункты. Это и есть главная цель станции — довести давление до необходимых нормативов. Что дальше? Круговорот продолжается: в центральном тепловом пункте (ЦТП) теплоноситель отдает энергию для передачи тепла в систему теплоснабжения и горячего водоснабжения домов, где распределяется по квартирам и приходит в каждую батарею. После отдачи тепла он возвращается обратно на центральный тепловой пункт, далее — на насосную станцию, откуда его насосами отправляют снова на ТЭЦ.

Главное требование для всех, кто находится внутри насосно-перекачивающей станции, — надеть каску. Трогать трубы, рычаги и все остальное могут только специалисты. Оборудование работает под большим напряжением — свыше десяти тысяч вольт. Поэтому просто так, из любопытства, трогать ничего нельзя — это может быть опасно для жизни.

Всего в Москве 24 насосно-перекачивающие станции.

Тепло в домах москвичей

Центральный тепловой пункт — это комплекс оборудования, расположенный в отдельном помещении и обеспечивающий отопление и горячее водоснабжение здания или группы зданий. Сюда вода (теплоноситель) поступает из насосно-перекачивающей станции. Это небольшое помещение располагается во дворе жилого дома и обслуживает несколько зданий. К центральному тепловому пункту на Новокосинской улице, например, подключены пять жилых домов и школа. Именно отсюда к ним и распределяют тепло.

«Все работает в автоматическом режиме. Теплоноситель поступает на ЦТП, а дальше — в теплообменники. Оттуда тепловая энергия переходит уже в систему отопления, — рассказал заместитель главного инженера филиала № 5 ПАО «МОЭК» Александр Кузнецов.

Кроме того, в ЦТП есть новая умная установка, которая с помощью датчиков определяет температуру на улице и самостоятельно задает градус, с которым тепло отдают в дома. По нормативам в квартирах не должно быть ниже 18 градусов тепла, и температура в доме меняется в зависимости от погоды на улице.

 

Ростехнадзор разъясняет: Еще раз про ОПО тепловые сети (снижение параметров работы трубопроводов тепловой сети)

В связи с участившимися обращениями теплоснабжающих организаций, эксплуатирующих тепловые сети, по вопросу необходимости регистрации объектов, на которых они используются, в государственном реестре опасных производственных объектов Федеральная служба по экологическому, технологическому и атомному надзору разъясняет.

Согласно статье 2 Федерального закона от 21.07.1997 № 116-ФЗ «О промышленной безопасности опасных производственных объектов» (далее — 39-ФЗ № 116) с учетом критериев, установленных пунктом 2 приложения №1 к ФЗ № 116, регистрации в государственном реестре опасных производственных объектов (далее — ОПО) в числе прочих подлежат объекты, на которых осуществляется эксплуатация (использование) трубопроводов тепловых сетей, предназначенных для транспортирования водяного пара с давлением более 0,07 МПа и горячей воды с температурой более 115°С.

При этом, если указанные объекты тепловых сетей осуществляют теплоснабжение населения и социально значимых категорий потребителей, определяемых в соответствии с законодательством Российской Федерации в сфере теплоснабжения, то согласно пункту 3 статьи 2 ФЗ № 116 и подпункту 1 пункта 5 приложения 2 к ФЗ № 116 они относятся к ОПО III класса опасности, деятельность по эксплуатации которых может осуществляться организацией при условии наличия лицензии в соответствии с требованиями законодательства Российской Федерации о лицензировании.

В качестве критериев отнесения объекта к категории ОПО в случае оборудования, работающего под избыточным давлением, в том числе трубопроводов, принимаются максимально допустимые при нормальном протекании рабочего процесса значения давления и температуры рабочей среды (пар, вода), определяемые (устанавливаемые) при разработке проекта трубопровода на основании проводимых при этом расчетов, указываемые разработчиком в проектной документации и в паспорте трубопровода, оформляемом после завершения его изготовления (сборки, монтажа).

В настоящее время требования безопасности к оборудованию, работающему под избыточным давлением (в том числе к трубопроводам), обязательные при его проектировании и изготовлении, установлены вступившим в силу с 01.02.2014 техническим регламентом Таможенного союза «О безопасности оборудования, работающего под избыточным давлением» (ТР ТС 032/2013) в соответствии с областью распространения, определенной пунктом 2 ТР ТС 032/2013. В частности, согласно пункту 1 приложения № 2 к ТР ТС 032/2013 при разработке (проектировании) оборудования рассчитывается его прочность с учетом прогнозируемых нагрузок, которые могут возникнуть в процессе эксплуатации, и прогнозируемых отклонений от таких нагрузок, при этом в числе прочих факторов учитываются: нагрузки, действующие на внутреннюю и наружную поверхности оборудования, в том числе давление среды; температура окружающей среды и температура рабочей среды, что соответствует ранее установленным требованиям, в том числе пунктам 2. 1.1 и 2.1.2 Правил устройства и безопасной эксплуатации трубопроводов пара и горячей воды (ПБ 10-573-03).

При этом ТР ТС 032/2013, в отличие от ПБ 10-573-03, не содержит требований промышленной безопасности к эксплуатации, которые в соответствии с ФЗ № 116 с 22.12.2014 установлены Федеральными нормами и правилами в области промышленной безопасности «Правила промышленной безопасности опасных производственных объектов, на которых используется оборудование, работающее под избыточным давлением» » (далее — ФНП ОРПД »).

Пунктом 10 ФНП ОРПД » с учетом требований действующего законодательства определено, что установка, размещение и обвязка оборудования, работающего под избыточным давлением, на объектах, для применения на которых оно предназначено, должны осуществляться на основании проектной документации, разработанной специализированными проектными организациями с учетом требований законодательства Российской Федерации в области промышленной безопасности и законодательства Российской Федерации о градостроительной деятельности, отклонения от проектной документации не допускаются. Кроме этого, в соответствии с пунктом 1 статьи 7 ФЗ № 116 в отношении технических устройств, применяемых на ОПО, должно быть обеспечено соблюдение законодательства о техническом регулировании.

Помимо требований к трубопроводам, установленных в ТР ТС 032/2013, с учетом специфических особенностей, характерных для тепловых сетей, вытекающих из их назначения, требования, которые необходимо соблюдать при проектировании тепловых сетей (включая сооружения на них), в том числе при реконструкции, модернизации, техническом перевооружении и капитальном ремонте существующих тепловых сетей, установлены в СП 124.13330.2012 «Свод правил. Тепловые сети. Актуализированная редакция СНиП 41-02-2003» (утвержден приказом Минрегиона России от 30.06.2012 № 280), разделы 1, 5 (пункт 5.5), 6 (пункты 6.1 — 6.10, 6.25 — 6.34), 9, 10, 12, 13, 15- 17 которого включены в утвержденный постановлением Правительства Российской Федерации от 26. 12.2014 № 1521 перечень национальных стандартов и сводов правил (частей таких стандартов и сводов правил) », в результате применения которых на обязательной основе обеспечивается соблюдение требований Федерального закона от 30.12.2009 № 384-ФЗ (ред. от 02.07.2013) «Технический регламент о безопасности зданий и сооружений» (далее — ФЗ № 384).

При отнесении тепловых сетей к ОПО с учетом температурного графика их работы, утвержденного теплоснабжающей организацией, определение условий организации теплоснабжения потребителей, оптимальный температурный график и оценка затрат при необходимости его изменения в соответствии с пунктом 3 статьи 23 Федерального закона от 27.07.2010№ 190-ФЗ (ред. от 28.11.2015) «О теплоснабжении» (далее — ФЗ № 190) в числе прочего должны содержаться в схемах теплоснабжения, разрабатываемых и утверждаемых в порядке, установленном Правительством Российской Федерации.

При этом учитывая, что согласно пункту 20 статьи 2 ФЗ № 190 схема теплоснабжения является документом, содержащим предпроектные материалы по обоснованию эффективного и безопасного функционирования системы теплоснабжения, ее развития с учетом правового регулирования в области энергосбережения и повышения энергетической эффективности, установленные в ней условия должны первоначально приниматься в качестве исходных данных при разработке проектной документации трубопроводов тепловой сети, поскольку, например, заданные параметры рабочей среды (теплоносителя) во взаимосвязи с нормативным количеством тепловой энергии и принятым способом их регулирования в зависимости от температуры наружного воздуха, доставку которой необходимо обеспечить подключенным (подключаемым) к тепловой сети потребителям тепла, оказывают непосредственное влияние на решения, принимаемые разработчиком проекта тепловой сети, в том числе касаемо ее конструктивного исполнения (марки примененных материалов, диаметры и толщины стенок труб, производительность, напор и количество насосов, устанавливаемых в составе источника тепловой энергии и тепловой сети, и т. д.).

В связи с этим вызывает сомнение обоснованность утверждения (без выполнения технико-экономических расчетов и проектных работ с внесением изменений в существующую проектную и техническую документацию тепловой сети, а также реконструкции и наладки системы теплоснабжения) теплоснабжающей организацией температурных графиков, предусматривающих снижение параметров теплоносителя и приводящих, соответственно, к изменению режимов работы источника тепла и тепловой сети с отклонением от требований, ранее установленных при разработке проектной документации и подтвержденных соответствующими расчетами.

В отношении находящихся в эксплуатации тепловых сетей обоснованная необходимость изменения режимов ее работы, в том числе уменьшение температуры рабочей среды (теплоносителя) от ранее установленной температурным графиком на стадии ее проектирования, может возникнуть при снижении количества тепловой энергии, фактически необходимого для обеспечения подключенных к тепловой сети потребителей тепла (зданий и сооружений), например, в случаях проведения на них комплекса работ, направленных на повышение уровня энергоэффективности с применением энергосберегающих технологий, материалов и оборудования.

В числе установленных пунктом 22 постановления Правительства Российской Федерации от 22.02.2012 № 154 (ред. от 07.10.2014) «О требованиях к схемам теплоснабжения, порядку их разработки и утверждения» данных, в отношении которых схемы теплоснабжения подлежат ежегодной актуализации, предусмотрены вопросы: распределения тепловых нагрузок, изменения тепловых нагрузок в каждой зоне действия источников тепловой энергии, в том числе за счет их перераспределения; внесения изменений в схему теплоснабжения (или отказ от внесения изменений) в части включения в нее мероприятий по обеспечению технической возможности подключения к системам теплоснабжения объектов капитального строительства; переключения тепловой нагрузки от котельных на источники с комбинированной выработкой тепловой и электрической энергии; мероприятий по переоборудованию котельных в источники комбинированной выработки электрической и тепловой энергии; ввода в эксплуатацию в результате строительства, реконструкции и технического перевооружения источников тепловой энергии и соответствия их обязательным требованиям, установленным законодательством Российской Федерации, и проектной документации; строительства и реконструкции тепловых сетей, включая их реконструкцию в связи с исчерпанием установленного и продленного ресурса, и др.

