Menu Close

Естественная циркуляция воды в системе отопления: Система отопления с естественной циркуляцией: схемы, устройство, монтаж

Схема отопления частного дома с естественной циркуляцией

Схема для однотрубной системы

Однотрубная система

Самый простой контур отопления предполагает прокладку всех труб почти под самым потолком, а также вывод обратных магистралей прямо под полом.

Такую систему чаще всего выбирают, потому что в ней используется очень мало труб и оборудования, а также их совсем не нужно монтировать в стены, что снижает затраты на монтаж.

Отопительная система из одной трубы состоит из:

  1. Агрегата нагревания.
  2. Магистрали разведения.
  3. Расширительного бачка.
  4. Трубопроводов специально для вывода обратки.
  5. Радиаторов.

В зависимости от того, какие используются приборы в отоплении, необходимо выбирать и объем бачка расширения. Чаще всего выбирают баки с вместимостью до 25 литров, тем не менее, его нельзя наполнять больше, чем на 3/4 объема.

Трубы для уже горячей воды должны быть проложены непосредственно под потолком.

Схемы подключения радиаторов

Для того чтобы вода пополнялась в обогревательной сети, нужно чтобы в крышку бака было врезано отверстие или парубок вместе с краном, который и соединит отопление с водопроводом.

Также, нужно будет сделать еще один парубок, которые будет регулировать слив носителя тепла в канализацию, в том случае, если проводится ремонт.

Таким образом, естественная циркуляция является самым перспективным выбором для практичных владельцев загородных домов, которые умеют считать, а также знают, как лучше сэкономить пространство в своем доме.

Безусловно, она не подойдет для больших домов, но для малогабаритных будет самым лучшим вариантом.

Преимущества естественной циркуляции

Самым главным достоинством данной отопительной системы является ее экономичность — как использования, так и установки.

Для того чтобы запустить движение теплоносителя не требуется установка электро насосов, которые являются причиной разорительных счетов от компан

VALTEC | Мифы «гравитационки»

Несмотря на то что отопительная техника с каждым годом совершенствуется и дополняется новыми прогрессивными техническими решениями и высокоэффективным оборудованием, системы водяного отопления с естественной циркуляции теплоносителя продолжают занимать весьма существенную долю в теплоснабжении. Они широко и успешно применяются как в индивидуальном жилищном и коттеджном строительстве, так и при сооружении объектов в районах, где электроснабжение либо отсутствует, либо осуществляется с перебоями.

Гравитационная система водяного отопления, принцип действия которой показан на рис. 1,  была изобретена еще в 1777 г. французским физиком Боннеманом (Bonneman) для обогрева инкубатора.

Рис. 1.  Принцип действия гравитационной системы отопления.

Начиная с 1818 г., системы отопления Боннемана стали широко применяться в Европе, правда, в основном для теплиц и оранжерей. Основы методики теплового и гидравлического расчета систем с естественной циркуляцией были разработаны англичанином Гудом (Hood) в 1841 г. Именно он теоретически доказал пропорциональность скоростей циркуляции теплоносителя квадратным корням из разницы высот центра нагрева и центра охлаждения, то есть перепада высот междукотлом и радиатором. Естественная циркуляция воды в системах отопления была достаточно хорошо изучена и имела мощную теоретическую поддержку.

Однако споявлением насосных отопительных систем интерес ученых к «гравитационке» постепенно угасал. Теорию естественной циркуляции бегло и поверхностно освещаютв институтских курсах. При устройстве таких систем монтажники в основном пользуются советами «бывалых» да теми скупыми требованиями, которые изложены внормативных документах. Но нормативные документы лишь диктуют требования, но не дают объяснения причин появления того или иного «постулата». В связи с этим в кругу специалистов циркулирует достаточно много мифов, которые и хотелось бы немного развеять.

Рис. 2. Пример двухтрубной системы отопления с естественной циркуляцией

Для этого используем пример классической двухтрубной гравитационной системы отопления (рис. 2), со следующими исходными данными: первоначальный объем теплоносителя в системе – 100 л; высота от центра котла до поверхности нагретого теплоносителя в баке Н = 7 м; расстояние от поверхности нагретого теплоносителя в баке до центра радиатора второго яруса h1 = 3 м, расстояние до центра радиатора первого яруса

h2 = 6 м.

Температура на выходе из котла – 90 °С, на входе в котел – 70 °C. Действующее циркуляционное давление для радиатора второго яруса можно определить поформуле:

Δp2 = (ρ2ρ1) · g · (Hh1) = (977 – 965) · 9,8 · (7 – 3) = 470,4 Па.

Для радиатора первого яруса оно составит:

Δp1 = (ρ2 ρ1) · g · (Hh1) = (977 – 965) · 9,8 · (7 – 6) =117,6 Па.

При более точных расчетах учитывается также остывание воды в трубопроводах.

Миф 1. Трубопроводы должны прокладываться с уклоном по направлению движения теплоносителя. Не спорим, так было бы не плохо, но на практике это требование не всегда удается выполнить. Где-то балка покрытия мешает, где-то потолки устроены в разных уровнях и т.п. Что же будет, если выполнить подающий трубопровод с контруклоном (

рис. 3)?

Рис. 3. Пример выполнения верхнего розлива с контруклоном

Если грамотно подойти к решению этого вопроса, то ничего страшного не произойдет. Циркуляционное давление если и снизится, то на ничтожно малую величину (несколько паскалей), за счет паразитного влияния остывающего в верхнем розливе теплоносителя. Воздух из системы придется удалять с помощью проточного воздухосборника и воздухоотводчика. Пример этого устройства показан на рис. 4. Дренажный кран служит для выпуска воздуха в момент заполнения системы теплоносителем. В «крейсерском» режиме этот кран закрыт. Такая система останется полностью работоспособной.

Рис. 4. Пример устройства для выпуска воздуха из верхнего розлива

Миф 2. В системах с естественной циркуляцией охлажденный теплоноситель вверх двигаться не может. Это вовсе не так. Для циркуляционной системы понятие «верха» и «низа» очень условны. Если обратный трубопровод на каком-то участке поднимается, то где-то он на эту же высоту и опускается. То есть гравитационные силы уравновешиваются.Все дело лишь в преодолении дополнительных местных сопротивлений на поворотах и линейных участках трубопровода. Все это, а также возможное остываниетеплоносителя на участках подъема должно учитываться в расчетах. Если система грамотно рассчитана, то схема, представленная на рис. 5, вполне имеет право на существование. Мало того, в начале прошлого века такие схемы достаточно широко применялись, несмотря на свою слабую гидравлическую устойчивость.

Рис. 5. Схема с верхним расположением обратного трубопровода

Миф 3. В гравитационных системах подающий трубопровод должен проходить над всеми ярусами радиаторов. Это тоже совсем не обязательно. Расположение подающего трубопровода с надлежащим уклоном под потолком верхнего этажа или на чердаке позволяет удалять воздух из системы через открытый расширительный бак. Однако проблему удаления воздуха можно решить и с помощью автоматических воздухоотводчиков (рис. 6) или отдельной воздушной линии.

Рис. 6. Схема с нижним расположением подающей линии

Миф 4. При естественной циркуляции теплоносителя радиаторы обязательно должны располагаться выше центра теплогенератора (котла).
Это утверждение справедливо только при расположении отопительных приборов в один ярус. При количестве ярусов два и более, радиаторы нижнего яруса можно располагать и ниже котла, что, естественно, должно быть проверено гидравлическим расчетом. В частности, для примера, показанного на рис. 7, при H = 7 м, h1 = 3 м, h2 = 8 м, действующее циркуляционное давление составит:

g · [H  · (ρ2 ρ1)  – h· (ρ2ρ1)  – h· (ρ2ρ3)] = 9,9 · [ 7· (977 – 965) – 3 · (973 – 965) – 6 · (977 – 973)] = 352,8 Па.

Здесь: ρ1 = 965 кг/м3 – плотность воды при 90 °С; ρ2 = 977 кг/м3 – плотность воды при 70 °С; ρ

3 = 973 кг/м3 – плотность воды при 80 °С.

Циркуляционного давления вполне достаточно для работоспособности такой системы.

Рис. 7. Однотрубная гравитационная система с расположением радиаторов ниже котла

Миф 5. Гравитационную систему отопления, рассчитанную на водяной теплоноситель, можно безболезненно перевести на незамерзающий теплоноситель. Без расчета такая замена может привести к полному отказу системы отопления. Дело в том, что этилен- и полипропиленгликолевые растворы обладают значительно большей вязкостью, чем вода. Кроме того, удельная теплоемкость этих смесей несколько ниже, чем у воды, что требует, при прочих равных условиях, ускоренной циркуляции теплоносителя. Эти два фактора вместе взятые существенно увеличивают расчетное гидравлическое сопротивление системы, заполненной теплоносителями с низкой температурой замерзания.

Миф 6. В открытый расширительный бак необходимо постоянно доливать теплоноситель, т.к. он интенсивно испаряется. Да, это действительно большое неудобство, но его можно легко устранить. Для этого используется воздушная трубка и гидравлический затвор, устанавливаемый, как правило, ближе к нижней точке системы, рядом с котлом (рис. 8). Такая трубка служит воздушным демпфером между гидравлическим затвором и уровнем теплоносителя в баке, поэтому, чем больше ее диаметр, тем лучше. Тем меньше будет уровень колебаний уровня в бачке гидрозатвора. Некоторые умельцы умудряются закачивать в воздушную трубку азот или инертные газы, тем самым предохраняя систему от проникновения кислорода.

Рис. 8. Воздушная трубка с гидрозатвором

Миф 7. Насос, установленный на байпасе главного стояка, не создаст эффекта циркуляции, т.к. установка запорной арматуры на главном стояке междукотлом и расширительным баком запрещена. Можно поставить насос на байпасе обратной линии, а между врезками насоса установить шаровой кран. Такое решение не очень удобно, т.к. каждый раз перед включением насоса надо не забыть перекрыть кран, а после выключения насоса – открыть. Установка обычного пружинного обратного клапана невозможна из-за его значительного гидравлического сопротивления. Домашние мастера пытаются препарировать обратные клапаны, снимая с них пружинки совсем или устанавливая их «наоборот» (превращая клапан в нормально открытый). Такие переделанные клапаны создадут в системе неповторимые звуковые эффекты из-за постоянного «хлюпанья» с периодом, пропорциональным скорости теплоносителя.Есть гораздо более эффективное решение: на главном стояке между врезками байпаса устанавливается поплавковый обратный клапан для гравитационных систем VT.202 (

рис. 9), который скоро появится в ассортименте VALTEC. Поплавок клапана в режиме естественной циркуляции открыт и не мешает движению теплоносителя. При включении насоса на байпасе клапан перекрывает главный стояк, направляя весь поток через байпас с насосом.

Рис. 9. Установка поплавкового нормально отрытого обратного клапана

Водяные системы отопления с естественной циркуляцией окутаны еще многими мифами, которые предлагаем вам развеять самостоятельно:

  • расширительный бак можно врезать только над главным стояком;
  • в таких системах нельзя ставить мембранный расширительныйбак;
  • регулировать тепловой поток от радиаторов в гравитационных системах нельзя;
  • естественная циркуляция не работает в межсезонье;
  • байпасы перед радиаторами в таких системах недопустимы;
  • водяные теплые полы в гравитационных системах работать не будут.