При этом указанным постановлением Правительства Российской Федерации не предусмотрена возможность изменения температурного графика работы тепловой сети со снижением параметров работы от первоначально установленных при ее проектировании в случае отсутствия каких-либо изменений в схеме теплоснабжения в отношении входящих в ее состав источников тепла, тепловых сетей и подключенных к ним зданий и сооружений потребителей тепла.

В отношении ОПО пунктом 2 статьи 8 ФЗ № 116 установлено, что отклонения от проектной документации ОПО в процессе его строительства, реконструкции, капитального ремонта, а также от документации на техническое перевооружение, капитальный ремонт, консервацию и ликвидацию ОПО в процессе его технического перевооружения, консервации и ликвидации не допускаются. Аналогичное недопущение в отношении ОПО, на которых используется оборудование, работающее под избыточным давлением, в том числе трубопроводы, установлено в пункте 10 ФНП ОРПД ».

В связи с вышеизложенным сообщаем, что снижение параметров работы трубопроводов тепловой сети без проведения необходимых расчетов и внесения изменений в проектную документацию и конструкцию тепловой сети либо отдельных ее элементов, узлов, участков (при необходимости, определяемой проектом) является нарушением требований промышленной безопасности и не может служить достаточным основанием для исключения объектов тепловых сетей из государственного реестра ОПО.


Комментарий от нас:

Таким образом, можно сделать вывод, что тепловые сети, которые по факту эксплуатируются с температурой меньше 115 градусов, но по проекту 115 и выше, можно все-таки снять с учета (исключить из ОПО) выполнив комплекс мероприятий, а именно:

  • Внести изменения в схему теплоснабжения, в температурный график в отношении входящих в ее состав источников тепла, тепловых сетей и подключенных к ним зданий и сооружений потребителей тепла. Предусмотреть вопросы: распределения тепловых нагрузок, изменения тепловых нагрузок в каждой зоне действия источников тепловой энергии, в том числе за счет их перераспределения; внесения изменений в схему теплоснабжения (или отказ от внесения изменений) в части включения в нее мероприятий по обеспечению технической возможности подключения к системам теплоснабжения объектов капитального строительства; переключения тепловой нагрузки от котельных на источники с комбинированной выработкой тепловой и электрической энергии; мероприятий по переоборудованию котельных в источники комбинированной выработки электрической и тепловой энергии; ввода в эксплуатацию в результате строительства, реконструкции и технического перевооружения источников тепловой энергии и соответствия их обязательным требованиям, установленным законодательством Российской Федерации, и проектной документации; строительства и реконструкции тепловых сетей, включая их реконструкцию в связи с исчерпанием установленного и продленного ресурса, и др.
  • Утвердить новый температурный график
  • Разработать документацию на техническое перевооружение ОПО, включающее обязательно оснащение тепловых сетей фиксирующей и регулирующей аппаратурой (по температуре). Помимо этого, такой проект обязательно должен содержать, во-первых, обоснование необходимости понижения температуры в следствии, уменьшения количества тепловой энергии, фактически необходимой для обеспечения подключенных к тепловой сети потребителей тепла (зданий и сооружений), например, в случаях проведения на них комплекса работ, направленных на повышение уровня энергоэффективности с применением энергосберегающих технологий, материалов и оборудования. Во-вторых, расчет параметров тепловой сети , в том числе касаемо ее конструктивного исполнения (марки примененных материалов, диаметры и толщины стенок труб, производительность, напор и количество насосов, устанавливаемых в составе источника тепловой энергии и тепловой сети, и т. д.) на основе схемы теплоснабжения.
  • Провести экспертизу промышленной безопасности документации на техническое перевооружение ОПО с внесением в реестр
  • Провести сами работы по техническому перевооружению тепловых сетей, наладку тепловых сетей с оформлением подтверждающих документов и внесением записей в паспорта трубопроводов

Отопительная терминология в понятном объяснении

Термозащита (ThermProtect)

Солнечный коллектор всегда генерирует тепло, даже если это тепло не требуется, так как солнечный свет падает на поглотитель. Это процесс может иметь место, например, в летнее время, когда жильцы находятся в отпуске. Если потери тепла через ГВС или через буферную емкость греющего контура больше невозможны, в случае их максимального нагрева, циркуляционный насос выключается и солнечные системы застаиваются.

Дальнейший нагрев за счет солнечного света приводит к повышению температуры коллектора до испарения теплоносителя и к высокой тепловой нагрузке на все конструктивные элементы, такие как уплотнения, насосы, клапаны и теплоноситель. В системах с ThermProtect при достижении температуры отключения надежно предотвращается парообразование.

Плоский солнечный коллектор с коммутационным поглощающим слоем

Была разработана и запатентована плоская пластина коллектора, которая предотвращает дальнейшее потребление энергии при достижении определенной температуры. Покрытие абсорбера Vitosol 200-FM основано на принципе «переключения слоев». Оно изменяется при изменении температуры коллектора, что приводит к изменению кристаллической структуры абсорбера и, следовательно, меняет производительность самого коллектора. Это приводит к постепенному уменьшению температуры торможения. При превышении температуры абсорбера более 75°С происходит изменение кристаллической структуры, что приводит к кратному увеличению количества отводимого тепла излучением. Это приводит к уменьшению производительность коллектора с ростом его температуры, температура торможения становится значительно ниже и образование паров не происходит.

Если температура коллектора снижается, кристаллическая структура возвращается в исходное состояние.  При этом более 95% поступающей солнечной энергии поглощается и преобразуется в тепло, только часть энергии (менее 5%) излучается. Таким образом, выход нового коллектора выше, чем у обычных плоских коллекторов, так как он не переходит в застой и в любое время может обеспечить повторную выработку тепловой энергии. Изменение кристаллической структуры обратимо неограниченное количество раз и функционирование коллектора доступно на постоянной основе.

Системы рекуперации тепла вентиляционных систем и теплоносители для них

При проектировании жилых, административных или производственных объектов важно уделить должное внимание вентиляционным системам. Оптимальный вариант – предусмотреть систему рекуперации тепловой энергии.

На сегодняшний день используется сразу несколько различных модификаций вентиляционного оснащения, которые отличаются принципом действия и эксплуатационными характеристиками. К примеру, оборудование природного импульса включает в себя нагнетательные клапаны для окон и стен, отвечающие за поступления свежего воздуха в производственные цеха, складские и иные помещения, требующие особого температурного и влажностного режима. Для отдельных типов помещений предусматривается монтаж вытяжных воздуховодов.

Плюсы и минусы воздухообмена

Явление воздухообмена возникает по причине разницы в температурах внутри помещения и за его пределами. В летний период температура внутри и снаружи выравнивается естественным путем, что ведет к приостановлению воздухообмена. Чтобы избежать резкого перепада температуры между поступающим извне и имеющимся в помещении воздухом (разность температур может повлечь появление плесени, грибка и прочих бактериологических факторов), приходится тратить дополнительное количество энергоресурсов на нагрев поступающих воздушных масс.

Одним из вариантов решения проблемы экономии энергоресурсов видится установка составной вытяжки – системы с естественной циркуляцией и принудительной вентиляцией воздуха. Такое технологическое решение имеет ряд недостатков:

  • Недостаточный воздухообмен внутри помещения;
  • Повышенная нагрузка на систему отопления, что влечет за собой дополнительные расходы на энергоресурсы и техническое обслуживание оборудования.

К достоинствам составных вытяжек можно отнести отсутствие негативных внешних природных факторов, а также доступную цену. Важно понимать, что обеспечиваемая таким образом аэрация не является полноценной вентиляцией воздуха, что может стать ключевым фактором для производственных помещений.

Чтобы обеспечить максимально безопасные и комфортные условия, принято устанавливать универсальные системы вынужденной аэрации воздуха, оснащенные рекуператором тепловой энергии. Такие технологические решения обеспечивают непрерывное поступление свежего воздуха, нагретого до необходимой температуры, а также одновременное удаление отработанного или загрязненного воздуха из помещений.

Виды используемых рекуператоров тепла

Эффективность систем принудительной аэрации воздуха может сильно разниться в зависимости от размера помещения, мощности вентиляционного оборудования, типа используемого рекуператора и других факторов. Даже установка системы с невысоким коэффициентом полезного действия (в пределах 30 %) дает существенную экономию ресурсов при обслуживании отопительного оборудования. При этом общий микроклимат в помещении заметно улучшиться. Использование теплообменников имеет несколько недостатков:

  • Увеличенное потребление энергоресурсов;
  • Сильный шум при работе, что доставляет дискомфорт при проживании или работе;
  • Выделение большого количества конденсата, который в условиях низких температур замерзает и вызывает неисправности рекуператора.

Если говорить о рекуператорах направленного движения, то циркуляция теплоносителя ведет к одновременной вентиляции и утилизации отработанного нагретого воздуха. Оборудование обеспечивает перемещение воздушных потоков в обоих направлениях с одинаковой скоростью, что позволяет улучшить микроклимат внутри помещения. При этом удается заметно снизить расходы на обслуживание помещения, вентиляцию и отопление. Системы с рекуператорами тепла нашли применение не только в жилых домах, но и на крупных производственных объектах. Как показывают расчеты, уже в первый год внедрения такого технологического решения можно добиться снижения расходов на отопление на 30-70%.

Разветвленные системы утилизации тепловой энергии

Функционирование системы такого типа основано на использовании особого оборудования – рекуператоров с промежуточными теплоносителями. Это устройства, которые способны передать тепло от источника к потребителю за счет использования промежуточных рабочих тел (теплоносителя). Оборудование нашло применение в теплообменниках разного типа, которые дополняются мощными циркуляционными насосами при необходимости транспортировать промежуточный теплоноситель на большое расстояние между источником и потребителем тепла.

Подобный принцип широко применяется в системах разветвленной утилизации тепловой энергии. Технологические процессы протекают в узком диапазоне водяного пара, с изменением агрегатного состояния последнего при постоянном давлении, объеме и температуре.

Рекуператоры смешанного действия

Чтобы обеспечить одновременную утилизацию тепла от вытяжного и согревание поступающего приточного воздуха, можно устанавливать теплообменники контактного типа. Иногда принимается решение об установке аппаратов смешанного действия, когда один характеризуется рекуператорным принципом действия, а второй – контактным. В данном случае рекомендуется использовать теплоносители, которые бы не вызывали коррозию внутри теплообменников или трубопроводов. Длительный период времени в качестве промежуточного теплоносителя использовалась обычная вода.

Раствор гликоля в качестве промежуточного теплоносителя

Еще одной альтернативой видится использование промежуточного теплоносителя, который бы обладал теплофизическими характеристиками воды, не замерзал при отрицательных температурах и не вызывал коррозию в теплообменнике или трубопроводе. Эффективным решением будет выбор в качестве рабочей жидкости водно-гликолевой смеси с пакетом ингибиторов коррозии. Отечественный производитель гликолевых теплоносителей, компания «ТЕХНОФОРМ», предлагает линейку составов с длительным рекомендуемым сроком эксплуатации. Использование пакета карбоксилатных присадок от бельгийского производителя Arteco позволяет гарантировать эффективную защиту металлического оборудования от разрушения, сохранение первоначальных свойств на протяжении длительного периода времени.

Вам могут быть интересны следующие товары

Вам могут быть интересны услуги

Нагревательные устройства

В большинстве лабораторий используется по крайней мере один тип нагревательного устройства, например печи, нагревательные плиты, нагревательные кожухи и ленты, масляные ванны, солевые ванны, песочные ванны, воздушные ванны, печи с горячими трубками, термофены и микроволновые печи. Устройства с паровым обогревом обычно предпочтительны, когда требуются температуры от 100 до ° C или ниже, поскольку они не представляют опасности удара или искры и могут быть оставлены без присмотра с гарантией того, что их температура никогда не превысит 100 o ° C.Убедитесь, что подача воды для производства пара достаточна, прежде чем выходить из реакции на какой-либо продолжительный период времени.

Общие меры предосторожности

При работе с нагревательными приборами учитывать следующее:

  • Фактический нагревательный элемент в любом лабораторном нагревательном устройстве должен быть заключен таким образом, чтобы предотвратить случайное прикосновение лабораторного работника или любого металлического проводника к проводу, по которому проходит электрический ток.
  • Если нагревательное устройство настолько изношено или повреждено, что его нагревательный элемент обнажен, отремонтируйте устройство перед повторным использованием или выбросьте устройство.
  • Используйте регулируемый автотрансформатор на лабораторном нагревательном устройстве для управления входным напряжением, подавая некоторую долю от общего линейного напряжения, обычно 110 В.
  • Найдите внешние корпуса всех регулируемых автотрансформаторов, где на них нельзя пролить воду и другие химические вещества и где они не будут подвергаться воздействию легковоспламеняющихся жидкостей или паров.

Отказоустойчивые устройства могут предотвратить возгорание или взрывы, которые могут возникнуть, если температура реакции значительно возрастет из-за изменения сетевого напряжения, случайной потери реакционного растворителя или потери охлаждения.Некоторые устройства отключают электроэнергию, если температура нагревательного устройства превышает некоторый заданный предел или если поток охлаждающей воды через конденсатор прекращается из-за потери давления воды или ослабления шланга подачи воды к конденсатору.

Духовки

Духовки с электрическим обогревом обычно используются в лабораториях для удаления воды или других растворителей из химических проб и для сушки лабораторной посуды. Никогда не используйте лабораторные печи для приготовления пищи для людей .

  • Лабораторные печи сконструированы таким образом, что их нагревательные элементы и их регуляторы температуры физически отделены от их внутренней атмосферы.
  • В лабораторных печах редко предусмотрена возможность предотвращения выброса летучих в них веществ. Подключение вентиляционного отверстия печи непосредственно к вытяжной системе может снизить вероятность утечки веществ в лабораторию или образования взрывоопасной концентрации внутри печи.
  • Не используйте печи для сушки любых химических образцов, которые могут представлять опасность из-за острой или хронической токсичности, если не были приняты особые меры предосторожности для обеспечения постоянного вентилирования атмосферы внутри печи.
  • Во избежание взрыва ополосните стеклянную посуду дистиллированной водой после ополаскивания органическими растворителями перед сушкой в ​​духовке.
  • Не сушите стеклянную посуду, содержащую органические соединения, в духовке без вентиляции.
  • Биметаллические полосковые термометры предпочтительны для контроля температуры печи. Не устанавливайте ртутные термометры через отверстия в верхней части духовок так, чтобы колба свешивалась в духовку. Если ртутный термометр сломался в духовке любого типа, немедленно выключите и закройте духовку.Держите закрытым, пока не остынет. Удалите всю ртуть из холодной печи, используя соответствующее оборудование и процедуры для очистки, чтобы избежать воздействия ртути.

Горячие пластины

Лабораторные нагревательные плиты обычно используются для нагрева растворов до температуры от 100 до o ° C или выше, когда невозможно использовать более безопасные паровые бани. Убедитесь, что все недавно приобретенные конфорки сконструированы таким образом, чтобы не допускать возникновения электрических искр. Более старые плиты представляют опасность возникновения электрической искры, возникающую либо из-за двухпозиционного переключателя, расположенного на горячей плите, либо из-за биметаллического термостата, используемого для регулирования температуры, либо из-за того и другого.

Помимо опасности искры, старые и корродированные биметаллические термостаты в этих устройствах могут в конечном итоге сработать с помощью плавкого предохранителя и подать полный, непрерывный ток на горячую пластину.

  • Не хранить летучие легковоспламеняющиеся материалы рядом с горячей плитой
  • Ограничьте использование старых нагревательных плит для легковоспламеняющихся материалов.
  • Проверить термостаты на коррозию. Корродированные биметаллические термостаты можно отремонтировать или перенастроить, чтобы избежать опасности искры. Свяжитесь с EHS для получения дополнительной информации.

Обогреватели

Нагревательные кожухи обычно используются для нагрева круглодонных колб, реакционных котлов и связанных с ними реакционных сосудов. Эти мантии заключают нагревательный элемент в серию слоев стекловолоконной ткани. Пока покрытие из стекловолокна не изношено и не сломано, и пока вода или другие химические вещества не проливаются на мантию, нагревательные кожухи не представляют опасности поражения электрическим током.

  • Всегда используйте нагревательный кожух с регулируемым автотрансформатором для управления входным напряжением.Никогда не подключайте их напрямую к сети 110 В.
  • Будьте осторожны, не превышайте входное напряжение, рекомендованное производителем мантии. Более высокое напряжение вызовет перегрев, оплавление стекловолоконной изоляции и обнажение оголенного нагревательного элемента.
  • Если нагревательный кожух имеет внешний металлический кожух, обеспечивающий физическую защиту от повреждения стекловолокна, рекомендуется заземлить внешний металлический кожух для защиты от поражения электрическим током, если нагревательный элемент внутри кожуха замыкается на металлическом кожухе.
  • Некоторое старое оборудование может иметь изоляцию из асбеста, а не из стекловолокна. Обратитесь в EHS для замены изоляции и надлежащей утилизации асбеста.

Масляные, соляные и песчаные ванны

Электрически нагреваемые масляные бани часто используются для нагрева небольших сосудов или сосудов неправильной формы или когда требуется стабильный источник тепла, который может поддерживаться при постоянной температуре. При температуре ниже 200 ° C часто используют насыщенное парафиновое масло; при температуре до 300 ° C следует использовать силиконовое масло.Необходимо соблюдать осторожность при использовании ванн с горячим маслом, чтобы не образовался дым или масло не загорелось из-за перегрева. Ванны с расплавленной солью, как и ванны с горячим маслом, обладают преимуществами хорошей теплопередачи, но имеют более высокий рабочий диапазон (например, от 200 до 425 o C) и могут иметь высокую термическую стабильность (например, 540 o C). .При работе с этими типами нагревательных приборов необходимо соблюдать несколько мер предосторожности:

  • При использовании масляных, солевых или песчаных ванн не проливайте на них воду или летучие вещества.Такая авария может привести к разбрызгиванию горячего материала на большую площадь и серьезным травмам.
  • Соблюдайте осторожность, используя горячую масляную ванну, чтобы не образовался дым или масло не загорелось из-за перегрева.
  • Всегда контролируйте масляные ванны с помощью термометра или других термодатчиков, чтобы убедиться, что его температура не превышает температуру воспламенения используемого масла.
  • Установить масляные ванны, оставленные без присмотра, с термодатчиками, которые отключат электроэнергию в случае перегрева ванны.
  • Хорошо перемешайте масляные ванны, чтобы не было «горячих точек» вокруг элементов, которые нагревают окружающее масло до недопустимых температур.
  • Содержите нагретое масло в емкости, способной выдержать случайный удар твердым предметом.
  • Осторожно установите ванны на устойчивую горизонтальную опору, например лабораторный домкрат, который можно поднимать или опускать без опасности опрокидывания ванны. Железные кольца не подходят для горячей ванны.
  • Закрепите оборудование достаточно высоко над горячей ванной, чтобы, если реакция начнет перегреваться, баню можно было бы немедленно опустить и заменить охлаждающей ванной без необходимости перенастраивать оборудование.
  • Обеспечьте вторичную локализацию в случае разлива горячего масла.
  • При работе с горячей ванной надевайте термостойкие перчатки.
  • Реакционный сосуд, используемый в ванне с расплавом соли, должен выдерживать очень быстрый нагрев до температуры выше точки плавления соли.
  • Следите за тем, чтобы соляные ванны были сухими, так как они гигроскопичны, что может вызвать опасные лопания и брызги, если поглощенная вода испарится во время нагрева.

Ванны горячего воздуха и трубчатые печи

Ванны с горячим воздухом используются в лаборатории как нагревательные приборы. Азот предпочтителен для реакций с легковоспламеняющимися материалами. Воздушные бани с электрическим подогревом часто используются для обогрева небольших сосудов или сосудов неправильной формы. Одним из недостатков ванн с горячим воздухом является их низкая теплоемкость. В результате эти ванны обычно необходимо нагреть до температуры на 100- o ° C или более выше заданной температуры. Трубчатые печи часто используются для высокотемпературных реакций под давлением. При работе с любым из устройств учитывайте следующее:

  • Убедитесь, что нагревательный элемент полностью закрыт.
  • Для воздушных ванн, сделанных из стекла, оберните сосуд термостойкой лентой, чтобы удержать стекло в случае его разрушения.
  • Песочные ванны предпочтительнее воздушных ванн.
  • Для трубчатых печей тщательно выбирайте стеклянную посуду, металлические трубы и соединения, чтобы они могли выдерживать давление.
  • Соблюдайте меры безопасности, указанные как для электробезопасности, так и для систем давления и вакуума.

Тепловые пушки

Лабораторные тепловые пушки оснащены вентилятором с приводом от двигателя, который обдувает электрически нагреваемую нить накала.Их часто используют для сушки стеклянной посуды или для нагрева верхних частей перегонного аппарата во время перегонки высококипящих материалов.

Прочтите рекомендации по тепловому пистолету для получения дополнительной информации о правильном выборе и использовании теплового пистолета для исследовательских работ.

Микроволновые печи

Используйте микроволновые печи, специально предназначенные для лабораторного использования. Бытовые микроволновые печи не подходят. Микроволновый нагрев представляет собой несколько потенциальных опасностей, которые обычно не встречаются при использовании других методов нагрева: чрезвычайно быстрое повышение температуры и давления, перегрев жидкости, искрение и утечка микроволнового излучения.Микроволновые печи, разработанные для лабораторий, имеют встроенные функции безопасности и рабочие процедуры для снижения или устранения этих опасностей. Микроволновые печи, используемые в лаборатории, могут представлять несколько различных типов опасностей.