Автор: В.И. Поляков

Системы отопления с естественной циркуляцией

Это одни из самых простых и, пожалуй, самые распространенные системы отопления для небольших загородных домов и квартир с индивидуальным отоплением. Системы весьма долговечны (при правильной эксплуатации 40 и более лет без капитального ремонта) и используют только природные физические законы, не требуя дополнительных источников энергии или дорогостоящего оборудования.

Недостатком таких отопительных систем являются: сокращенный радиус действия (до 30 м по горизонтали), обусловленный небольшим циркуляционным давлением; замедленное включение в действие из-за большой теплоемкости воды и низкого циркуляционного давления, и повышенная опасность замерзания воды в расширительном бачке, смонтированном в неотапливаемом помещении.

Принципиальная схема системы отопления с естественной циркуляцией состоит из котла (водоподогревателя), подающего и обратного трубопроводов, нагревательных приборов и расширительного бачка. Нагретая в котле вода поступает по подающему трубопроводу и стоякам в нагревательные приборы, отдает им часть своего тепла, затем по обратному трубопроводу возвращается в котел, где вновь подогревается до необходимой температуры, и далее цикл повторяется. Все горизонтальные трубопроводы системы делаются с наклоном в сторону движения воды: нагретая вода, поднявшись по стояку вследствие температурного расширения и выдавливания более холодной водой обратки, растекается по горизонтальным отводам самотеком, охлажденная вода также самотеком поступает обратно в котел. Уклоны трубопроводов способствуют и отводу пузырьков воздуха к расширительному баку: газ легче воды, поэтому он стремится вверх, а наклонные участки трубопроводов помогают ему нигде не задерживаться и поступать в расширитель, а затем в атмосферу. Расширительный бачок создает постоянное давление в системе, принимает увеличивающийся при нагревании объем воды, а при охлаждении отдает воду обратно в трубопровод.

Вода в системе отопления поднимается за счет расширения при нагревании и под действием гравитационного давления, движение (циркуляция) возникает вследствие разности плотностей нагретой (поднимающейся по подающему стояку) и охлаждённой воды (спускающейся по обратному). Гравитационное давление расходуется на движение теплоносителя и преодоление сопротивлений в сети трубопроводов. Эти сопротивления вызываются трением воды о стенки труб, а также наличием в системе местных сопротивлений. К местным сопротивлениям относятся: ответвления и повороты трубопроводов, арматура и сами нагревательные приборы. Чем больше сопротивлений возникает в трубопроводе, тем больше должно быть гравитационное давление. Для снижения трения применяются трубы увеличенных диаметров.

Циркуляционный напор Pц = h(ρо— ρг) зависит (рис. 1):

  1. От разности отметок центра котла и центра нижнего отопительного прибора (h), чем больше разность высот между центрами котла и прибора, тем лучше будет циркулировать теплоноситель;
  2. От плотности горячей (ρг) и охлажденной воды (ρо).
рис. 1. Принципиальная схема отопления с естественной циркуляцией теплоносителя

Как появляется циркуляционный напор? Представим, что в котле и радиаторах отопления температура теплоносителя меняется скачкообразно по центральным осям этих приборов, что, кстати, недалеко от истины. То есть в верхних частях котла и радиаторов находится горячая вода, а в нижних — охлажденная. Горячая вода имеет меньшую плотность, а следовательно, меньший вес, чем охлажденная вода. Мысленно срежем верхнюю часть отопительного контура (рис. 2) и оставим только нижнюю часть. И что же мы видим? А то, что мы имеем дело с двумя сообщающимися сосудами, хорошо знакомым нам из школьной физики. Верх одного сосуда находится выше верха другого; вода под действием сил гравитации стремится переместиться из верхнего сосуда в нижний. Отопительный контур — замкнутая система, вода в нем не выплескивается, как в сообщающихся сосудах, а стремится «успокоиться» (занять один уровень). Таким образом, высокий столб охлажденной тяжелой воды после радиаторов постоянно выталкивает низкий столб воды перед котлом и подталкивает горячую воду — возникает естественная циркуляция. Иными словами, чем выше находится центр радиаторов относительно центра кола, тем больше циркуляционный напор. Высота установки — это, первый показатель напора. Уклоны подающих трубопроводов в сторону радиаторов и обратки от радиаторов к котлу только способствуют этому процессу, помогая воде преодолевать местные сопротивления в трубах.

рис. 2. Графическая схема возникновения циркуляционного напора

В частных домах лучше всего размещать котел ниже отопительных приборов, например, в подвале. При квартирном отоплении, когда котел устанавливается непосредственно в квартире почти на одном уровне с радиаторами, для увеличения циркуляционного напора котел лучше устанавливать «в яму» прямо на плиты перекрытия, выпилив вокруг него пол. Разумеется, «в яме» должны быть сделаны противопожарные мероприятия: плиты выровнены тонкой стяжкой, уложены листы асбеста и железа.

Второй показатель, от которого зависит циркуляционный напор, это разница между плотностями охлажденной и горячей воды. Здесь необходимо заметить, что системы с естественной циркуляцией теплоносителя относятся к саморегулирующимся системам. При проведении качественного регулирования, то есть при изменении температуры нагрева воды, самопроизвольно возникают количественные изменения — изменяется расход воды. Из-за изменения плотности горячей воды будет увеличиваться (уменьшаться) естественное циркуляционное давление, а следовательно, и количество циркулирующей воды. Другими словами, когда на улице холодно, становится холодно и в доме, включая котел на полную мощность, мы увеличиваем нагрев воды, значительно уменьшая ее плотность. Придя в отопительные приборы, вода отдает теплоту охлажденному воздуху в помещении, ее плотность при этом сильно повышается. А если взглянуть на ту часть формулы (рис. 1), которая стоит в скобках, мы видим, что чем больше разность между плотностями охлажденной и горячей воды, тем больше циркуляционный напор. Следовательно, чем сильнее нагрета вода в котле и чем сильнее она остывает в радиаторе, тем быстрее она начинает «бегать» (циркулировать) по системе отопления и это происходит до тех пор, пока воздух в помещении не прогреется. После чего вода начинает остывать в радиаторах медленнее, плотность ее уже не сильно отличается от плотности воды, вышедшей из котла, и циркуляционный напор начинает постепенно снижаться. Водичка уже не «бегает» по трубам, как «угорелая» стремясь нагреть помещение, а степенно перекатывается в них. Но как только температура в помещении начнет снижаться, например, из-за резкого похолодания или просто из-за открытой по забывчивости входной двери, циркуляционный напор начнет повышаться и водичка «побежит» по трубам веселее, стремясь выровнять температуру. Таким образом и происходит саморегуляция системы: одновременное изменение температуры и количества воды обеспечивает необходимую теплоотдачу отопительных приборов для поддержания ровной температуры помещений.

Системы водяного отопления с естественной циркуляцией бывают двухтрубные с верхней и нижней разводками, а также однотрубные с верхней разводкой.

 

Схема отопления частного дома с естественной циркуляцией теплоносителя

Систему отопления с естественной циркуляцией водяного теплоносителя запантетовал в 1832 г. российский ученый-металлург П.Г. Соболевский. В наш век стремительно изменяющихся технологий эту схему (называемую также гравитационной или самотечной) теплоснабжения частного дома можно было бы считать морально устаревшей, если бы не ее простота, надежность и экономичность. Самотечная система отопления по-прежнему широко используется в строительстве своими руками собственного дома и считается оптимальным технико-экономическим решением. Небольшое давление в сети ограничивает область ее применения, но для одноэтажного жилого здания данная схема весьма эффективна и часто рассматривается в качестве альтернативы отоплению с использованием насосных агрегатов.

Система отопления частного дома с естественной циркуляцией

Схема отопления с естественной циркуляции

Схема движения водяного теплоносителя в системе отопления с естественной циркуляцией

В схеме приняты следующие обозначения:

  • поз. 1 – котел отопления;
  • поз. 2 – бак расширительный;
  • поз. 3 – радиаторы отопления;
  • Т1 – нагретый теплоноситель, красными стрелками показано направление его движения;
  • Т2 – остывший теплоноситель, синие стрелки указывают на его движение в контуре.

В автономном отоплении одноэтажного или двухэтажного собственного дома допускается применение специальных незамерзающих составов-антифризов, но в системах с естественной циркуляцией теплоносителя использовать антифризы не рекомендуется.

Главные недостатки антифризов для использования в контуре отопления естественной циркуляции:

  • В схеме отопления с естественной циркуляцией в конструкциях расширительных баков предусмотрен контакт с окружающим атмосферным воздухом. Антифризы быстро испаряются, загрязняя окружающую экологию;
  • Необходимость постоянного контроля за объемом теплоносителя и его периодическом пополнении;
  • У антифризов низкая теплоотдача, способствующая малому съему тепла радиаторами от теплоносителя при его циркуляции. Это приводит к перегреву антифриза в контуре и самого котла;
  • Использование перегретого антифриза в замкнутом контуре способствует обильному образованию отложений внутри теплообменника, забивающих проходное сечение в трубках.

Наиболее оптимальным носителем тепла в контуре гравитационного типа для отопления одноэтажного или двухэтажного жилого здания является водяной теплоноситель благодаря своей дешевизне и доступности.

Естественная циркуляция в контурах отопления

Основными функциональными элементами системы отопления с естественной циркуляцией жилого здания являются:

  • Котел, нагревающий водяной теплоноситель;
  • Расширительный бак, представляющий собой емкость для сброса излишков воды, появляющихся при увеличении объема водяного теплоносителя в контуре при его нагреве;
  • Трубопроводы подачи из котла горячей воды в отопительные радиаторы и возврата остывшей жидкости из радиаторов обратно в котел (за что возвратная часть теплосети в обиходе получила название обратки). Вместе они составляют замкнутый контур циркуляции теплоносителя;
  • Отопительные радиаторы.

Схема теплосети отопления с естественной циркуляцией для обогрева частного дома

При разогреве теплоносителя его объем увеличивается, излишки нагретой воды поднимаются вертикально вверх к расширительному баку, в системе создается гидростатическое давление, зависящее от разности весов водяных столбов горячей (линия подачи) и холодной (линия обратки) воды.

Под этим давлением горячая вода поступает с верхней точки теплотрассы (красная линия на схеме) к радиаторам отопления. Остывшая в радиаторах вода поступает по обратке (синяя линия) на вход котла. Самотечная система отопления в одноэтажном или двухэтажном доме работоспособна лишь в том случае, если при монтаже обеспечены уклоны горизонтальных участков трубопроводной теплотрассы в сторону движения жидкости. Тогда теплоноситель сможет перемещаться вниз под действием собственного веса с наименьшим гидравлическим сопротивлением.

Другим фактором, влияющим на перемещение жидкости, является циркуляционный напор, обозначенный на рисунке буквой Н. Чем выше перепад уровней размещения радиаторов и котла, тем быстрее движение воды в контуре.