  • Как и в большинстве электрических устройств, существует риск образования искр, которые могут воспламенить воспламеняющиеся пары.
  • Металлы, помещенные в микроволновую печь, могут вызвать дугу, которая может воспламенить легковоспламеняющиеся материалы.
  • Материалы, помещенные в духовку, могут перегреться и воспламениться.
  • Герметичные контейнеры, даже если они неплотно закрыты, могут создавать давление при расширении во время нагрева, создавая риск разрыва контейнера.

Чтобы минимизировать риск этих опасностей,

  • Никогда не включайте микроволновые печи с открытыми дверцами во избежание воздействия микроволн.
  • Не кладите провода и другие предметы между уплотнительной поверхностью и дверцей на передней поверхности духовки. Уплотняемые поверхности должны быть абсолютно чистыми.
  • Никогда не используйте микроволновую печь как для лабораторных целей, так и для приготовления пищи.
  • Заземлите микроволновую печь. Если необходимо использовать удлинитель, следует использовать только трехжильный шнур с номиналом, равным или большим, чем у духовки.
  • Не используйте металлические контейнеры и металлосодержащие предметы (например, мешалки) в микроволновой печи. Они могут вызвать искрение.
  • Не нагревайте закрытые емкости в микроволновой печи. Даже нагревание контейнера с незакрепленной крышкой или крышкой представляет собой значительный риск, поскольку микроволновые печи могут нагревать материал так быстро, что крышка может сесть вверх, упираясь в резьбу, и контейнеры могут взорваться.
  • Снимите завинчивающиеся крышки с контейнеров, нагреваемых в микроволновой печи. Если необходимо сохранить стерильность содержимого, используйте ватные или поролоновые пробки. В противном случае закройте контейнер кимвипами, чтобы уменьшить вероятность разбрызгивания.
  • Не модифицируйте микроволновую печь для экспериментального использования.

Типы нагревательных устройств для использования в научных экспериментах

Температура — одна из наиболее важных физических переменных, которая используется для управления физическими, биологическими и химическими экспериментами.Обычным требованием в лабораторных экспериментах является необходимость нагрева образца. Это может сделать несколько единиц оборудования, включая горелку Бунзена, лабораторную печь, электрическую плиту и инкубатор.

Горелка Бунзена

Горелка Бунзена — одна из самых известных частей лабораторного оборудования в школьных научных лабораториях. Он состоит из смесительной трубы, которая используется для создания смеси газа и воздуха. После зажигания интенсивность пламени можно изменять, открывая или закрывая регулируемое отверстие для воздуха.Горелки Бунзена обычно используются для нагрева стаканов с жидкостью, чтобы вызвать химические реакции. Горелки Бунзена также имеют недостатки: они не могут контролировать температуру так же точно, как электронные обогреватели, а использование открытого пламени может быть опасным.

Лабораторная печь

Лабораторная печь используется для нагрева образцов (обычно твердых веществ) до заданной температуры в течение заданного времени в замкнутом пространстве. Устройства используются в научных дисциплинах для отжига, сушки и стерилизации.В отличие от стандартных духовок, лабораторные духовые шкафы обеспечивают точность и однородность заданных температур. Лабораторные печи сконструированы таким образом, чтобы каждая точка внутри устройства имела заданную температуру.

Hot Plate

Горячие пластины — это простые электрические приборы, используемые для нагрева образцов в воздухе. Они состоят из нагревательной поверхности и ряда регуляторов для изменения температуры. Горячие плиты обычно используются, когда желаемая температура превышает 100 градусов по Цельсию (212 градусов по Фаренгейту), и считаются гораздо более безопасными, чем нагреватели с открытым пламенем, такие как горелки Бунзена.

Лабораторный инкубатор

Вы используете лабораторный инкубатор для нагрева биологического образца до заданной температуры, которая обычно устанавливается для оптимизации роста биологического образца. Два основных типа инкубаторов включают газовые и микробиологические инкубаторы. Газовый инкубатор представляет собой герметичное устройство, похожее на печь, которое закачивает заданную концентрацию диоксида углерода в инкубационное пространство. Это позволяет контролировать влажность и pH, а также температуру. Микробиологический инкубатор не нагнетает газ в инкубационное пространство и по сути представляет собой лабораторную печь, которая работает при температуре от 5 до 70 градусов по Цельсию (от 41 до 158 градусов по Фаренгейту).Это делает их полезными для роста и хранения бактериальных культур, не требующих определенных условий влажности и pH.

Какие инструменты используются для измерения тепла?

Термометр — старейший прибор для измерения тепла в мире, созданный еще в 1600-х годах. Сегодня различные виды термометров могут измерять все, от температуры наружного воздуха до температуры приготовленного мяса. Другие инструменты могут измерять температуру всего здания или даже количество энергии в пище, производя тепловые реакции.

TL; DR (слишком долго; не читал)

Различные инструменты могут измерять тепло для разных целей. Термографы создают изображения тепла с помощью инфракрасного света. Эти изображения могут точно определить горячие и холодные участки людей, зданий и т. Д. Термометры могут измерять разные температуры. Калориметры могут измерять количество калорий, содержащихся в пище, путем измерения тепла, выделяемого пищей.

••• Тепловизионное изображение руки Адриана Хиллмана с Fotolia.com

Измерение тепла с помощью термографов

В отличие от термометра, термограф не просто выдает число, объясняющее тепло, которое он измеряет.Термографы используют встроенные инфракрасные камеры для получения изображений тепла. Поскольку инфракрасный свет, производимый объектом или организмом, прямо пропорционален его температуре, цвета, присутствующие на инфракрасном изображении, могут точно передать полное температурное «сканирование» любого изображения, которое они захватывают. Изображения, полученные с помощью термографов, отображаются в подробных цветах или в черно-белом цвете. В любом случае более светлые части изображения указывают на более высокую температуру, чем более темные части.

Термографы различаются по размеру и форме, в зависимости от того, какую работу они должны выполнять.Термография, или практика использования термографов для измерения тепла, может измерять температуру тела субъектов, проходящих медицинские испытания. Он даже может определить самые сквозные части здания, указав, какие из них самые холодные. Министерство энергетики США предлагает домовладельцам из США показания термографии, чтобы помочь им утеплить свои дома более эффективно.

Измерение тепла с помощью термометров

Первые термометры, изобретенные много веков назад, содержали спирт, заключенный в стеклянную оболочку, для измерения температуры воздуха.Ртуть заменила спирт, потому что она быстро расширяется и сжимается в зависимости от температуры. Сегодня цифровые термометры, которые используют экраны и цифровые дисплеи для отображения температуры, могут измерять тепло в различных ситуациях.

Медицинские термометры позволяют измерять температуру тела. Самый распространенный тип медицинского термометра входит в ухо и остается там до тех пор, пока термометр не покажет показания. Эти термометры измеряют инфракрасную энергию возле барабанной перепонки человека. Однако, в отличие от термографа, вы не получаете изображения.Вместо этого температура отображается в виде чисел на маленьком экране.

Термометры для мяса, используемые для измерения температуры готовящегося мяса, содержат компоненты, пригодные для использования в духовке, что позволяет им выдерживать высокие температуры. Электрический ток проходит через металлический наконечник термометра для мяса, а микрочип отслеживает ток. Чем больше нагревается металлический наконечник, тем труднее течь ток. Микрочип отслеживает эти изменения в сопротивлении току и преобразует эту информацию в считываемую температуру.

Измерение тепла калориметрами

Большинство упакованных пищевых продуктов, продаваемых в магазинах США, должны указывать калорийность продуктов на этикетках. Калории — это единицы тепла. Одна калория описывает количество тепла, необходимое для поднятия 1 литра воды на 1 градус Цельсия. Чтобы определить количество калорий в пище, вы можете использовать прибор, называемый калориметром.

Сначала вы кладете около 1 грамма пищи в герметичный металлический контейнер, который находится внутри калориметра. Вы заполняете оставшуюся часть калориметра водой и закрываете ее.Пища внутри металлического контейнера воспламеняется от хлопковой нити, торчащей из калориметра. Горящая пища внутри металлического контейнера нагревает воду вокруг него. Калориметр измеряет это изменение температуры воды. Измеряя, насколько поднимается температура воды, калориметр может определить количество калорий, содержащихся в пище.

Превращение тепла в электричество | MIT News

Что, если бы вы могли запускать кондиционер не от обычного электричества, а от солнечного тепла в теплый летний день? Благодаря достижениям в термоэлектрических технологиях это устойчивое решение может однажды стать реальностью.

Термоэлектрические устройства изготавливаются из материалов, которые могут преобразовывать разницу температур в электричество, не требуя каких-либо движущихся частей — качество, которое делает термоэлектрики потенциально привлекательным источником электричества. Это явление обратимо: если электричество приложить к термоэлектрическому устройству, оно может вызвать разницу температур. Сегодня термоэлектрические устройства используются для приложений с относительно низким энергопотреблением, таких как питание небольших датчиков вдоль нефтепроводов, резервирование батарей космических зондов и охлаждение мини-холодильников.

Но ученые надеются разработать более мощные термоэлектрические устройства, которые будут собирать тепло, производимое в качестве побочного продукта промышленных процессов и двигателей внутреннего сгорания, и превращать это тепло в электричество. Однако эффективность термоэлектрических устройств или количество энергии, которую они могут производить, в настоящее время ограничены.

Теперь исследователи из Массачусетского технологического института открыли способ увеличить эту эффективность втрое, используя «топологические» материалы, которые обладают уникальными электронными свойствами.В то время как прошлые работы предполагали, что топологические материалы могут служить эффективными термоэлектрическими системами, было мало понимания того, как электроны в таких топологических материалах будут перемещаться в ответ на разницу температур, чтобы вызвать термоэлектрический эффект.

В статье, опубликованной на этой неделе в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences , исследователи из Массачусетского технологического института идентифицируют основное свойство, которое делает определенные топологические материалы потенциально более эффективными термоэлектрическими материалами по сравнению с существующими устройствами.

«Мы обнаружили, что можем раздвинуть границы этого наноструктурированного материала таким образом, чтобы топологические материалы стали хорошим термоэлектрическим материалом, в большей степени, чем обычные полупроводники, такие как кремний», — говорит Те-Хуан Лю, постдок факультета машиностроения Массачусетского технологического института. . «В конце концов, это может быть экологически чистый способ помочь нам использовать источник тепла для выработки электроэнергии, что уменьшит выброс углекислого газа».

Лю является первым автором статьи PNAS , в которую входят аспиранты Цзявэй Чжоу, Чживэй Дин и Цичэнь Сун; Минда Ли, доцент кафедры ядерной науки и техники; бывший аспирант Болин Ляо, ныне доцент Калифорнийского университета в Санта-Барбаре; Лян Фу, доцент кафедры физики Биденхарна; и Ганг Чен, профессор Содерберга и заведующий кафедрой машиностроения.

Свободный путь

Когда термоэлектрический материал подвергается воздействию температурного градиента — например, один конец нагревается, а другой охлаждается, — электроны в этом материале начинают течь от горячего конца к холодному концу, генерируя электрический ток. Чем больше разница температур, тем больше вырабатывается электрического тока и вырабатывается больше энергии. Количество энергии, которое может быть сгенерировано, зависит от конкретных транспортных свойств электронов в данном материале.

Ученые заметили, что некоторые топологические материалы могут быть превращены в эффективные термоэлектрические устройства с помощью наноструктурирования — метода, который ученые используют для синтеза материала, моделируя его свойства в масштабе нанометров. Ученые полагают, что термоэлектрическое преимущество топологических материалов связано с пониженной теплопроводностью в их наноструктурах. Но неясно, как это повышение эффективности связано с присущими материалу топологическими свойствами.

Чтобы попытаться ответить на этот вопрос, Лю и его коллеги изучили термоэлектрические характеристики теллурида олова, топологического материала, который, как известно, является хорошим термоэлектрическим материалом. Электроны в теллуриде олова также проявляют особые свойства, имитирующие класс топологических материалов, известных как материалы Дирака.

Команда стремилась понять влияние наноструктурирования на термоэлектрические характеристики теллурида олова путем моделирования пути электронов через материал.Чтобы охарактеризовать перенос электронов, ученые часто используют измерение, называемое «средним свободным пробегом», или средним расстоянием, на которое электрон с заданной энергией может свободно пройти в материале, прежде чем будет рассеян различными объектами или дефектами в этом материале.

Наноструктурированные материалы напоминают лоскутное одеяло из крошечных кристаллов, каждый из которых имеет границы, известные как границы зерен, которые отделяют один кристалл от другого. Когда электроны сталкиваются с этими границами, они имеют тенденцию различным образом рассеиваться.Электроны с большой длиной свободного пробега будут сильно рассеиваться, как пули, рикошетирующие от стенки, в то время как электроны с более короткой длиной свободного пробега пострадают гораздо меньше.

В ходе моделирования исследователи обнаружили, что электронные характеристики теллурида олова оказывают значительное влияние на их длину свободного пробега. Они построили график диапазона энергий электронов теллурида олова в зависимости от соответствующей длины свободного пробега и обнаружили, что полученный график сильно отличался от графика для большинства обычных полупроводников.В частности, для теллурида олова и, возможно, других топологических материалов, результаты показывают, что электроны с более высокой энергией имеют более короткую длину свободного пробега, в то время как электроны с более низкой энергией обычно обладают большей длиной свободного пробега.

Затем группа исследовала, как эти электронные свойства влияют на термоэлектрические характеристики теллурида олова, суммируя термоэлектрические вклады электронов с разной энергией и длиной свободного пробега. Оказывается, способность материала проводить электричество или генерировать поток электронов при градиенте температуры во многом зависит от энергии электронов.

В частности, они обнаружили, что электроны с более низкой энергией имеют тенденцию оказывать негативное влияние на генерацию разности напряжений и, следовательно, на электрический ток. Эти низкоэнергетические электроны также имеют более длинные длины свободного пробега, что означает, что они могут рассеиваться границами зерен более интенсивно, чем электроны более высоких энергий.

Уменьшение размера

Сделав еще один шаг в своем моделировании, команда поиграла с размером отдельных зерен теллурида олова, чтобы увидеть, влияет ли это на поток электронов при температурном градиенте.Они обнаружили, что, когда они уменьшили диаметр среднего зерна примерно до 10 нанометров, сближая его границы, они наблюдали повышенный вклад электронов с более высокой энергией.

То есть с меньшими размерами зерен электроны с более высокой энергией вносят гораздо больший вклад в электрическую проводимость материала, чем электроны с более низкой энергией, поскольку они имеют более короткие длины свободного пробега и с меньшей вероятностью рассеиваются по границам зерен. Это приводит к возникновению большей разницы напряжений.

Более того, исследователи обнаружили, что уменьшение среднего размера зерен теллурида олова примерно до 10 нанометров дает в три раза больше электричества, чем материал мог бы произвести с более крупными зернами.

Лю говорит, что хотя результаты основаны на моделировании, исследователи могут достичь аналогичных характеристик, синтезируя теллурид олова и другие топологические материалы и регулируя размер их зерен с помощью техники наноструктурирования. Другие исследователи предположили, что уменьшение размера зерна материала может повысить его термоэлектрические характеристики, но Лю говорит, что они в основном предполагали, что идеальный размер будет намного больше, чем 10 нанометров.

«В ходе моделирования мы обнаружили, что можем уменьшить размер зерна топологического материала намного больше, чем предполагалось ранее, и, основываясь на этой концепции, мы можем повысить его эффективность», — говорит Лю.

Теллурид олова — лишь один из примеров многих топологических материалов, которые еще предстоит изучить. Лю говорит, что если исследователи смогут определить идеальный размер зерна для каждого из этих материалов, топологические материалы вскоре могут стать жизнеспособной и более эффективной альтернативой производству чистой энергии.

«Я думаю, что топологические материалы очень хороши для термоэлектрических материалов, и наши результаты показывают, что это очень многообещающий материал для будущих приложений», — говорит Лю.

Это исследование было частично поддержано Центром преобразования твердотельной солнечной тепловой энергии, исследовательским центром Energy Frontier Министерства энергетики США; и Агентство перспективных оборонных исследовательских проектов (DARPA).

Исследователи создают высокотемпературное устройство, вырабатывающее электричество из промышленных отходов

Исследователи из Массачусетского технологического института продемонстрировали жидкое термоэлектрическое устройство с расплавленным соединением олова и серы, которое может эффективно преобразовывать отработанное тепло в электричество, открывая путь к доступному преобразованию отработанного тепла в преобразование энергии при высоких температурах.Синие кружки — места измерения температуры расплавленной жидкости, горячей стороны (1), более холодной стороны (2), а также в стенках тигля (термостойкой емкости) горячей стороне (3) и более холодной стороне (4). Предоставлено: Юян Чжао.

Производители стекла и стали производят большое количество ненужной тепловой энергии при высоких температурах, но твердотельные термоэлектрические устройства, преобразующие тепло в электричество, либо не работают при достаточно высоких температурах, либо стоят так дорого, что их использование ограничивается специальными приложениями, такими как космический корабль.Исследователи Массачусетского технологического института разработали жидкое термоэлектрическое устройство на основе расплавленного соединения олова и серы, которое может эффективно преобразовывать отработанное тепло в электричество, открывая путь к доступному преобразованию отработанного тепла в энергию при высоких температурах.

Юян Чжао, аспирант кафедры металлургии исследовательской группы Антуана Алланора, построил термоэлектрическую испытательную ячейку, которая работает в жидком состоянии при температурах от 950 до 1074 градусов Цельсия (от 1742 до 1965 градусов по Фаренгейту).Коммерческие термоэлектрические устройства, основанные на таких материалах, как твердотельный теллурид висмута, работают при температуре около 500 ° C, а стоимость блока теллурида висмута примерно в 150 раз превышает стоимость кубического метра сульфида олова.

После плавления сульфид олова обеспечивает стабильный термоэлектрический выход в широком диапазоне температур до 200 градусов выше его точки плавления 882 ° C, — говорит Чжао, первый автор статьи ECS Journal of Solid State Science and Technology «Расплавленные полупроводники для высоких». Температурное термоэлектричество »с Алланором и недавним выпускником Чарльзом Купером Ринзлером, доктор философии ’17.Чжао не обнаружил значительного падения производительности, когда он за несколько часов разогнал устройство до 1074 ° C и снова опустил до 950 ° C.

«Что касается меня, я сначала нагреваю образец до его точки плавления, а затем сканирую температуру до 200 C выше точки плавления, а затем сканирую назад, выполняя несколько измерений во время нагрева и охлаждения. Мы обнаружили свойство довольно последовательна », — говорит Чжао.

Материалы для крупных промышленных предприятий

По словам Алланора, термоэлектрическое устройство

Чжао работает в условиях, соответствующих промышленным применениям, в то время как материал, который он использовал, сульфид олова, является привлекательным с точки зрения затрат.Термоэлектрические устройства работают, складывая вместе материалы, которые создают электрическое напряжение, когда существует разница температур между их горячей и холодной сторонами. Наоборот, их можно использовать в качестве охлаждающих устройств, превращающих электрический ток в перепад температуры. Такие устройства используются, например, для обогрева и охлаждения сидений в моделях автомобилей повышенной комфортности и для питания бортовой электроники космических кораблей во время длительных путешествий (с использованием ядерных источников энергии и специальных устройств, которые могут работать при более высоких температурах, чем коммерческие устройства).

Экологические выгоды, заключающиеся в том, что производство электроэнергии из отработанного тепла, вряд ли станет основным мотивом для производителей стекла и стали, чтобы принять эту технологию, предполагает Алланор. Эти предприятия должны работать в своих чанах или обжиговых печах при температуре 1000 ° C или выше, чтобы производить свою продукцию, и они получают прибыль от этой продукции.Но достижение такой высокой температуры — единовременная плата. По словам Алланора, если термоэлектрическое управление этим теплом позволит производителям работать в более горячем состоянии, что может повысить производительность или продлить срок службы их оборудования, то они с большей вероятностью адаптируют его. «Мы уже знаем, что в устойчивом состоянии температура в этом месте составляет 1000 градусов по Цельсию», — говорит он. И этого достаточно, чтобы расплавить полупроводниковые материалы в жидком термоэлектрическом устройстве.

«Вначале мы думали о том, как в больших масштабах внедрить в высокотемпературные металлургические печи материалы, которые могут утилизировать отходящее тепло.Это была наша первая идея. Но тогда второе видение этого состоит в том, чтобы сказать: что я могу сделать с этим электричеством? Поскольку вы не собираетесь использовать это для производства электроэнергии, вы собираетесь развернуть это, потому что у вас есть реальная выгода для вашего производства », — объясняет Алланор. Возможность управлять теплом при очень высокой температуре благодаря электрически активным материалам, таким как расплав соединения — одно из преимуществ, которое теперь возможно.

Эти результаты могут иметь большое влияние на производителей металлов, которые уже перерабатывают сотни тысяч тонн сульфида меди, сульфида железа и подобных материалов в год в расплавленном состоянии, но которые в настоящее время не используют преимущества полупроводниковых свойств материалов. .«Мы знаем, как решать эти проблемы в очень больших масштабах», — говорит Алланор.