В гравитационных системах отопления расширительный бак не закрывается крышкой, поэтому нередко данную систему называют открытой. Все воздушные пробки из теплотрассы вытесняются в верхнюю часть контура, там и устанавливают бак, открытый для контакта с атмосферой. Систему, использующую герметичные баки, называют закрытой. В ее составе используется насос, по принципу действия она уже принудительного характера.

Скорость движения воды

При цикличных изменениях температуры горячая вода находится в верхней части теплосети, холодная влага движется в нижних трубах. Основной побудительной силой для естественного (без принуждения от насоса) движения жидкости в контуре является циркуляционный напор, зависящий от соотношения высот расположения котла и самого нижнего радиатора. На рисунке ниже представлена графическая схема возникновения циркуляционного напора h. Параметр h имеет постоянную величину для данной схемы и не изменяется во время работы системы отопления.

Схема возникновения циркуляционного напора

Для создания оптимального напора отопительный котел устанавливается с максимальной глубиной размещения, например, в подвале. В свою очередь, расширительный бак необходимо установить повыше. Довольно часто его ставят на чердаке дома.

Скорость циркулирования воды в контуре при монтаже своими руками гравитационной отопительной системы частного дома определяется следующими факторами:

  1. Величиной циркуляционного напора. Чем он больше, тем выше скорость протекания воды в теплотрассе;
  2. Диаметрами труб отопительной разводки. Малые размеры внутреннего сечения трубы будут оказывать большее сопротивление водяному потоку, чем трубы с диаметром побольше. Для однотрубной или двухтрубной самотечных систем под разводку намеренно завышают размеры труб до Ду 32-40 мм;
  3. Материалами изготовления труб контура. У современных полипропиленовых труб сопротивление потоку в несколько раз ниже, чем у поврежденных коррозией и покрытых отложениями стальных трубопроводов;
  4. Наличием поворотов в сети теплотрассы. Идеальный вариант – прямой трубопровод;
  5. Обилием арматуры, переходников, подпорных шайб. Каждый вентиль снижает величину напора.

Процессы естественной циркуляции весьма инертны и протекают медленно. Время между растопкой котла и полной стабилизацией температуры в помещениях составляет несколько часов.

Монтажные схемы контуров

По способу присоединения радиаторов отопления принято выделять две схемы монтажа контуров отопительных систем: однотрубную и двухтрубную.

Для однотрубной монтажной сборки своими руками характерно последовательное расположение обогревающих приборов на подающем контуре. Пройдя от верхней точки сквозь все радиаторы (линия красного цвета), вода возвращается по обратке (линия синего цвета) к котлу.

Однотрубная схема самотечной системы отопления

В двухтрубной схеме монтируются два отдельных контура циркуляции. По одному протекает горячий теплоноситель, подводящий тепло к радиаторам, по другому контуру – остывшая вода отправляется от радиаторов к котлу.

На рисунке ниже показана двухтрубная система отопления двухэтажного дома. Раздача теплоносителя (линия красного цвета) по радиаторам начинается с максимальной высоты Н, обеспечивающей требуемый циркуляционный напор. Остывший теплоноситель (линия синего цвета) собирается в обратке и направляется на вход котла.

Двухтрубная схема самотечной системы отопления

Схема циркуляции. Видео

О том, что из себя представляет схема отопления с естественной циркуляцией теплоносителя, можно узнать из видео ниже.

Гравитационные системы обогрева частного дома импонируют своей простотой устройства, легкостью обслуживания и энергонезависимостью. В них отсутствуют насосные агрегаты, своим шумом создающие дискомфорт проживающим, нет вибраций, сопровождающих их работу. Срок безаварийной службы систем с естественной циркуляцией оценивается в полвека, поскольку в них отсутствуют электрические насосы и средства автоматики. В целом самотечные схемы проигрывают принудительным системам отопления по ряду пунктов:

  • излишняя инерционность вынуждает ждать несколько часов, пока контур выйдет на требуемый тепловой режим;
  • сложность монтажа, вызванная необходимостью точных расчетов уклонов горизонтальных участков теплотрассы;
  • отсутствие насоса ограничивает общую протяженность теплотрассы;
  • постоянный контроль уровня теплоносителя в расширительном баке.

Наиболее подходящей областью применения системы с естественной циркуляцией являются частные дома невысокой этажности (1-2 этажа), площадью до 100 кв. м и горизонтальным радиусом самотечной цепи не более 30 м.

Размещение оборудования системы отопления с естественной циркуляцией в доме

Facebook

Twitter

Вконтакте

Одноклассники

Система отопления естественной циркуляцией

Главная > Статьи > Коммуникации > Отопление

Сегодня я постараюсь Вам объяснить принцип работы отопления с естественной циркуляцией теплоносителя. Обычно теплоносителем является вода, но существуют примеры, когда применяют в качестве теплоносителя и масло, так как масло дольше держит в себе температуру на выходе из котла.

Известен случай, когда применяли и пенообразователь в качестве теплоносителя. Но стоит обратить внимание на пожаро- и взрывоопасность данных теплоносителей, а также стоимость их. Всетаки масло и пенообразователь намного дороже воды, что ведет к удорожанию самой системы отопления с естественной циркуляцией.


Система отопления с естественной циркуляцией использовалась еще в довоенное время, поэтому это надежный и проверенный метод обогрева помещений, а также простой и понятный.


В наше время система отопления с естественной циркуляцией в основном применяют в загородных домах или дачах. Так как обычно в таких домах очень часто отключают электроснабжение (в целях экономии, эх матушка Русь), а без электроэнергии система отопления с принудительной циркуляцией не может работать, насосы без электроэнергии не работают.


Существует два вида отопления с естественной циркуляцией. Системы с «верхней» и «нижней» подачей воды. Особо больших различий между ними нет, но рассмотрим каждый по отдельности.


Система отопления с естественной циркуляцией при «верхней» подаче воды
Теплоноситель (по умолчанию — это вода), нагретый в котле подается по трубопроводу в верхнюю часть нашей системы отопления. Обычно подающая труба имеет диаметр больше, чем разводящие трубы к радиаторам. Это позволяет нам создать большее сопротивление теплообменника.

Горизонтальная труба устанавливается таким образом, чтобы был соблюден минимальный уклон, обычно 10 мм. на 1 м.п. При «верхней» подачи теплоносителя в самой верхней (извините за товталогию) точке нашей системы отопления с естественной циркуляцией необходимо установить бак, который будет выполнять две функции:

  • при нагревании, как известно, вода испаряется и наш бак будет содержать избыточный теплоноситель. Так называемый бак запаса воды.
  • при нагревании вода расширяется, а куда ей расширятся, если ситема герметична? Для этого и должна быть наша емкость, для приема избыточного теплоносителя, при разширении. Надеюсь Вы уже догадались, что наш бак не должен быть полным и герметичным.

Далее, после того, как нагретый теплоноситель распределился по подающей трубе, он (теплоноситель) распределяется по вертикальным стоякам, которые в свою очередь подводят воду к радиаторам. Хочу обратить ваше внимание на то, что самым эффективным подключением радиаторов будет — диагональное подключение радиаторов.


После того, как вода отдала свое тепло через радиаторы помещению, она возвращается в котел по специальной трубе, которая называется обраткой. И все повторяется в том же порядке снова.


Особое внимание стоит уделить расположению котла, который должен располагаться в самой низкой точке нашей системы отопления с естественной циркуляцией. Обычно котлы устанавливают в подвальном помещении, если нет возможности установки котла в подвале, тогда ,в так называемой, котельной. Котельная должна располагаться таким образом, чтобы котел стоял ниже уровня радиаторов нашей системы отопления с естественной циркуляцией.


Система отопления с естественной циркуляцией при «нижней» подаче теплоносителя
Такую схему подключения используют в тех случаях, когда нет чердачного помещения или нет доступа к нему. Цикл работ тот же. Отличие лишь в том, что трубы разводятся внизу, под радиаторами. Но расширительный бак все таки необходим в самой высокой точке ситтемы. Обычно его устанавливают на стене под потолком в каком-то техническом помещении или в котельной.

 

 

Какую систему отопления с естественной циркуляцией применить у себя? Выбирать Вам, исходя из своих возможностей.

Системы отопления с естественной циркуляцией

Это одни из самых простых и, пожалуй, самые распространенные системы отопления для небольших загородных домов и квартир с индивидуальным отоплением. Системы весьма долговечны (при правильной эксплуатации 40 и более лет без капитального ремонта) и используют только природные физические законы, не требуя дополнительных источников энергии или дорогостоящего оборудования.

Недостатком таких отопительных систем являются: сокращенный радиус действия (до 30 м по горизонтали), обусловленный небольшим циркуляционным давлением; замедленное включение в действие из-за большой теплоемкости воды и низкого циркуляционного давления, и повышенная опасность замерзания воды в расширительном бачке, смонтированном в неотапливаемом помещении.

Принципиальная схема системы отопления с естественной циркуляцией состоит из котла (водоподогревателя), подающего и обратного трубопроводов, нагревательных приборов и расширительного бачка. Нагретая в котле вода поступает по подающему трубопроводу и стоякам в нагревательные приборы, отдает им часть своего тепла, затем по обратному трубопроводу возвращается в котел, где вновь подогревается до необходимой температуры, и далее цикл повторяется. Все горизонтальные трубопроводы системы делаются с наклоном в сторону движения воды: нагретая вода, поднявшись по стояку вследствие температурного расширения и выдавливания более холодной водой обратки, растекается по горизонтальным отводам самотеком, охлажденная вода также самотеком поступает обратно в котел. Уклоны трубопроводов способствуют и отводу пузырьков воздуха к расширительному баку: газ легче воды, поэтому он стремится вверх, а наклонные участки трубопроводов помогают ему нигде не задерживаться и поступать в расширитель, а затем в атмосферу. Расширительный бачок создает постоянное давление в системе, принимает увеличивающийся при нагревании объем воды, а при охлаждении отдает воду обратно в трубопровод.

Вода в системе отопления поднимается за счет расширения при нагревании и под действием гравитационного давления, движение (циркуляция) возникает вследствие разности плотностей нагретой (поднимающейся по подающему стояку) и охлаждённой воды (спускающейся по обратному). Гравитационное давление расходуется на движение теплоносителя и преодоление сопротивлений в сети трубопроводов. Эти сопротивления вызываются трением воды о стенки труб, а также наличием в системе местных сопротивлений. К местным сопротивлениям относятся: ответвления и повороты трубопроводов, арматура и сами нагревательные приборы. Чем больше сопротивлений возникает в трубопроводе, тем больше должно быть гравитационное давление. Для снижения трения применяются трубы увеличенных диаметров.

Циркуляционный напор (Рц) зависит (рис. 1):

1. от разности отметок центра котла и центра нижнего отопительного прибора (h), чем больше разность высот между центрами котла и прибора, тем лучше будет циркулировать теплоноситель;

2. от плотности горячей (ρг) и охлажденной воды (ρо).