Слева направо: Купер Ринзлер, доктор философии ’17, аспирант Юян Чжао и доцент Массачусетского технологического института Антуан Алланор разработали новые формулы для прогнозирования того, какие расплавленные соединения будут полупроводниковыми, и построили высокотемпературное термоэлектрическое устройство для производства электричества из расплавленных полупроводниковых соединений, которые можно использовать повторно. промышленные отходы тепла. Кредит: Денис Пайсте / Центр обработки материалов

В 2013 году Алланор и Джон Ф.Elliott, профессор химии материалов, Дональд Р. Садовей (Donald R. Sadoway) разработал недорогой сплав хрома и железа, который служит анодом при производстве стали путем электролиза расплавленных оксидов. В результате получается металл высокой чистоты и выделяется кислород вместо углекислого газа, который вносит основной вклад в эффект парникового газа. В результате этой работы выросла дочерняя компания Массачусетского технологического института, Boston Electrometallurgical Corp., которая продемонстрировала производство расплавленного металла в масштабе нескольких сотен фунтов в день.

Теория спаривания и эксперимент

Новая работа по термоэлектрическим устройствам при столь же высоких температурах обеспечивает экспериментальное подтверждение работы коллеги Алланора по лаборатории Ринзлера, объясняющего теоретические основы поведения полупроводников в металлических соединениях в их горячем жидком состоянии. В работе Ринзлера излагается прогностическая основа для количественной оценки энергетического профиля (термодинамики), химической структуры (конфигурации атомов) и электронного поведения некоторых жидких полупроводниковых соединений, таких как сульфид олова или сульфид меди.

«Нелегко просто сказать, в каком температурном диапазоне вы можете работать? Это то, что вы можете достичь в практических условиях эксплуатации, которые имеют значение для конкретного приложения и при какой стоимости материала и устройства», — говорит Ринзлер.

«Прелесть чего-то подобного в том, что мы можем уловить и то, и другое, мы можем улучшить сбор отработанного тепла, о котором мы можем заботиться с точки зрения экономии энергии, но промышленность поощряется к его использованию, потому что это действительно приносит им пользу в контексте того, что они заботиться напрямую, — говорит Ринзлер.

При измерении в долларах за ватт, объясняет Алланор, устройства с расплавом сульфида олова могут быть важны для отраслей, работающих при высоких температурах. «Доллар за ватт, когда у вас большая площадь поверхности, диктуется стоимостью вашего материала», — говорит он. Другие преимущества предложенной системы включают простоту обращения с оловом и серой, относительно высокую электропроводность полупроводниковой смеси и относительно низкую токсичность по сравнению с такими соединениями, как теллур и таллий или свинец и сера.

Чжао перешел от концепции к рабочему устройству в течение года, что является значительным прогрессом в научных исследованиях, отмечает Алланор. «Во-первых, это Юян, который очень хорош, а во-вторых, это жидкое состояние … что делает возможным такой тип быстрой демонстрации», — говорит он. Чжао получил степень бакалавра наук в области материаловедения и инженерии в Технологическом институте Джорджии в 2013 году.

Система самовосстановления

«Жидкое состояние очень терпимо к большим перепадам температуры, в отличие от твердого состояния.«Если вы думаете о твердотельном материале, который проходит через такой диапазон температур, у вас всегда есть тепловое расширение, механические проблемы, коррозия», — говорит Алланор. Эти явления не позволяют многим твердым материалам быть обратимыми в том смысле, что, поскольку температура идет вверх и вниз, производительность останется прежней ». Это снова одна из особенностей жидкого состояния. Мы называем это самовосстановлением, — объясняет он. — Пока вы не изменяете химический состав макроскопически, вы получаете тот же самый материал.С инженерной точки зрения и принятия для крупномасштабных приложений это очень важная функция ».

«Я думаю, что люди в некотором смысле боятся этого, потому что кажется опасным быть горячим и расплавленным, но если вы расплавились и знаете, что делаете, это очень снисходительно», — говорит Алланор.

Для своего экспериментального устройства исследователи адаптировали концентрическую цилиндрическую конструкцию, аналогичную той, которую использовал покойный Роберт К. Уильямс, давний исследователь отдела металлов и керамики в Национальной лаборатории Ок-Ридж в Теннесси, для исследования теплопроводности расплавленного серебра в 1968 году. сульфид.«Они доказали, что конвекция — действительно важный фактор для жидкостей», — говорит Чжао. «И для нас мы разрабатываем устройство. Мы говорим не только о свойствах материала. Мы должны учитывать геометрию и конструкцию ячейки. Когда вы помещаете новый материал в устройство, общие свойства могут отличаться от сам материал. Это означает, что общее свойство жидкости, возможно, из-за эффекта конвекции, определяет характеристики устройства «.

Исследователи сравнивают различные термоэлектрические материалы, определяя их «добротность», которая является мерой эффективности каждого материала при термоэлектрическом преобразовании.По словам Алланора, для многих потенциально полезных соединений при высоких температурах термоэлектрическая добротность никогда не исследовалась, поэтому новое устройство также обеспечивает экспериментальную основу для ее оценки.

Роль конвекции

Коэффициент термоэлектрической эффективности устройства немного отличается от показателя качества используемого термоэлектрического материала из-за эффектов естественной конвекции, а также помех от самого устройства. В документе Чжао говорит: «Мы сообщили о добротности устройства, не обязательно для материала, потому что мы считаем, что естественная конвекция вносит свой вклад или снижает производительность.В этом смысле, если бы мы могли минимизировать естественную конвекцию, добротность этого устройства могла бы возрасти ».

«Это следующий шаг в нашем исследовании», — говорит Чжао. «В настоящее время я пытаюсь изучить влияние естественной конвекции либо на [коэффициент] Зеебека [показатель прочности материала при преобразовании тепла в электричество], либо на электропроводность или теплопроводность».

Исследователи Массачусетского технологического института подали предварительную заявку на патент на определенные аспекты своей работы.

«Работа Алланора уникальна тем, что в ней используется жидкая форма твердых полупроводников для преобразования тепла в электричество», — говорит Майкл Чабиник, профессор Калифорнийского университета в Санта-Барбаре и доцент кафедры материаловедения, который не участвовал в этом исследовании. «Свойства жидких полупроводников ранее изучались, но его работа переводит эти фундаментальные знания в практическое применение. Важным аспектом работы является использование материалов, изобильных на Земле, которые обеспечивают потенциальный путь для рекуперации энергии, теряемой в виде тепла в экономичный способ.«

Алланор надеется, что эта работа расширит понимание расплавленных соединений. По его словам, в отличие от твердых материалов, где атомы относительно неподвижны, атомы в жидкостях различаются по расположению в масштабе от нескольких микрометров до нескольких миллиметров. Можно подумать, например, о разнице между молекулами воды в блоке замороженного льда и теми же молекулами в котле с кипящей водой. «В расплавленном материале у вас есть постоянное движение, и сложность заключается в том, что он отсутствует в твердом состоянии и не описывается существующими моделями материаловедения, которые мы преподаем в классе», — говорит Алланор.«Нам приятно, что однажды мы соединим эти два понятия, и тогда это будет полная история, рассказывающая не только об электронной структуре и свойствах, но и о том, что мы называем физической химией, то есть вязкостью, плотностью, диффузией — обо всех этих явлениях. которые необходимы для жидкого состояния «.


Одномерные кристаллы для низкотемпературного термоэлектрического охлаждения
Дополнительная информация: Youyang Zhao et al.Расплавленные полупроводники для высокотемпературного термоэлектричества, ECS Journal of Solid State Science and Technology (2016). DOI: 10.1149 / 2.0031703jss Предоставлено Массачусетский Институт Технологий

Этот рассказ переиздан любезно предоставлен MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), популярный сайт, на котором освещаются новости об исследованиях, инновациях и обучении Массачусетского технологического института.

Ссылка : Исследователи создают высокотемпературное устройство, вырабатывающее электричество из промышленных отходов тепла (2017, 13 июня) получено 25 августа 2021 г. с https: // физ.org / news / 2017-06-high-temperature-device-electric-industrial.html

Этот документ защищен авторским правом. За исключением честных сделок с целью частного изучения или исследования, никакие часть может быть воспроизведена без письменного разрешения. Контент предоставляется только в информационных целях.

Превращение тепла тела в электричество

Идея преобразования энергии человеческого тела в электричество мучила ученых в течение многих лет.Отдыхающий мужчина может выдавать от 100 до 120 ватт энергии, что теоретически достаточно для питания многих электронных устройств, которые вы используете, например, вашей. Nintendo Wii (14 Вт), ваш мобильный телефон (около 1 Вт) и ноутбук (45 Вт). Восемьдесят процентов энергии тела выделяется в виде избыточного тепла. Но только в научно-фантастических фантазиях, таких как серия фильмов «Матрица», можно увидеть полную картину этого надежного источника энергии.

Современная технология преобразования тепла тела в электричество способна производить всего несколько милливатт (одну тысячную ватта), чего достаточно для небольших вещей, таких как мониторы сердечного ритма и часы.Некоторые люди с любовью вспоминают часы Seiko Thermic, которые непрерывно используют тепло тела на 1 микроватт (одну миллионную ватта). Он дебютировал в 1998 году и получил восторженные отзывы, но Seiko произвела всего 500 единиц, прежде чем прекратить его выпуск. Если у вас есть Seiko Thermic, вам не придется беспокоиться о замене батареек, если окружающая среда холоднее вашего тела.

Последние разработки в области нанотехнологий обещают открыть гораздо больше устройств с телесным приводом. Основная технология, лежащая в основе концепции превращения тепла тела в электричество, — это термоэлектрическое устройство.Обычно это тонкий проводящий материал, который использует разницу температур между двумя сторонами для выработки электричества, известного как эффект Зеебека. Такие устройства могут работать в обратном направлении, то есть, если вы подадите на устройство электричество, одна сторона станет очень холодной, а другая — очень горячей. Если у вас есть охладитель напитков с питанием от USB, вероятно, у вас есть термоэлектрический генератор, работающий только в обратном направлении. Та же идея используется и для охлаждения некоторых компьютеров.

Термоэлектрическое устройство, помещенное на кожу, будет генерировать энергию, пока температура окружающего воздуха ниже температуры тела.Кусочек материала площадью один квадратный сантиметр может производить до 30 микроватт. Разместите эти генераторы рядом, чтобы увеличить количество собираемой энергии.

В 2006 году Владимир Леонов и Рууд Дж.М.Вуллерс из Бельгии построили рабочий прототип датчика кислорода в крови или пульсового оксиметра, работающего от тепла тела. Они были размером с часы и были успешно протестированы на пациентах. Он генерировал около 100 микроватт, когда пациент спал, и до 600 микроватт в бодрствующем и активном состоянии.Группе пришлось спроектировать устройство таким образом, чтобы оно могло работать с рекордно низкой мощностью 62 микроватта по сравнению с коммерчески доступными импульсными оксиметрами на 10 милливатт.

В 2007 году дуэт построил электроэнцефалограф, работающий от тела, и отслеживал активность мозга. Леонов и Вуллерс начали с изменения конструкции устройства ЭЭГ, чтобы оно потребляло меньше энергии. ЭЭГ также должен был передавать данные в реальном времени по беспроводной сети на компьютер, поэтому он потреблял намного больше энергии, чем их первый прототип.

Прототип площадью 50 квадратных сантиметров был помещен на лоб человека и собрал 3500 микроватт, что было здорово, но имело побочный эффект: с такой большой площадью, покрытой термоэлектрическими устройствами, всасывающими тепло, ощущение холода стало невыносимым. пациенту.

В следующем году дуэт добавил фотоэлектрические элементы в верхнюю часть устройства для сбора солнечной энергии, чтобы компенсировать часть термоэлектрической генерации и сделать устройство менее холодным для пациента.

Затем они построили электрокардиограф (ЭКГ), работающий на тепле тела, который отслеживал сердечную активность. На этот раз они построили систему как моющуюся рубашку. В предыдущих прототипах использовался суперконденсатор, который работал хорошо. Но когда конденсатор заряжен, он тратит лишнюю энергию термоэлектрического устройства.В прототипе рубашки они использовали аккумуляторную батарею в качестве накопителя, который постоянно заряжался за счет тепла тела. Это сократило количество отходов и позволило им еще больше уменьшить размер устройства. Сочетание других форм генерации с интеллектуальными системами хранения, вероятно, станет тем способом, которым устройства с тепловым питанием станут практичными.

В Массачусетском технологическом институте исследователи работают над повышением эффективности схемы, которая использует мизерные количества энергии, генерируемой стандартными термоэлектрическими генераторами.Ученые Ананта Чандракасан, директор лаборатории Microsystems Technology при Массачусетском технологическом институте, и его коллега Йогеш Рамадасс создали чрезвычайно эффективную схему датчика ЭКГ со встроенным процессором и беспроводным радио.


Есть еще больший потенциал в повышении эффективности термоэлектрических генераторов. В настоящее время термоэлектрический генератор может преобразовывать только 0,4% тепловой энергии в полезную электрическую энергию. При такой эффективности, если бы вы покрыли все свое тело термоэлектрическими генераторами, вы могли бы произвести 0.5 Вт энергии. Это было бы очень холодно, и этого вряд ли хватило бы для питания мобильного телефона. Министерство энергетики США и Калифорнийский университет в Беркли проводят исследования по разработке более эффективных термоэлектрических генераторов.

Профессор Массачусетского технологического института Питер Хагельштейн опубликовал в ноябре доклад, в котором показал способ повышения эффективности термоэлектрических генераторов до 4 раз на практике и до 9 раз в теории. Устройства с такой эффективностью можно использовать везде, где есть потери тепла — на стенах электростанций или на капотах автомобилей.Компания, тесно связанная с MIT, MTPV, начинает работать над коммерциализацией идей Хагельштейна.

В недалеком будущем мы, скорее всего, увидим в больницах беспроводные электронные устройства, которые распознают и сообщают о жизненно важных функциях пациентов. Однако до мобильных телефонов и ноутбуков, работающих от тепла тела, еще много лет.

Осман Джан Озканли наиболее известен изобретением продуктов, которые неожиданными способами решают потребности пользователей, часто с использованием передовых материалов.Он наиболее известен благодаря прозрачному тостеру и книжному ремешку Ozpack .

См. Также:

В поисках следующего поста

Рисование контуров на вашей коже

Еда, которая может думать сама за себя

Воздухонагреватели, Инструменты, Воздуходувки. Технологическое тепло от Leister

Технологическое отопление

Добро пожаловать! Ниже вы найдете введение в технологический нагрев. Независимо от того, являетесь ли вы опытным профессионалом в отрасли или тем, кто хочет приобрести свой первый инструмент для горячего воздуха, наше руководство по технологическому нагреву поможет вам получить всестороннее представление о технологическом нагреве и о том, как работает команда HotAirTools.com может предоставить вам самый широкий выбор инструментов, деталей и принадлежностей LEISTER.

Как пользоваться этим руководством?

  1. Получите полное образование и прочтите всю эту чертову штуку.
  2. Выберите тему, о которой вы хотите узнать больше, и одним нажатием кнопки перенеситесь в эту конкретную секцию технологического нагрева. [1]
    1. Что такое технологический нагрев?
    2. Типы технологических систем отопления?
      1. Топливо
      2. Электрический
      3. Пар
      4. Гибрид
    3. Лучшие практики по экономии энергии в ваших системах технологического отопления
    4. Как уменьшить потери тепла в технологических системах отопления
    5. Энергопотребление и эффективность процесса отопления
    6. Характеристики технологических тепловых систем
    7. Использование воздухонагревателей для технологического нагрева
    8. Промышленное технологическое отопление: как это улучшить процессы и сэкономить деньги?
    9. Технологическое тепло: решение в области глобального климата и очистки окружающей среды
      1. Наука о глобальном климате — часть 1
      2. Наука о глобальном климате — Часть 2
    10. Как выбрать лучший технологический нагреватель
    11. Как выбрать лучший нагнетатель воздуха
    12. Почему Leister — это продукт премиум-класса, в который стоит инвестировать?
    13. В заключение, жизненно важная перспектива технологического нагрева

Что такое технологический нагрев?

Что общего у стали, бумаги, продуктов питания, краски и ювелирных изделий? Это небольшой образец материалов и продуктов, производство которых зависит от технологического нагрева.Технологический нагрев необходим почти во всех производственных процессах, в которых производятся основные материалы и продукты, и он используется во всей промышленности — от самых маленьких производственных компаний до огромных компаний из списка Fortune 500 [1]. Только в США более 300 000 предприятий обеспечивают занятость примерно 16 миллионов человек, на которых прямо или косвенно влияет технологическое отопление [1]. Почти 17% всей энергии, используемой в промышленности, приходится на процессы отопления. [1] В некоторых конкретных областях промышленности, таких как стекольная промышленность, на технологическое отопление приходится около 80% энергопотребления.[2]

При технологическом нагреве тепло применяется для повышения температуры твердых тел, жидкостей или газов в нагревательном оборудовании (например, печах, технологических нагревателях, плавильных печах и сушилках). [3] В процессе нагрева материалы размягчаются, плавятся или испаряются, что может способствовать химическим реакциям, молекулярным перестройкам или разложению молекул нагреваемых материалов. Тепло, необходимое для технологического нагревательного оборудования, поступает из [3]

  • природный газ
  • мазут
  • уголь
  • электричество,
  • пар.

Типы технологических систем отопления

Существует четыре системы технологического нагрева: топливные, электрические, паровые и гибридные.

  • Топливный технологический обогрев . Тепло генерируется при сгорании твердого, жидкого или газообразного топлива, а затем передается материалу прямо или косвенно. При прямом нагреве дымовые газы контактируют с материалом, а при косвенном нагреве дымовые газы удерживаются и отделяются от материала.

Топливные системы включают печи, печи, нагреватели, печи и плавильные печи.

  • Технологическое отопление на базе электричества . Электрические токи или электромагнитные поля используются для прямого или косвенного нагрева материалов. При прямом нагреве тепло выделяется внутри материала за счет
  1. пропускание электрического тока через материал,
  2. индуцирует электрический ток в материале, или
  3. путем возбуждения атомов / молекул внутри материала электромагнитным излучением (например,грамм. микроволновая печь).

При косвенном нагреве один из трех методов используется для нагрева нагревательного элемента или приемника, который передает тепло материалу посредством теплопроводности, конвекции, излучения или их комбинации.


Электрические системы включают индукционный нагрев и плавку, дуговые печи, инфракрасные печи и вакуумные печи.

  • Технологический нагрев на основе пара: Пар используется для прямого или косвенного нагрева материалов.При прямом нагреве пар вводится в жидкости или газы. При косвенном нагреве используется теплообменник для охлаждения и конденсации пара в трубках; нагретые трубки передают тепло жидкостям и газам. У технологического нагрева на основе пара есть несколько преимуществ, таких как высокая мощность очистки, простота транспортировки, низкая токсичность и стоимость, и его можно получить за счет различных побочных топлив.

Паровые системы включают дистилляционные колонны, водяное или воздушное отопление, сушку бумаги и увлажнение.

  • Технологический нагрев на основе гибридных технологий: Комбинация систем технологического нагрева, использующих различные источники энергии, используется для оптимизации использования энергии и повышения общей тепловой эффективности процесса.

Примерами гибридных систем являются гибридные котельные системы, сочетающие топливный котел с электрическим котлом, а также процесс сушки бумаги, сочетающий электрическую технологию с сушилкой на топливе.

Компания Hot Air Tools предлагает все эти системы отопления.Наша цель — предоставить нашим клиентам лучшие решения. Мы применяем надежные принципы управления бизнесом и управления запасами, и мы стремимся к построению долгосрочных отношений с нашими клиентами, включая то, какую систему технологического обогрева вам следует приобрести, ее покупку, а затем предоставление сервисных центров по всей стране, которые предлагают БЕСПЛАТНЫЕ ремонтные проверки на всех наше оборудование Leister с круглосуточным сервисным обслуживанием (почти во всех случаях). [2]

Рекомендации по экономии энергии в ваших системах технологического нагрева

По данным U.S. Министерство энергетики, существует несколько способов экономии энергии в технологических системах отопления и, возможно, снижения энергопотребления и затрат на целых 30%, и эти способы включают: [2]

  • Контроль соотношения воздух-топливо
  • Подогреть воздух для горения
  • Использовать воздух для горения, обогащенный кислородом
  • Улучшение теплопередачи с помощью усовершенствованных горелок и средств управления
  • Улучшить теплоотдачу в топке
  • Предварительно подогреть жидкость или загрузить
  • Использовать каскадирование тепла
  • Используйте котлы жидкостного отопления или котлы-утилизаторы
  • Использовать абсорбционное охлаждение
  • Использование органических циклов Ренкина для производства электроэнергии
  • Установить системы сгорания с большим диапазоном регулирования
  • Использовать запрограммированную настройку температуры нагрева для режима частичной нагрузки
  • Мониторинг и контроль содержания кислорода в выхлопных газах, несгоревших углеводородов и оксида углерода
  • Используйте регуляторы давления в печи
  • Правильно расположите датчики

Как уменьшить потери тепла в технологических системах отопления

В промышленном технологическом нагревательном оборудовании используется от 15% до 85% поставляемой энергии, а остальная часть часто теряется.[2] Снижение или устранение потерь тепла является наиболее важным фактором экономии энергии. Однако, если уменьшить потери невозможно, следует рассмотреть возможность восстановления части потерянной энергии и использования ее в самом процессе или для других полезных целей, таких как преобразование в легко транспортируемую энергию, такую ​​как электричество [3].

Вот несколько полезных шагов по снижению потерь тепла: [3]

  • Уменьшить количество избыточного воздуха, используемого для сжигания топлива в горелках.
  • Минимизируйте утечку воздуха за счет уменьшения размера и количества отверстий и контроля давления.
  • Использовать каскадирование тепла: использовать высокотемпературные выхлопные газы для подачи тепла в процессы нагрева с более низкой температурой.
  • Ремонт и уход за изоляцией и огнеупорами стен и дверей.
  • Избегайте использования деталей с водяным охлаждением в печи.
  • Если необходимо охлаждение, изолируйте детали с водяным или воздушным охлаждением.
  • Свести к минимуму время простоя печи и духовок.
  • Проводить регулярные проверки и оценку энергопотребления для оборудования, использующего большое количество энергии.