Рис. 1. Принципиальная схема отопления с естественной циркуляцией теплоносителя

Как появляется циркуляционный напор? Представим, что в котле и радиаторах отопления температура теплоносителя меняется скачкообразно по центральным осям этих приборов, что, кстати, недалеко от истины. То есть в верхних частях котла и радиаторов находится горячая вода, а в нижних — охлажденная. Горячая вода имеет меньшую плотность, а следовательно, меньший вес, чем охлажденная вода. Мысленно срежем верхнюю часть отопительного контура (рис. 2) и оставим только нижнюю часть. И что же мы видим? А то, что мы имеем дело с двумя сообщающимися сосудами, хорошо знакомым нам из школьной физики. Верх одного сосуда находится выше верха другого; вода под действием сил гравитации стремится переместиться из верхнего сосуда в нижний. Отопительный контур — замкнутая система, вода в нем не выплескивается, как в сообщающихся сосудах, а стремится «успокоиться» (занять один уровень), но это ей не удается сделать, поскольку котел постоянно подогревает воду в верхней половине контура, уменьшая ее вес относительно охлажденной воды. Таким образом, высокий столб охлажденной тяжелой воды после радиаторов постоянно выталкивает низкий столб воды перед котлом и подталкивает горячую воду — возникает естественная циркуляция. Иными словами, чем выше находится центр радиаторов относительно центра кола, тем больше циркуляционный напор. Высота установки — это, первый показатель напора. Уклоны подающих трубопроводов в сторону радиаторов и обратки от радиаторов к котлу только способствуют этому процессу, помогая воде преодолевать местные сопротивления в трубах.

Рис. 2. Графическая схема возникновения циркуляционного напора

В частных домах лучше всего размещать котел ниже отопительных приборов, например, в подвале. При квартирном отоплении, когда котел устанавливается непосредственно в квартире почти на одном уровне с радиаторами, для увеличения циркуляционного напора котел лучше устанавливать «в яму» прямо на плиты перекрытия, выпилив вокруг него пол. Разумеется, «в яме» должны быть сделаны противопожарные мероприятия: плиты выровнены тонкой стяжкой, уложены листы асбеста и железа.

Второй показатель, от которого зависит циркуляционный напор, это разница между плотностями охлажденной и горячей воды. Здесь необходимо заметить, что системы с естественной циркуляцией теплоносителя относятся к саморегулирующимся системам. При проведении качественного регулирования, то есть при изменении температуры нагрева воды, самопроизвольно возникают количественные изменения — изменяется расход воды. Из-за изменения плотности горячей воды будет увеличиваться (уменьшаться) естественное циркуляционное давление, а следовательно, и количество циркулирующей воды. Другими словами, когда на улице холодно, становится холодно и в доме, включая котел на полную мощность, мы увеличиваем нагрев воды, значительно уменьшая ее плотность. Придя в отопительные приборы, вода отдает теплоту охлажденному воздуху в помещении, ее плотность при этом сильно повышается. А если взглянуть на ту часть формулы (рис. 1), которая стоит в скобках, мы видим, что чем больше разность между плотностями охлажденной и горячей воды, тем больше циркуляционный напор. Следовательно, чем сильнее нагрета вода в котле и чем сильнее она остывает в радиаторе, тем быстрее она начинает «бегать» (циркулировать) по системе отопления и это происходит до тех пор, пока воздух в помещении не прогреется. После чего вода начинает остывать в радиаторах медленнее, плотность ее уже не сильно отличается от плотности воды, вышедшей из котла, и циркуляционный напор начинает постепенно снижаться. Водичка уже не «бегает» по трубам, как «угорелая» стремясь нагреть помещение, а степенно перекатывается в них. Но как только температура в помещении начнет снижаться, например, из-за резкого похолодания или просто из-за открытой по забывчивости входной двери, циркуляционный напор начнет повышаться и водичка «побежит» по трубам веселее, стремясь выровнять температуру. Таким образом и происходит саморегуляция системы: одновременное изменение температуры и количества воды обеспечивает необходимую теплоотдачу отопительных приборов для поддержания ровной температуры помещений.

Системы водяного отопления с естественной циркуляцией бывают двухтрубные с верхней и нижней разводками, а также однотрубные с верхней разводкой.

Источник: «Отопление дома. Расчет и монтаж систем » 2011. Савельев А.А.

круговорот воды | Управление научных миссий

Земля поистине уникальна своим обилием воды. Вода необходима для поддержания жизни на Земле и помогает связать земли, океаны и атмосферу Земли в единую систему. Осадки, испарение, замерзание, таяние и конденсация — все это часть гидрологического цикла — бесконечного глобального процесса циркуляции воды от облаков к суше, к океану и обратно к облакам. Этот круговорот воды тесно связан с обменом энергией между атмосферой, океаном и сушей, которые определяют климат Земли и вызывают большую часть естественной изменчивости климата.Воздействие изменения и изменчивости климата на качество жизни человека происходит главным образом за счет изменений круговорота воды. Как говорится в отчете Национального исследовательского совета о путях исследований на следующее десятилетие (NRC, 1999): «Вода находится в центре как причин, так и последствий изменения климата».

Значение океана в круговороте воды

Океан играет ключевую роль в этом жизненно важном круговороте воды. Океан содержит 97% всей воды на планете; 78% глобальных осадков выпадает над океаном, и это источник 86% глобального испарения.Помимо влияния на количество водяного пара в атмосфере и, следовательно, на количество осадков, испарение с поверхности моря играет важную роль в перемещении тепла в климатической системе. Вода испаряется с поверхности океана, в основном в теплых безоблачных субтропических морях. Это охлаждает поверхность океана, а большое количество тепла, поглощаемого океаном, частично нейтрализует парниковый эффект от увеличения углекислого газа и других газов. Водяной пар, переносимый атмосферой, конденсируется в виде облаков и выпадает в виде дождя, в основном в ITCZ, вдали от места его испарения. Конденсация водяного пара высвобождает скрытое тепло, что приводит в движение большую часть атмосферной циркуляции в тропиках.Это скрытое тепловыделение является важной частью теплового баланса Земли и связывает энергетический и водный циклы планеты.

Основные физические компоненты глобального водного цикла включают испарение с поверхности океана и суши, перенос водяного пара атмосферой, осадки на поверхность океана и сушу, чистый атмосферный перенос воды с суши в океан и обратный поток пресной воды с суши обратно в океан. Дополнительных компонентов океанического переноса воды немного, включая перемешивание пресной воды через океанический пограничный слой, перенос океанскими течениями и процессы морского льда.На суше ситуация значительно сложнее и включает выпадение дождя и снега на сушу; сток воды в стоке; проникновение воды в почву и грунтовые воды; хранение воды в почве, озерах и ручьях, а также грунтовых водах; полярный и ледниковый лед; и использование воды в растительности и деятельности человека. Иллюстрация круговорота воды, показывающая, как океан, земля, горы и реки возвращаются в океан. Обозначенные процессы включают: осадки, конденсацию, испарение, эвапортранспирацию (с дерева в атмосферу), радиационный обмен, поверхностный сток, грунтовые воды и речной сток, инфильтрацию, просачивание и влажность почвы.

Испарение («E») контролирует потерю пресной воды, а осадки («P») определяют большую часть притока пресной воды. Ученые отслеживают взаимосвязь между этими двумя первичными процессами в океанах. Ресурсы рек и таяние льда также могут способствовать увеличению запасов пресной воды. Испарение за вычетом осадков обычно называют чистым потоком пресной воды или всего пресной воды в океанах или из океанов. E-P определяет соленость поверхности океана, что помогает определить устойчивость водной толщи.Соленость и температура определяют плотность воды в океане, а плотность влияет на циркуляцию. E-P определяет соленость поверхности океана, что помогает определить устойчивость водной толщи. Осадки также косвенно влияют на высоту поверхности океана через соленость и плотность.

Поверхность океана постоянно встряхивается ветром и меняет свою плотность или плавучесть. Океан, естественно, имеет разные физические характеристики в зависимости от глубины. По мере увеличения глубины температура понижается, потому что солнце нагревает только поверхностные воды.Теплая вода легче или более плавучая, чем холодная, поэтому теплая поверхностная вода остается у поверхности. Однако поверхностные воды также подвержены испарению. Когда морская вода испаряется, вода удаляется, остается соль и остается относительно соленая вода. Эта относительно соленая вода может плавать на поверхности; например, в тропиках он плавает, потому что он такой теплый и плавучий.

В более высоких широтах морская вода имеет тенденцию быть соленой из-за переноса тропической воды к полюсу и, в меньшей степени, образования морского льда.Когда образуется морской лед, соль не кристаллизуется во льду, оставляя оставшуюся воду относительно соленой. Также около полюсов морская вода холодная и плотная. Взаимодействие между температурой воды и соленостью влияет на плотность и плотность, определяя термохалинную циркуляцию, или глобальную конвейерную ленту. Глобальная конвейерная лента — это процесс обращения в глобальном масштабе, который происходит на протяжении столетия. Вода тонет в Северной Атлантике, путешествует на юг вокруг Африки, поднимается в Индийском океане или далее в Тихом океане, затем возвращается к Атлантическому океану на поверхности и снова погружается в Северной Атлантике, снова начиная цикл.

Обобщенная модель термохалинной циркуляции: «Глобальный конвейерный пояс» На этом рисунке показаны холодные глубокие течения с высокой соленостью, циркулирующие от северной части Атлантического океана к южной части Атлантического океана и на восток до Индийского океана. Глубокая вода возвращается на поверхность в Индийском и Тихом океанах в результате апвеллинга. Затем теплое мелкое течение возвращается на запад, мимо Индийского океана, вокруг Южной Африки и вверх к Северной Атлантике, где вода становится более соленой и холодной и опускается, начиная процесс снова.

НАСА и водный цикл

Вода является неотъемлемой частью жизни на этой планете, и НАСА играет важную роль в исследованиях круговорота воды. В настоящее время существует множество миссий НАСА, которые одновременно измеряют множество переменных водного цикла Земли; Испарение, конденсация, осадки, поток подземных вод, скопление льда и сток. Миссии НАСА по исследованию водного цикла можно разделить на 3 основные категории; Водный цикл, энергетический цикл и миссии водного и энергетического цикла.Изучая каждую переменную водного и энергетического циклов Земли, «насколько это может сделать только НАСА», в настоящее время мы получаем важнейшее понимание влияния водного цикла на глобальный климат.

Цель НАСА — улучшить / поддержать следующие глобальные измерения: осадки (P), испарение (E), P-E и гидрологическое состояние суши, такое как вода-почва, заморозки / оттаивание и снег. Благодаря исследованиям водного цикла НАСА мы можем понять, как вода движется через систему Земли в гидрологическом цикле, и мы будем в лучшем положении, чтобы эффективно управлять этим жизненно важным возобновляемым ресурсом и помогать согласовывать естественные запасы воды с потребностями человека.НАСА — единственное национальное агентство, которое имеет возможность поддерживать полный спектр исследований водного цикла, от крупномасштабного дистанционного зондирования до полевых наблюдений на месте, сбора и анализа данных, а также разработки систем прогнозирования.