Энергопотребление и эффективность процесса отопления

Около одной трети общего потребления энергии в стране потребляется на промышленных предприятиях США, а на технологическое отопление приходится 36% всей энергии, используемой в промышленных производственных приложениях [2].

Технологические системы отопления включают системы сжигания, работающие на ископаемом топливе и биомассе, электрические системы, а также системы рекуперации и теплообмена; около 90% технологической тепловой энергии поступает от сжигания ископаемого топлива, а остальную часть энергии обеспечивает электричество.[2] Есть много факторов, которые определяют энергоэффективность системы технологического нагрева, например, температура процесса (диапазон температур в процессе нагрева составляет от 148 ° C [300 ° F] до 1648 ° C [3000 ° F]). , конструкция и работа оборудования, а также тип используемых систем рекуперации тепла. [1] Усовершенствованные процессы, улучшенная конструкция и повышение теплового КПД помогают снизить воздействие на окружающую среду выбросов, связанных с сжиганием. [2]

Результаты технологического нагрева безграничны в производственных процессах и производстве.Из-за огромных размеров и масштабов использования промышленного отопления существует уникальная возможность для возобновляемых ресурсов, которые могут сэкономить значительное количество энергии. [1] Благодаря использованию передовых технологий и методов эксплуатации, потребление энергии в процессе нагрева может быть снижено еще на 5-25% в течение следующего десятилетия [1].

Характеристики технологических тепловых систем

В промышленности используется несколько различных типов систем технологического нагрева. Однако их всех объединяет то, что тепловая энергия используется для создания продукта или получения результата.

Технологические системы отопления состоят из четырех компонентов: [5]

  • Устройства для перемещения тепла от источника к изделию
  • Устройства для производства и подачи тепла
  • Устройства для рекуперации тепла
  • Устройства для удержания тепла, такие как нагреватели, печи, обжиговые печи и печи

Кроме того, системы технологического нагрева могут включать в себя различные вспомогательные системы, такие как датчики и средства управления, погрузочно-разгрузочные работы, обеспечение и контроль технологической атмосферы, контроль выбросов, безопасность и другие вспомогательные системы.[1]

Использование воздухонагревателей для технологического нагрева

Как видно из примеров ниже, воздухонагреватели широко используются для технологического нагрева. [6] [7]

  • Сушка и нагрев различных предметов, например краски, лака или влажного дерева. В бумажной промышленности свежеотпечатанная бумага часто сушится горячим воздухом после печати, чтобы обеспечить высокое качество печати и более высокую скорость обработки.
  • Размораживание Трубы замерзшей воды.
  • ускоряет процесс смешивания и растворяет пен, которые могут возникнуть во время смешивания и наполнения.
  • Разглаживающее покрытие на таблетках, придание блеска шоколадным конфетам и другим видам конфет, а также косметическим изделиям.
  • Активация и растворение клеев, не содержащих растворителей, и клеев-расплавов.
  • Разделение и сплавление синтетических волокон и тканей, включая полиэстер, акрил, нейлон, вискозу и спандекс.
  • Стерилизация упаковочных материалов, таких как бутылки, пробки и контейнеры.
  • Усадка термоусадочных гильз, пленок, лент, паяных гильз и фасонных деталей. В пивоваренной промышленности и производстве напитков термоусадочные пластмассы все чаще заменяют металлические крышки.
  • Пайка медных труб, паяных соединений и металлической фольги.
  • Сварка термопластов. В автомобильной промышленности сварка используется для крепления внутренних панелей и пластиковой обшивки.
  • Поджечь древесной стружки, бумаги, угля или соломы в печах.

Промышленное технологическое нагревание: как оно улучшает процессы и экономит деньги?

Промышленный технологический нагрев жизненно важен для достижения важных преобразований материалов, таких как нагрев, сушка, отверждение и фазовые переходы, которые являются фундаментальными операциями при производстве большинства потребительских и промышленных товаров, включая изделия из металла, пластика, резины, бетона, стекла. , и керамика.[4] В целом, технологический нагрев улучшает процессы, обеспечивая эффективность как в малых, так и в больших масштабах. Например, представьте, что вы пытаетесь удалить клей для пола с помощью шпателя или скребка; на это может потребоваться много рабочей силы, энергии и времени. Технологический нагрев сокращает время и усилия, затрачиваемые на удаление клея, что может снизить затраты на рабочую силу. Масштабный пример, показывающий эффективность технологического обогрева, — промышленное предприятие, расположенное в очень холодном климате. Системы технологического нагрева защищают оборудование и материалы от отрицательных температур, таким образом поддерживая их работоспособность и предотвращая возникновение ненужных затрат.

Технологическое тепло: решение в области глобального климата и очистки окружающей среды

Наука о глобальном климате — Часть 1

В морозную погоду научное оборудование может прийти в негодность, но технологический нагрев может быстро и легко обеспечить оптимальную работоспособность оборудования. Например, в обсерватории Стюарда, расположенной в горах Пинелено на юго-востоке Аризоны, были обнаружены бесполезные барометры, анемометры и другие наружные датчики из-за низких температур.Они даже столкнулись с возможностью того, что их большой бинокулярный телескоп может быть поврежден из-за падающего льда.

Им был нужен компактный элемент, который производил непрерывный поток контролируемого сфокусированного горячего воздуха через погодную мачту, чтобы предотвратить накопление снега и льда. Воздухонагреватель должен быть не только компактным, но и хорошо работать при температурах до -20 ° C (-4 ° F) и управляться дистанционно. Система Leister Hotwind была идеальным решением!

Через несколько часов после использования системы Hotwind погодные мачты почти полностью освободились ото льда, а все оборудование было восстановлено и функционировало нормально.Теперь в обсерватории используется несколько систем Hotwind, чтобы все оборудование всегда было защищено от ледяных температур.

Наука о глобальном климате — Часть 2

На Аляске технологическое отопление сыграло важную роль в очистке окружающей среды. Берега залива Тогиак столкнулись с огромной экологической катастрофой, когда были пролиты дизельное топливо и бензин. Даже после многих лет работы по очистке места разлива все еще оставались проблемы с загрязненной почвой. На удаленном участке площадью 5 акров рыболовецкое предприятие решило продать свое предприятие, но ему пришлось потратить 812 миллионов долларов на очистку.Мало того, что стоимость была очень высокой, но из-за отсутствия легкодоступных дорог все оборудование приходилось привозить или перевозить на баржах.

В более старых методах очистки загрязненной почвы использовалась система отопления с открытым пламенем для выкипания воды. Процесс кипячения воды привел к выбросу вредных химикатов и загрязняющих веществ в воздух, а затем воздух нужно было «очистить». Стоимость этого процесса была оценена в 12 миллионов долларов. Однако с использованием нагревателей Leister и почвенных печей, которые стали частью запатентованной системы очистки, загрязненная почва была очищена за две трети первоначальной заявленной стоимости, и не было необходимости «чистить» воздух, поскольку температура тепла контролировалось, таким образом, предотвращая попадание вредных загрязняющих веществ в воздух.

Благодаря обогревателям Leister очистка окружающей среды стала более эффективной и действенной при гораздо меньших затратах.

Как выбрать лучший технологический нагреватель

Выбирая лучший технологический нагреватель для ваших нужд, подумайте, что именно вам нужно сделать. Хотя все технологические нагреватели производят тепло через топливную, электрическую, паровую или гибридную систему, результат работы системы различается. Спросите себя, нужна ли вам система технологического нагрева для передачи тепла от источника к продукту, система, которая генерирует и поставляет тепло, система, рекуперирующая тепло, или система, которая содержит тепло.Системы технологического нагрева могут помочь вам с вашими потребностями — от сушки и оттаивания до разглаживания и стерилизации, усадки и пайки, растворения и плавления. Вам просто нужно определить свои характеристики и ожидаемые результаты, а технологический нагреватель сделает все остальное.

Как выбрать лучший нагнетатель воздуха Нагнетатели горячего воздуха

могут использоваться для различных целей, начиная от обогрева помещения и заканчивая сушкой покрытий и деталей, или от удаления мигания пластиковых деталей до нагрева деталей в процессе производства.

При выборе переносного нагнетателя горячего воздуха следует учитывать четыре основных фактора:

  • Бортовая термопара, измеряющая температуру
  • Большой или низкий расход воздуха
  • Бортовой терморегулятор, который всегда сопряжен с термопарой
  • Совместимость с источниками воздуха, такими как обогреватель

Почему Leister — это продукт премиум-класса, в который стоит инвестировать?

Продукция Leister стоит вложений, поскольку она занимает лидирующие позиции на мировом рынке.Обладая более чем 130 центрами продаж и обслуживания в более чем 100 странах, Leister может легко оказать помощь в вашем регионе. Leister не только приходит к вам, но и предлагает продукты, разработанные в соответствии с вашими индивидуальными требованиями.

В дополнение к высококачественной практике обслуживания клиентов Leister предлагает широкий ассортимент продукции, основанный на многолетнем опыте обработки пластмасс и промышленных процессов. Чтобы оставаться в курсе последних событий, они постоянно развивают и оптимизируют свои продукты, чтобы обеспечить высочайшее качество, надежность, производительность и экономичность.Прикладная лаборатория оснащена самым современным измерительным оборудованием и хорошо подходит для моделирования приложений и процессов, что позволяет при необходимости найти быстрое и эффективное решение. Кроме того, Leister гарантирует высочайшее качество и безопасность всей своей продукции посредством независимого тестирования.

Leister стремится к обеспечению качества, которое включает соблюдение стандартов качества ISO 9001, стандартов для конкретных продуктов (например, стандартов ISO, IEC, EN и UL) и стандартов для конкретных приложений.Для обеспечения защиты клиентов испытания проводятся аккредитованными и независимыми испытательными институтами, а продукция сертифицирована и имеет маркировку соответствия.

Благодаря преданности компании Leister своей отрасли и своим клиентам, стоит инвестировать в их продукцию.

Технологическое отопление, жизненно важная перспектива

Технологический нагрев играет жизненно важную роль в обрабатывающей промышленности, так как помогает при производстве товаров повседневного спроса и основных материалов.Однако технологический нагрев полезен не только для создания продуктов; это полезно для получения результатов и снижения затрат.

  • Нужно сушить детали или покрытия? Горячий воздух — вот ответ.
  • Требуется очистить пластиковые детали от вспышки? Горячий воздух — вот ответ.
  • Требуется разморозить замерзшие металлы или оборудование? Горячий воздух — вот ответ.
  • Необходимо стерилизовать материалы? Горячий воздух — вот ответ.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.