Запланировано больше миссий и инструментов НАСА, чтобы помочь лучше понять работу круговорота воды. В течение следующего десятилетия экспериментальная глобальная система наблюдения за водным и энергетическим циклом, объединяющая экологические спутники и потенциальные новые исследовательские миссии — i.е. передовые системы дистанционного зондирования твердых осадков, влажности почвы и запасов грунтовых вод — могут быть осуществимы. Эти предлагаемые новые подходы очень соблазнительны, поскольку знание глобальной доступности пресной воды под воздействием изменения климата приобретает все большее значение по мере роста населения. Космические измерения являются единственным средством систематического наблюдения за всей Землей при сохранении точности измерений, необходимых для оценки глобальной изменчивости.

Соленость морской поверхности (SSS) является ключевым индикатором для понимания круговорота пресной воды в океане.Это потому, что в то время как некоторые части круговорота воды увеличивают соленость, другие части уменьшают ее. Глобальные модели SSS регулируются географическими различиями в «водном бюджете». Как и на континентах, некоторые широты океана являются «дождливыми», а другие — засушливыми и «пустынными». В целом широтные зоны с преобладанием осадков имеют низкое НДС, а зоны с высоким уровнем испарения имеют высокое НДС. Самая низкая SSS наблюдается в умеренных широтах (40–50 градусов северной и южной широты), у берегов и в экваториальных регионах, а самая высокая SSS наблюдается примерно на 25–30 градусах северной и южной широты, в центрах океана и в закрытых морях.

Чтобы отслеживать изменения в моделях SSS с течением времени, ученые отслеживают взаимосвязь между испарением и осадками в океанах. После запуска Aquarius в 2008 году ученые смогут создавать точные карты мира (E — P). Таким образом, мы впервые увидим, как океан реагирует на изменчивость круговорота воды от сезона к сезону и от года к году.

Вклад миссии НАСА Aqua в мониторинг воды в окружающей среде Земли будет включать все шесть инструментов Aqua: атмосферный инфракрасный зонд (AIRS), усовершенствованный прибор для микроволнового зондирования (AMSU), зонд влажности для Бразилии (HSB), усовершенствованный микроволновый сканирующий радиометр. -Система наблюдений за Землей (AMSR-E), спектрорадиометр изображения среднего разрешения (MODIS) и система облаков и радиантной энергии Земли (CERES).Комбинация AIRS / AMSU / HSB обеспечит более точные измерения температуры атмосферы и водяного пара из космоса, чем когда-либо ранее, а также с самым высоким вертикальным разрешением на сегодняшний день. Поскольку водяной пар является основным парниковым газом Земли и вносит значительный вклад в неопределенности в прогнозах глобального потепления в будущем, очень важно понять, как он изменяется в системе Земли.

Замерзшая вода в океанах в форме морского льда будет исследоваться с использованием данных AMSR-E и MODIS, первые из которых позволяют проводить регулярный мониторинг морского льда с грубым разрешением, а вторые обеспечивают более высокое пространственное разрешение, но только в условиях отсутствия облаков. условия.Морской лед может изолировать нижележащую жидкую воду от потерь тепла в зачастую холодную вышележащую полярную атмосферу, а также отражает солнечный свет, который в противном случае был бы доступен для обогрева океана. Измерения AMSR-E позволят в обычном порядке определять концентрацию морского льда в обоих полярных регионах, используя заметный контраст в микроволновом излучении морского льда и жидкой воды. Это продолжит с улучшенным разрешением и точностью 22-летнюю спутниковую запись изменений протяженности полярного льда.MODIS с его более высоким разрешением позволяет идентифицировать отдельные льдины, когда они не закрыты облаками.

Экспериментальное исследование солнечной водонагревательной системы с термосифонным контуром с принудительной циркуляцией

Гравитационные термосифоны (LT) без фитиля широко используются для сбора тепла на расстояниях до нескольких метров. Это двухфазное закрытое устройство, которое работает при пониженном давлении, полезно в системах солнечного нагрева воды (SWH), поскольку оно может решить проблему замерзания зимой.По сравнению с обычным типом фитинги LT с принудительной циркуляцией имеют значительные преимущества в отношении передачи тепла на большие расстояния и свободы установки секции конденсации. В этом исследовании была предложена система LT-SWH без фитиля с насосом и переделанным плоским солнечным коллектором. Солнечный коллектор действовал как испарительная секция LT без фитиля, в то время как спиральный теплообменник в резервуаре для воды действовал как секция конденсации. В качестве рабочей жидкости использовался R600a, проводились длительные эксперименты на открытом воздухе.Результаты показывают, что мгновенная и среднесуточная фототермическая эффективность предлагаемой системы может достигать 69,54% и 58,22% соответственно. Разница температур между верхней и нижней, а также средней и нижней частью испарительной секции LT без фитиля была небольшая и обычно составляла от 1,1 до 3,9 ° C. Линейная арматура коллектора и общие характеристики системы без фитиля с насосом LT-SWH демонстрируют многообещающие потенциальные возможности применения системы.

1.Введение

Солнечные водонагревательные системы (SWH) широко применяются как в быту, так и на промышленном уровне, и SWH оказались легкодоступными технологиями, которые могут напрямую заменить возобновляемые источники энергии для обычного нагрева воды. В зависимости от типа вовлеченной циркуляции SWH можно разделить на две группы: естественная циркуляция и принудительная циркуляция. Ожидается, что будут доступны различные типы циркуляции систем SWH, подходящие для различных применений [1, 2].SWH с принудительной циркуляцией обычно используются в коммерческой и промышленной термической обработке [3]. Солнечный коллектор имеет большое значение и работает как сердце системы SWH. Наиболее распространенными солнечными технологиями являются вакуумные трубчатые коллекторы в Китае и плоские солнечные коллекторы в остальном мире [4]. Однако для обычного плоского солнечного коллектора существуют проблемы с замерзанием, когда температура окружающей среды ниже нуля, а также проблемы с коррозией, когда температура воды высока, а pH отклоняется от нейтрального уровня [5].

Петлевые термосифоны (LTs) [6], пародинамические термосифоны (VDT) [7, 8] и пульсирующие тепловые трубки (PHP) [9] являются альтернативными решениями вышеупомянутых проблем. Среди этих теплопередающих устройств LT наиболее ценятся при интеграции с солнечным коллектором для упрощения производственного процесса. LT — это двухфазное закрытое устройство, которое обеспечивает альтернативное решение вышеупомянутых проблем. Секции испарения и конденсации LT разделены; таким образом, он может осуществлять эффективную и удаленную передачу тепла с помощью капиллярной откачки или силы тяжести [10, 11].Он имеет отличные характеристики теплопередачи благодаря вакуумному уплотнению и теплопередаче с фазовым переходом. Он также имеет отличные изотермические характеристики на основе внутренней двухфазной теплопередачи. LT-SWH интенсивно исследуются в последние десятилетия. В экспериментах Soin et al. [12, 13] изучались фототермические характеристики низкотемпературного солнечного испарителя, заполненного ацетоном и петролейным эфиром. Фототермический КПД двухфазного солнечного коллектора составлял всего около 6–11%, что ниже, чем у системы SWH на водной основе.M. Esen и H. Esen [14] исследовали тепловые характеристики LT солнечного коллектора при использовании различных рабочих жидкостей. Результаты показали, что все они имели одинаковую максимальную эффективность сбора около 50%. Chien et al. [15] разработали теоретическую модель, подтвержденную экспериментальными данными; Результат показал, что наилучший мгновенный тепловой КПД составил 82%, что выше, чем у обычных систем SWH. Джоуди и Аль-Таббах [16] также показали, что фототермическая эффективность системы LT-SWH была примерно на 20% выше, чем у коллектора на водной основе.Arab et al. [17] использовали пульсирующие тепловые трубки (PHP) в системе SWH. Был разработан очень длинный PHP, и результаты показали, что конфигурация обеспечивает удовлетворительную производительность. Матиулакис и Белессиотис [18] теоретически и экспериментально представили свои исследования энергетического поведения нового типа солнечного коллектора, в котором используется LT без фитиля, заполненный этанолом. Наблюдался мгновенный КПД до 60%. Хусейн [19, 20] представил теоретический и экспериментальный анализ плоского солнечного водонагревателя LT.Были исследованы различные метеорологические условия, начальная температура резервуара для воды, характер нагрузки забора горячей воды, соотношение объема резервуара-хранилища к площади коллектора, соотношения размеров резервуара-хранилища и высота резервуара-хранилища нагревателя и коллектора. Ордаз-Флорес и др. [21] представили косвенные характеристики системы LT-SWH, использующей ацетон и метанол в качестве рабочих жидкостей. Результаты показали, что средняя экспериментальная фототермическая эффективность в течение дня испытаний составила 48% и 50% соответственно.Чжан и др., . [22] использовал сверхкритический CO 2 в качестве рабочего тела; была представлена ​​средняя эффективность сбора 58% в течение всего года испытаний. Pei et al. [23] сравнили коллектор LT-PV / T и обычный коллектор PV / T с использованием R600a в качестве рабочего тела. Результаты показали, что коллектор LT-PV / T имел более высокую эффективность фотоэлектрического преобразования, но более низкую фототермическую эффективность и меньшую разницу температур между элементами коллектора, чем нормальный коллектор PV / T.Однако обе системы показали практически одинаковую энергоэффективность. Albanese et al. [24] представили солнечную стену с тепловыми трубками, а также были разработаны экспериментальные и компьютерные модели для оценки производительности системы. Также представлены некоторые исследования с использованием LT в системе BIPV / T. Zhao et al. [25] теоретически исследовали характеристики LT-SWH для типичного многоквартирного дома в Пекине. Была установлена, проанализирована и подробно обсуждена взаимосвязь между эффективностью системы и рабочими параметрами.Wang et al. [26] исследовали новую фасадную солнечную систему водяного отопления LT с использованием как теоретических, так и экспериментальных методов. Обсуждались различные рабочие параметры и два типа стеклянной крышки. Результаты эксперимента и моделирования хорошо согласуются.

Двухфазный циркуляционный поток в LT управляется разницей температур с помощью силы тяжести или капиллярной силы. Фитиль, расположенный в испарителе, обычно изготавливается из пористой структуры, что требует сложного и дорогостоящего производственного процесса.Он создает капиллярную силу для возврата жидкости в испаритель и гарантирует, что рабочая жидкость равномерно распределяется по поверхности теплопередачи в испарителе. Однако установка фитилей в медных трубках за плоскими солнечными коллекторами обходится дорого.

Принимая во внимание, что солнечные коллекторы обычно наклоняются и устанавливаются, более предпочтительным является LT без фитиля с гравитационным питанием из-за его низкой стоимости и простой конструкции. Тем не менее, система LT-SWH без фитиля не может использоваться, когда резервуар для воды находится ниже солнечного коллектора, что означает, что ее трудно интегрировать в здания и она не подходит для домашнего использования.Используя данные SWH на водной основе с активным циклом, насос хладагента может быть внедрен в систему LT-SWH без фитиля. Хотя система требует дополнительного энергопотребления, резервуар для воды не имеет ограничения по положению, трубы не имеют ограничений по длине, и систему можно легко интегрировать в здания. Однако было проведено несколько экспериментов или испытаний без фитиля с принудительной циркуляцией LT-SWH. LT-SWH без фитиля с принудительной циркуляцией является новым, и о поведении системы еще не сообщалось.Поэтому в данном исследовании изначально предлагается прототип новой системы LT-SWH без фитиля с принудительной циркуляцией. Он состоит из насоса хладагента, испарительного солнечного коллектора, резервуара для водного конденсата, резервуара для хранения испарительной жидкости и резервуара для хранения конденсируемой жидкости. Был проведен длительный открытый тест; была изучена производительность системы.

2. Проектирование системы и экспериментальная установка

Схема предлагаемой системы показана на рисунке 1. Она включает солнечный коллектор, действующий как испарительную секцию LT, резервуар для хранения испарительной жидкости, резервуар для хранения конденсируемой жидкости, воду бак со спиральным змеевиком, выполняющим функцию конденсационной секции LT, четыре смотровых стекла и насос хладагента.Информация об используемых устройствах и медных трубах подробно представлена ​​в таблице 1. В качестве рабочего тела использовался хладагент R600a.



Устройство и медная трубка Размер (мм) Примечания

Резервуар для воды Φ4501570 150 ± 1 л
Резервуар для хранения конденсата Φ58440 5.9 л
Бак для хранения испарительной жидкости Φ58440 5,9 л
Насос / 60 Вт (номинальная мощность)
Солнечный коллектор (на водной основе) 1000200095

Термохалинная циркуляция | океанография | Britannica

Термохалинная циркуляция , также называемая Global Ocean Conveyor или Great Ocean Conveyor Belt , компонент общей океанической циркуляции, контролируемой горизонтальными разностями температуры и солености.Он постоянно заменяет морскую воду на глубине водой с поверхности и медленно заменяет поверхностные воды в других местах водой, поднимающейся с более глубоких глубин. Хотя этот процесс является относительно медленным, перемещаются огромные объемы воды, которые переносят тепло, питательные вещества, твердые вещества и другие материалы на большие расстояния. Термохалинная циркуляция также вытесняет более теплые поверхностные воды к полюсу от субтропиков, что смягчает климат Исландии и других прибрежных районов Европы.

термохалинная циркуляция

термохалинная циркуляция транспортирует и перемешивает воду океанов.В процессе он переносит тепло, которое влияет на региональные климатические условия. Плотность морской воды определяется температурой и соленостью определенного объема морской воды в определенном месте. Разница в плотности между одним местом и другим стимулирует термохалинную циркуляцию.

Британская викторина

Мировой океан: факт или вымысел?

Является ли риф особенностью океана? Есть ли в Атлантическом океане самая глубокая вода в мире? Разбери факты и узнай, насколько глубоки твои познания, в этой викторине о Мировом океане.

Далее следует краткое рассмотрение термохалинной циркуляции. Для полного описания, см. Океанское течение: два типа океанских течений: термохалинная циркуляция.

Общая циркуляция океанов состоит в основном из океанских течений, приводимых в движение ветром. Это, однако, накладывается на гораздо более медленную циркуляцию, вызванную горизонтальными различиями в температуре и солености, а именно термохалинную циркуляцию. Ветровая циркуляция, которая является самой сильной в поверхностном слое океана, является более сильной из двух и имеет форму больших круговоротов, преобладающих в области океана.Напротив, термохалинная циркуляция намного медленнее, с типичной скоростью 1 сантиметр (0,4 дюйма) в секунду, но этот поток распространяется на морское дно и формирует схемы циркуляции, которые охватывают глобальный океан.

В некоторых районах океана, как правило, в зимний период, похолодание или чистое испарение приводят к тому, что поверхностная вода становится достаточно плотной, чтобы опускаться. Конвекция достигает уровня, на котором плотность тонущей воды совпадает с плотностью окружающей воды. Затем он медленно распространяется на остальную часть океана.Другая вода должна заменить тонущие поверхностные воды. Это устанавливает термохалинную циркуляцию. Основная термохалинная циркуляция — это опускание холодной воды в полярных регионах, главным образом в северной части Северной Атлантики и около Антарктиды. Эти плотные водные массы распространяются по всему океану и постепенно поднимаются вверх, питая медленный возвратный поток в тонущие районы. Теория термохалинной циркуляции была впервые предложена Генри Стоммелом и Арнольдом Аронсом в 1960 году.

Получите эксклюзивный доступ к контенту из нашего первого издания 1768 с вашей подпиской.Подпишитесь сегодня

Некоторые ученые считают, что глобальное потепление может остановить эту систему океанских течений, создав приток пресной воды от таяния ледяных щитов и ледников в приполярную северную часть Атлантического океана. Поскольку пресная вода менее плотная, чем соленая, значительное проникновение пресной воды снизило бы плотность поверхностных вод и, таким образом, подавило бы опускание, которое вызывает крупномасштабную термохалинную циркуляцию. Также высказывалось предположение, что вследствие крупномасштабного потепления поверхности такие изменения могут даже вызвать более холодные условия в регионах, окружающих Северную Атлантику.Эксперименты с современными климатическими моделями показывают, что такое событие маловероятно. Вместо этого может произойти умеренное ослабление термохалинной циркуляции, которое приведет к ослаблению поверхностного потепления, а не к фактическому похолоданию в более высоких широтах Северной Атлантики. См. Также океанское течение.

9.2.3: Циркуляционная система | PNG 301: Введение в разработку нефти и природного газа

Циркуляционная система на буровой установке — это система, которая обеспечивает циркуляцию бурового раствора или Буровой раствор вниз через полую бурильную колонну и вверх по кольцевому каналу пространство между бурильной колонной и стволом скважины.Это непрерывная система, состоящая из насосов, распределительных линий, резервуаров для хранения, ям для хранения и устройств очистки, которая позволяет буровому раствору выполнять свои основные задачи (они будут обсуждаться позже в этом уроке). Буровые насосы циркуляционной системы и буровая лебедка подъемных систем являются двумя наиболее важными потребителями энергии из энергосистемы

.

На подробной схеме буровой установки ( Рис. 9.02c ) система циркуляции состоит из:

  • Вертлюг (поз.6)
  • Поворотный шланг (позиция 17)
  • Линия возврата бурового раствора (позиция 23)
  • Shale Shaker (поз.24)
  • Дроссельный коллектор (поз.25)
  • Сепаратор бурового газа (позиция 26)
  • Дегазатор (поз.27)
  • Запасная яма (позиция 28)
  • Грязевые ямы (позиция 29)
  • Пескоуловитель (поз.30)
  • Десилтер (позиция 31)
  • Буровые насосы (поз.32)
  • Линия сброса бурового раствора (позиция 33)
  • Хранение насыпных компонентов бурового раствора (элемент 34)
  • Грязевой дом (позиция 35)
  • Бак для воды (позиция 36)

Рисунок 9.02c: Циркуляционная система в современной роторной установке

Буровой раствор смешивается в амбарах и закачивается буровыми насосами через вертлюг, через противовыбросовый превентор (не являющийся частью циркуляционной системы) вниз по полой бурильной трубе, через отверстия ( Jet Nozzles ) в долота, вверх по кольцевому пространству между бурильной трубой и стволом скважины (где он поднимает шлам) на поверхность через оборудование для контроля твердой фазы ( Shale Shaker , Desander и Дезилтер ) и обратно в грязевые ямы.Схема циркуляционной системы показана на рис. 9.05 .

На этом рисунке буровой раствор (раствор) на основе пресной воды смешан с водой из резервуара для воды (не показан на рис. 9.05 ) и компонентами из хранилища компонентов бурового раствора (не показано в рис. 9.05 ) в грязевой яме . Буровые насосы , , , , затем закачивают буровой раствор через вертлюг, ведущую трубку, втулку ведущей трубы и поворотный стол в бурильную колонну.

Буровые насосы на типичной буровой установке бывают одностороннего или двойного действия Поршневые ( Положительное вытеснение ) Насосы , которые могут содержать два поршня-цилиндра (двойной насос) или три поршня -цилиндры (триплексный насос). Рисунок 9.06 показывает схематические изображения одинарного поршневого цилиндра в (A) поршневом насосе одинарного действия и (B) поршневом насосе двойного действия.

В этих насосах положительное давление и отрицательное давление (всасывание) в цилиндре заставляют клапаны открываться и закрываться (примечание: клапаны на схеме являются простыми изображениями реальных клапанов).Из-за высокой вязкости бурового раствора на входной стороне насоса может потребоваться нагнетательный насос для поддержания движения жидкости в цилиндры при высоких давлениях и предотвращения кавитации в насосе.

Рисунок 9.05: Схема циркуляционной системы на современной роторной установке

причин задержки воды | О задержке воды

Существует как минимум семь причин задержки воды . Большинство случаев задержки воды происходит из-за «идиопатического отека (отека)», что просто означает, что задержка воды не вызвана конкретным заболеванием.В большинстве случаев причину можно устранить, изменив то, что вы едите и как занимаетесь спортом. Прочтите разделы ниже, чтобы узнать, какое у вас удержание воды.

Слабое кровообращение в венах ног

Это, вероятно, одна из наиболее распространенных причин задержки воды в ногах и лодыжках. Это происходит во время беременности и вызывает отеки, подобные тем, что показаны на видео. У пожилых людей эта проблема также может привести к варикозному расширению вен.См. Также…

Закупорка или застой лимфатической системы

Это может вызвать задержку воды, известную как лимфедема (лимфедема), которая часто встречается, например, после некоторых хирургических вмешательств. Люди, которые проводят много времени в неподвижности, например у тех, кто находится на больничных койках, в инвалидных колясках или на дальних рейсах, даже у «лежачей картошки» может развиться задержка воды, потому что без регулярных движений вашей лимфатической системе трудно отводить лишнюю жидкость из ваших тканей.

Предменструальная задержка воды

Это тоже обычное явление, вызванное гормональными изменениями менструального цикла.Недостаток питательных веществ, вызванный употреблением слишком большого количества неправильных продуктов и напитков, усугубит эту проблему.

Соль

Одна из основных причин задержки воды — употребление слишком большого количества соленой пищи. Главный компонент соли — это натрий, который организм разбавляет водой, если его слишком много. Соль вызывает у вас жажду, и ваше тело будет удерживать эту воду. Уменьшение количества соли в вашем рационе поможет вам немного уменьшить задержку воды, но обычно не более 2 фунтов в весе.Даже относительно соленая диета, хотя она может быть во многих отношениях вредной, обычно не вызывает сильного удержания воды.

Менее известные причины задержки воды

Гормоны и лекарства

Высокий уровень некоторых гормонов также может заставить ваше тело удерживать воду. К ним относятся инсулин, который необходим для переработки сахара; кортизон, который вырабатывается при стрессе; и женские гормоны эстроген (эстроген) и прогестерон. Эффект удержания воды вызван воздействием этих гормонов на уровень натрия в организме и на гормоны, которые определяют работу почек.Некоторые прописанные лекарства, такие как противозачаточные таблетки и некоторые обезболивающие, могут вызывать задержку воды, влияя на уровень этих гормонов.

Задержка воды, вызванная гормонами, может распространяться по всему телу, но чаще всего влияет на ваш животик. У женщин также может наблюдаться задержка воды в груди, что вызывает болезненность и опухание груди. См. Также…

Отходы и токсины

Целлюлит, который чаще всего поражает женские бедра, представляет собой комплекс жировых отложений с удерживаемой водой.Иногда в нем содержится столько воды, что он опухает и болезнен на ощупь. Метаболические отходы и токсины, такие как пестициды, которые организм не может легко высвободить, как правило, накапливаются в этом жире. Считается, что причиной задержки воды при целлюлите является либо раздражение и отек из-за этих токсинов, либо результат попытки организма их разбавить.

Низкокалорийные диеты

Если у вас задержка воды, вы, скорее всего, наберете лишний вес. Но люди с избыточным весом склонны придерживаться низкокалорийной диеты.К сожалению, низкокалорийная диета не избавит от задержки воды — она ​​может даже ухудшить ситуацию, особенно если вы потребляете менее 1200 калорий в день в течение нескольких месяцев или лет. Это связано с тем, что в крови может не хватать белка, чтобы выводить лишнюю воду из тканей. Этот тип задержки воды может вызвать генерализованную отечность, но в сильной степени может привести к опуханию живота.

Обзор книги

Waterfall Diet на Amazon

Гистамин

Гистамин вызывает задержку воды, приводящую к вздутию живота и вздутию живота.Если вас когда-либо ужалило насекомое или после укуса комара у вас образовалась зудящая красная шишка, вам будет известно о действии гистамина. Гистамин расширяет соединения между клетками, выстилающими ваши мельчайшие кровеносные сосуды, известные как ваши капилляры. Это заставляет их пропускать воду и белок в ваши «тканевые пространства» — область, окружающую клетки тканей, таких как плоть, органы и кишечник. Если белок не может быть удален из ваших тканевых пространств, он останется там, притягивая воду.

Тканевые пространства. Круглые объекты представляют клетки, которые получают питательные вещества из кровеносных капилляров и отправляют отходы в капилляр.

Плохое пищеварение и прием антибиотиков могут вызвать изменения в кишечнике, которые приводят к образованию большого количества гистамина в этой области. Иногда употребление йогурта и пробиотиков может помочь уменьшить эту проблему, но если это продолжается в течение некоторого времени, эти меры могут быть неэффективными сами по себе.

Употребление меньшего количества жидкости не избавит от задержки воды.Одна из причин задержки воды — обезвоживание из-за недостатка воды.

Эти причины задержки воды часто устраняются диетическими мерами. Водопадная диета была разработана британским диетологом Линдой Лазаридес, чтобы помочь избавиться от лишнего веса воды как можно быстрее. Он также может помочь в лечении проблем со здоровьем, связанных с задержкой воды, таких как опухшие ноги, артрит, высокое кровяное давление и ПМС.

Проблемы с сердцем или почками

Сердечная или почечная недостаточность вызывает серьезные и необратимые отеки ног и лодыжек (отек или отек) вместе с истощением, одышкой, кашлем и серьезным снижением способности к мочеиспусканию.Это медицинские условия, требующие лечения от врача.

У вас задерживается вода?

Узнайте, как от него избавиться. Нажмите на изображение книги, чтобы найти книгу Линды на Amazon. Вот отзыв одного из ее читателей:

Я соблюдаю вашу диету для удержания воды в течение 5 дней, и мои ноги уже стали меньше. Я очень рад, что могу избавиться от лишней воды из своего тела. Я никогда не думал о еде, которая заставляет вас задерживать воду. У меня был излишек (который я считал толстым) на внутренней стороне бедра, вчера я посмотрел, и он исчез.У меня это было несколько лет. Большое спасибо за диету, удерживающую воду. Я буду держать вас в курсе, как у меня дела. Я также рада отказаться от питья, которое принимала.
Lenore H, сентябрь 2015 г., США

Диета с легким удержанием воды: как натуральные продукты могут избавиться от водного веса и отеков

Сохранить

Сводка

Название изделия

Причины удержания воды

Описание

Существует как минимум семь различных причин удержания воды.Узнайте, какой у вас тип задержки воды и какие методы лечения и средства правовой защиты работают лучше всего.

Автор

Линда Лазаридес

Имя издателя

О Линде Лазаридес

Линда Лазаридес — международный эксперт по удержанию воды, автор восьми книг и основатель Британской ассоциации диетотерапии. Она успешно вылечила сотни людей, обращенных к ней врачами. Посмотрите истории успеха или скачайте электронное руководство.

солнечной энергии | Национальное географическое общество

Солнечная энергия — это любой тип энергии, производимый солнцем.

Солнечная энергия создается ядерным синтезом, происходящим на солнце. Синтез происходит, когда протоны атомов водорода яростно сталкиваются в ядре Солнца и сливаются, образуя атом гелия.

Этот процесс, известный как цепная реакция PP (протон-протон), выделяет огромное количество энергии. По своей сути, Солнце каждую секунду сжигает около 620 миллионов метрических тонн водорода.Цепная реакция PP происходит в других звездах размером с наше Солнце и обеспечивает им постоянную энергию и тепло. Температура этих звезд составляет около 4 миллионов градусов по шкале Кельвина (около 4 миллионов градусов по Цельсию, 7 миллионов градусов по Фаренгейту).

В звездах, которые примерно в 1,3 раза больше Солнца, цикл CNO стимулирует создание энергии. Цикл CNO также преобразует водород в гелий, но для этого используются углерод, азот и кислород (C, N и O).В настоящее время менее 2% солнечной энергии создается за счет цикла CNO.

Ядерный синтез посредством цепной реакции полипропилена или цикла CNO высвобождает огромное количество энергии в форме волн и частиц. Солнечная энергия постоянно уходит от солнца и по всей солнечной системе. Солнечная энергия нагревает Землю, вызывает ветер и погоду, а также поддерживает жизнь растений и животных.

Энергия, тепло и свет солнца уходят в форме электромагнитного излучения (ЭМИ).

Электромагнитный спектр существует в виде волн разных частот и длин волн. Частота волны показывает, сколько раз волна повторяется за определенную единицу времени. Волны с очень короткими длинами волн повторяются несколько раз в заданную единицу времени, поэтому они высокочастотны. Напротив, низкочастотные волны имеют гораздо большую длину волны.

Подавляющее большинство электромагнитных волн для нас невидимо. Наиболее высокочастотные волны, излучаемые солнцем, — это гамма-лучи, рентгеновские лучи и ультрафиолетовое излучение (УФ-лучи).Наиболее вредные ультрафиолетовые лучи почти полностью поглощаются атмосферой Земли. Менее сильные ультрафиолетовые лучи проходят через атмосферу и могут вызвать солнечный ожог.

Солнце также излучает инфракрасное излучение, волны которого намного более низкочастотны. Большая часть тепла от солнца поступает в виде инфракрасной энергии.

Между инфракрасным и ультрафиолетовым светом находится видимый спектр, который содержит все цвета, которые мы видим на Земле. Красный цвет имеет самую длинную длину волны (ближайшую к инфракрасному), а фиолетовый (ближайшую к ультрафиолетовому излучению) самую короткую.

Естественная солнечная энергия

Парниковый эффект
Инфракрасные, видимые и ультрафиолетовые волны, достигающие Земли, участвуют в процессе нагревания планеты и создания возможности для жизни — так называемого «парникового эффекта».

Около 30% солнечной энергии, которая достигает Земли, отражается обратно в космос. Остальное поглощается атмосферой Земли. Радиация нагревает поверхность Земли, и поверхность излучает часть энергии обратно в виде инфракрасных волн.Когда они поднимаются в атмосфере, они улавливаются парниковыми газами, такими как водяной пар и углекислый газ.

Парниковые газы улавливают тепло, которое отражается обратно в атмосферу. Таким образом они действуют как стеклянные стены теплицы. Этот парниковый эффект сохраняет на Земле достаточно тепла, чтобы поддерживать жизнь.

Фотосинтез
Практически все живое на Земле прямо или косвенно использует солнечную энергию для получения пищи.

Производители напрямую полагаются на солнечную энергию.Они поглощают солнечный свет и превращают его в питательные вещества посредством процесса, называемого фотосинтезом. Производители, также называемые автотрофами, включают растения, водоросли, бактерии и грибы. Автотрофы — основа пищевой сети.

Потребители полагаются на производителей питательных веществ. Травоядные, плотоядные, всеядные и детритоядные животные косвенно полагаются на солнечную энергию. Поедают травоядные растения и других производителей. Плотоядные и всеядные животные едят как производителей, так и травоядных. Детритофаги разлагают растительные и животные вещества, потребляя их.

Ископаемое топливо
Фотосинтез также отвечает за все ископаемое топливо на Земле. По оценкам ученых, около 3 миллиардов лет назад первые автотрофы появились в водных условиях. Солнечный свет позволил растениям процветать и развиваться. После гибели автотрофов они разложились и ушли вглубь Земли, иногда на тысячи метров. Этот процесс продолжался миллионы лет.

Под сильным давлением и высокими температурами эти останки стали тем, что мы знаем как ископаемое топливо.Микроорганизмы стали нефтью, природным газом и углем.

Люди разработали процессы добычи этих ископаемых видов топлива и их использования для получения энергии. Однако ископаемое топливо — невозобновляемый ресурс. На их формирование уходят миллионы лет.

Использование солнечной энергии

Солнечная энергия является возобновляемым ресурсом, и многие технологии могут использовать ее непосредственно для использования в домах, на предприятиях, школах и больницах. Некоторые технологии солнечной энергии включают фотоэлектрические элементы и панели, концентрированную солнечную энергию и солнечную архитектуру.

Существуют различные способы улавливания солнечного излучения и преобразования его в полезную энергию. В методах используется либо активная солнечная энергия, либо пассивная солнечная энергия.

Активные солнечные технологии используют электрические или механические устройства для активного преобразования солнечной энергии в другую форму энергии, чаще всего в тепло или электричество. Пассивные солнечные технологии не используют никаких внешних устройств. Вместо этого они используют преимущества местного климата для обогрева конструкций зимой и отражения тепла летом.

Фотовольтаика

Фотовольтаика — это разновидность активной солнечной технологии, которая была открыта в 1839 году 19-летним французским физиком Александром-Эдмоном Беккерелем. Беккерель обнаружил, что когда он помещал хлорид серебра в кислотный раствор и подвергал его воздействию солнечного света, прикрепленные к нему платиновые электроды генерировали электрический ток. Этот процесс производства электричества непосредственно из солнечного излучения называется фотоэлектрическим эффектом или фотоэлектрическим эффектом.

Сегодня фотоэлектрическая энергия, вероятно, самый распространенный способ использования солнечной энергии.Фотоэлектрические батареи обычно включают солнечные панели, совокупность десятков или даже сотен солнечных элементов.

Каждый солнечный элемент содержит полупроводник, обычно сделанный из кремния. Когда полупроводник поглощает солнечный свет, он выбивает электроны. Электрическое поле направляет эти свободные электроны в электрический ток, текущий в одном направлении. Металлические контакты в верхней и нижней части солнечного элемента направляют этот ток к внешнему объекту. Внешний объект может быть таким маленьким, как вычислитель на солнечной энергии, или большим, как электростанция.

Фотоэлектрические элементы были впервые широко использованы на космических кораблях. Многие спутники, в том числе Международная космическая станция, имеют широкие отражающие «крылья» солнечных батарей. МКС имеет два крыла солнечных батарей (ПАВ), в каждом из которых используется около 33 000 солнечных элементов. Эти фотоэлектрические элементы снабжают МКС всем электричеством, позволяя астронавтам управлять станцией, безопасно жить в космосе в течение нескольких месяцев и проводить научные и инженерные эксперименты.

Фотоэлектрические электростанции построены по всему миру.Самые большие станции находятся в США, Индии и Китае. Эти электростанции вырабатывают сотни мегаватт электроэнергии, которая используется для снабжения домов, предприятий, школ и больниц.

Фотоэлектрическая технология также может быть установлена ​​в меньшем масштабе. Солнечные панели и элементы могут быть прикреплены к крышам или наружным стенам зданий, обеспечивая электричество для конструкции. Их можно размещать как вдоль дорог, так и на легких магистралях. Солнечные элементы достаточно малы, чтобы питать даже небольшие устройства, такие как калькуляторы, паркоматы, уплотнители мусора и водяные насосы.

Концентрированная солнечная энергия

Другой тип активной солнечной технологии — это концентрированная солнечная энергия или концентрированная солнечная энергия (CSP). В технологии CSP используются линзы и зеркала для фокусировки (концентрации) солнечного света с большой площади на гораздо меньшую. Эта интенсивная область излучения нагревает жидкость, которая в свою очередь генерирует электричество или подпитывает другой процесс.

Солнечные печи — пример концентрированной солнечной энергии. Есть много различных типов солнечных печей, в том числе солнечные энергетические башни, параболические желоба и отражатели Френеля.Они используют один и тот же общий метод для захвата и преобразования энергии.

В солнечных электростанциях используются гелиостаты, плоские зеркала, которые поворачиваются, чтобы следовать по дуге солнца в небе. Зеркала расположены вокруг центральной «коллекторной башни» и отражают солнечный свет в концентрированный луч света, который попадает в фокусную точку башни.

В предыдущих проектах солнечных электростанций концентрированный солнечный свет нагревал емкость с водой, в результате чего производился пар, приводящий в действие турбину. В последнее время в некоторых солнечных электростанциях используется жидкий натрий, который имеет более высокую теплоемкость и сохраняет тепло в течение более длительного периода времени.Это означает, что жидкость не только достигает температуры от 773 до 1273 К (от 500 до 1000 ° C или от 932 до 1832 ° F), но и может продолжать кипятить воду и генерировать энергию, даже когда солнце не светит.

Параболические желоба и отражатели Френеля также используют CSP, но их зеркала имеют другую форму. Параболические зеркала имеют изогнутую форму, похожую на седло. В отражателях Френеля используются плоские тонкие полоски зеркала, чтобы улавливать солнечный свет и направлять его на трубку с жидкостью. Отражатели Френеля имеют большую площадь поверхности, чем параболические желоба, и могут концентрировать солнечную энергию примерно в 30 раз по интенсивности.

Концентрированные солнечные электростанции были впервые разработаны в 1980-х годах. Самый большой объект в мире — это серия заводов в пустыне Мохаве в Калифорнии. Эта система производства солнечной энергии (SEGS) вырабатывает более 650 гигаватт-часов электроэнергии каждый год. Другие крупные и эффективные предприятия были разработаны в Испании и Индии.

Концентрированная солнечная энергия также может использоваться в меньших масштабах. Например, он может генерировать тепло для солнечных плит. Люди в деревнях по всему миру используют солнечные плиты для кипячения воды для санитарии и приготовления пищи.

Солнечные плиты имеют много преимуществ по сравнению с дровяными печами: они не создают опасности возгорания, не производят дыма, не требуют топлива и сокращают потерю среды обитания в лесах, где деревья будут заготавливаться в качестве топлива. Солнечные плиты также позволяют сельским жителям уделять время учебе, работе, здоровью или семье в то время, которое раньше использовалось для сбора дров. Солнечные плиты используются в самых разных регионах, таких как Чад, Израиль, Индия и Перу.

Солнечная архитектура

В течение дня солнечная энергия является частью процесса тепловой конвекции или перемещения тепла из более теплого помещения в более прохладное.Когда солнце встает, оно начинает нагревать предметы и материалы на Земле. В течение дня эти материалы поглощают тепло солнечного излучения. Ночью, когда солнце садится и атмосфера остывает, материалы выделяют тепло обратно в атмосферу.

Пассивные солнечные энергии используют преимущества этого естественного процесса нагрева и охлаждения.

Дома и другие здания используют пассивную солнечную энергию для эффективного и недорогого распределения тепла. Примером этого является расчет «тепловой массы» здания.Тепловая масса здания — это основная масса материала, нагреваемого в течение дня. Примеры термической массы здания: дерево, металл, бетон, глина, камень или грязь. Ночью тепловая масса отдает тепло обратно в комнату. Эффективные системы вентиляции — коридоры, окна и воздуховоды — распределяют теплый воздух и поддерживают умеренную постоянную температуру в помещении.

Пассивные солнечные технологии часто используются при проектировании зданий. Например, на стадии планирования строительства инженер или архитектор может выровнять здание по дневному пути солнца, чтобы получить желаемое количество солнечного света.Этот метод учитывает широту, высоту и типичный облачный покров определенной области. Кроме того, здания могут быть построены или переоборудованы для обеспечения теплоизоляции, тепловой массы или дополнительного затенения.

Другими примерами пассивной солнечной архитектуры являются холодные крыши, лучистые барьеры и зеленые крыши. Холодные крыши выкрашены в белый цвет и отражают солнечное излучение, а не поглощают его. Белая поверхность уменьшает количество тепла, которое достигает внутренней части здания, что, в свою очередь, снижает количество энергии, необходимой для охлаждения здания.

Излучающие барьеры работают так же, как холодные крыши. Они обеспечивают изоляцию с помощью материалов с высокой отражающей способностью, таких как алюминиевая фольга. Фольга отражает, а не поглощает тепло, и может снизить затраты на охлаждение до 10%. Помимо крыш и чердаков, под перекрытиями могут быть установлены лучистые барьеры.

Зеленые крыши — это крыши, полностью покрытые растительностью. Они требуют почвы и орошения для поддержки растений и водонепроницаемого слоя под ними. Зеленые крыши не только уменьшают количество поглощаемого или теряемого тепла, но и обеспечивают растительность.Посредством фотосинтеза растения на зеленых крышах поглощают углекислый газ и выделяют кислород. Они отфильтровывают загрязняющие вещества из дождевой воды и воздуха и компенсируют некоторые эффекты использования энергии в этом пространстве.

Зеленые крыши были традицией в Скандинавии на протяжении веков, а недавно стали популярными в Австралии, Западной Европе, Канаде и Соединенных Штатах. Например, компания Ford Motor Company покрыла 42 000 квадратных метров (450 000 квадратных футов) крыш своего сборочного завода в Дирборне, штат Мичиган, растительностью.Крыши не только сокращают выбросы парниковых газов, но и уменьшают сток ливневых вод, поглощая несколько сантиметров осадков.

Зеленые и прохладные крыши также могут противодействовать эффекту «городского острова тепла». В оживленных городах температура может быть постоянно выше, чем в прилегающих районах. Этому способствуют многие факторы: города построены из таких материалов, как асфальт и бетон, которые поглощают тепло; высокие здания блокируют ветер и его охлаждающие эффекты; и большое количество отработанного тепла генерируется промышленностью, транспортным средством и большим количеством населения.Использование доступного пространства на крыше для посадки деревьев или отражение тепла с помощью белых крыш может частично снизить локальное повышение температуры в городских районах.

Солнечная энергия и люди

Поскольку в большинстве регионов мира солнечный свет светит только около половины дня, технологии солнечной энергии должны включать методы хранения энергии в темное время суток.

В системах термической массы используется парафиновый воск или различные формы соли для хранения энергии в виде тепла.Фотоэлектрические системы могут отправлять избыток электроэнергии в местную электросеть или накапливать энергию в аккумуляторных батареях.

Есть много плюсов и минусов у использования солнечной энергии.

Преимущества
Основным преимуществом использования солнечной энергии является то, что она является возобновляемым ресурсом. У нас будет стабильный безграничный запас солнечного света еще на 5 миллиардов лет. За один час атмосфера Земли получает достаточно солнечного света, чтобы обеспечить потребности в электроэнергии каждого человека на Земле в течение года.

Солнечная энергия экологически чистая. После того, как оборудование, использующее солнечную энергию, построено и введено в эксплуатацию, солнечная энергия не нуждается в топливе для работы. Он также не выделяет парниковые газы или токсичные материалы. Использование солнечной энергии может значительно снизить влияние на окружающую среду.

Есть места, где солнечная энергия практически применима. Дома и здания в районах с большим количеством солнечного света и низкой облачностью имеют возможность использовать обильную энергию солнца.

Солнечные плиты представляют собой отличную альтернативу приготовлению пищи с использованием дровяных печей, от которых до сих пор полагаются 2 миллиарда человек.Солнечные плиты обеспечивают более чистый и безопасный способ дезинфекции воды и приготовления пищи.

Солнечная энергия дополняет другие возобновляемые источники энергии, такие как энергия ветра или гидроэлектроэнергии.

Дома или предприятия, которые устанавливают успешные солнечные панели, действительно могут производить избыточное электричество. Эти домовладельцы или предприниматели могут продавать энергию обратно поставщику электроэнергии, сокращая или даже отменяя счета за электроэнергию.

Недостатки
Основным сдерживающим фактором использования солнечной энергии является необходимое оборудование.Оборудование на солнечных батареях стоит дорого. Покупка и установка оборудования для отдельных домов может стоить десятки тысяч долларов. Хотя правительство часто предлагает сниженные налоги для людей и предприятий, использующих солнечную энергию, а технология может исключить счета за электричество, первоначальная стоимость слишком высока, чтобы многие могли ее учитывать.

Гелиоэнергетическое оборудование тоже тяжелое. Чтобы переоборудовать или установить солнечные панели на крыше здания, крыша должна быть прочной, большой и ориентированной на путь солнца.

Как активные, так и пассивные солнечные технологии зависят от факторов, которые находятся вне нашего контроля, таких как климат и облачный покров. Необходимо изучить местные районы, чтобы определить, эффективна ли солнечная энергия в этом районе.

Солнечный свет должен быть обильным и постоянным, чтобы солнечная энергия была эффективным выбором. В большинстве мест на Земле изменчивость солнечного света затрудняет использование в качестве единственного источника энергии.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *