2. Источники тепловой энергии:
В настоящее время большая часть энергии производится путем сжигания ископаемого топлива, при этом основными источниками энергии являются уголь, неочищенная нефть, и природный газ. На сегодняшний день эти природные ископаемые обеспечивают 90% общего энергопотребления, хотя все большее значение приобретает атомная энергия.
Альтернативные (возобновляемые) источники, например, солнце, ветер, вода, дождевая вода и биомассы составляют лишь небольшую долю в общем объеме производстства энергопотребления, несмотря на то, что она стремительно увеличивается. Первичные источники энергии имеют самые различные формы, такие как:
— твердое топливо; — газообразное топливо; — энергия ветра.
— жидкое топливо; — солнечная энергия;
3. Утилизационные установки теплоты в системах пром. Предприятий.
Они представляют особую группу котлов, предназначаемых для использования теплоты дымовых газов, отходящих от различных промышленных печей.
Упрощенная схема котла-утилизатора серии КУ, устанавливаемого за печами заводов черной металлургии:
1 — пароперегреватель; 2 — насос; 3 — барабан; 4 — змеевик; 5 – экономайзер
4. Методы утилизации уходящего тепла
5. Трансформаторы тепла
Устройства, служащие для переноса тепловой энергии от тела с более низкой температурой Тн (теплоотдатчика) к телу с более высокой температурой Тв (теплоприемнику), называются трансформаторами тепла. Чтобы осуществить такое преобразование тепла, необходимо затратить внешнюю энергию: механическую, электрическую, химическую и др. В зависимости от того, на каком температурном уровне по отношению к температуре окружающей среды То работают трансформаторы тепла, они подразделяются на холодильные (криогенные) и теплонасосные установки. По принципу работы трансформаторы подразделяются на компрессионные (паровые и газовые), сорбционные, струйные, термоэлектрические и магнитные установки. Установки для трансформации тепла различаются по следующим признакам: 1) по принципу работы; 2) по виду цикла; 3) по характеру трансформации; 4) по периодичности. По виду осуществляемого процесса различают трансформаторы тепла, работающие по замкнутому циклу и разомкнутому процессу. В первой группе рабочий агент циркулирует в замкнутом контуре (паровые компрессорные, абсорбционные и некоторые газовые и струйные эжекторные установки). Во второй — агент при работе полностью или частично выводится из установки (в виде полезного продукта или отхода). Взамен отведённого в установку подаётся такое же количество рабочего агента извне. По разомкнутому процессу работают установки для ожижения и замораживания газов и в ряде случаев газовые компрессионные и струйные установки. По характеру трансформации различают повысительные и расщепительные установки. В установках, работающих по повысительной схеме, подведённое низкопотенциальное тепло преобразуется в высокопотенциальное; по этой схеме работает большинство холодильных, теплонасосных и комбинированных установок. В ращепительных схемах поток тепла среднего потенциала расщепляется на два потока тепла — низкого и повышенного потенциала. Работа установки осуществляется за счёт энергии теплового потока среднего потенциала. По ращепительной схеме работают струйные вихревые установки и некоторые типы компрессионных и абсорбционных установок. По периодичности работы различают трансформаторы тепла непрерывного и периодичного действия. Установки периодического действия применяются для некоторых типов трансформаторов тепла (абсорбционные установки) небольшой производительности. Они могут быть выполнены с меньшим числом элементов оборудования благодаря возможности совмещения функций отдельных элементов установки в одном аппарате.
В холодильных установках температура теплоотдатчика ниже температуры окружающей среды, т. е. Тн < То, а температура теплоприемника равна температуре окружающей среды, т. е. Тв = То. Холодильные установки (уровень отвода теплоты То ( 120 К) предназначены для охлаждения и поддержания при низких температурах различных объектов и технических систем. Холодильные установки в зависимости от агрегатного состояния рабочего тела делятся на следующие типы: 1) Газовые — такие установки, в которых рабочее тело во всех процессах остаётся в газообразном состоянии
Г азовые компрессионные холодильные машины. В воздушных холодильных машинах получение низких температур осуществляется за счёт адиабатного расширения воздуха при совершении внешней работы. Схема работы идеальной воздушной холодильной машины приведена на рис. Воздух из охлаждаемого помещения 4 при температуре Т1 засасывается компрессором 1 и после адиабатного сжатия до давления р1 подаётся в охладитель 2, где охлаждается водой при постоянном давлении. Затем сжатый охлаждённый воздух поступает в детандер 3 (расширитель), где совершает полезную работу при адиабатном расширении до первоначального давления р0. В газовых компрессионных холодильных машинах рабочее тело во всех процессах остаётся в газообразном состоянии. Наиболее распространены из них воздушные и гелиевые. Установки такого типа практически не применяются из-за их неэкономичности и больших расходов воздуха (т. к. этот хладоноситель обладает малой теплоёмкостью), что делает установку громоздкой и повышает её стоимость. 2) Газожидкостные — установки, в тёплой части которых рабочее тело находится в виде газа при температурах, далёких от критической, а в холодной части — в виде влажного пара и жидкости. 3) Парожидкостные — установки, в которых рабочее тело находится либо в виде жидкости и влажного пара, либо перегретого пара при температурах ниже критической, или близкой к ней. Парожидкостные холодильные установки в зависимости от принципа работы делятся на три вида: парокомпрессионные, абсорбционные и струйные. 3.а) Парокомпрессионные — их работа основана на сжатии в компрессоре сухого насыщенного или незначительно перегретого пара рабочего тела. Паровые компрессионные холодильные машины. В цикле паровой компрессионной холодильной машины происходит непрерывное фазовое превращение рабочего тела (кипение, испарение, а затем конденсация). Принципиальная схема одноступенчатой идеальной паровой холодильной машины приведена на рис. Основными элементами оборудования установки являются компрессор, конденсатор, детандер (расширитель) и испаритель. Цикл машины, представляющий собой обратный цикл Карно, происходит в области влажного пара. Холодильный агент кипит в испарителе 1 при давлении и температуре Т0; при этом подводится тепло q0 от охлаждаемого тепла. Влажный пар из испарителя засасывается компрессором 2 и сжимается адиабатно с повышением температуры до Т. Компрессор нагнетает свежий пар в конденсатор 3, где пар конденсируется при постоянных давлении и температуре Т, отдавая охлаждающей воде тепло q. Жидкий хладоагент поступает в детандер 4 и расширяется адиабатно, производя полезную работу за счёт внутренней энергии. Далее хладоагент поступает в испаритель, и рабочий цикл повторяется снова. 3.б) Абсорбционные — сжатие пара основано на абсорбции рабочего тела (поглощении из раствора или смеси газов твёрдым телом или жидкостью) при температуре окружающей среды и его десорбции (выделении в окружающую среду из твёрдого тела) при более высокой температуре. Установки такого типа наиболее распространены из-за их прстоты, надёжности и экономичности. В абсорбционных холодильных машинах применяется бинарная смесь, компоненты которой имеют различные температуры кипения при одинаковом давлении. Холодильный агент должен иметь низкую температуру кипения, абсорбент (поглотитель) — более высокую. Наибольшее распространение получили водоаммиачные растворы, в которых аммиак является холодильным агентом, а вода — абсорбентом. Принципиальная схема водоаммиачной холодильной машины приведена на рис. Пары аммиака, образовавшиеся в испарителе 4 при давлении ро и температуре to, засасываются в абсорбер 5, где поглощаются слабым водоаммиачным раствором. Теплота Qа, выделяющаяся при поглощении паров аммиака, отводится охлаждающей водой. Процесс абсорбции происходит при постоянном давлении, несколько меньшем давления в испарителе ро. Полученный в абсорбере раствор насосом6 перекачивается в генератор (кипятильник) 1. При этом насосом затрачивается работа lн. В генераторе водоаммиачный раствор выпаривается при давлении, несколько большем, чем давление в конденсаторе рк. Тепло Qг, затраченное на получение водоаммиачного пара, подводится от внешнего источника (пар, горячая вода). Водоаммиачный пар с большой концентрацией аммиака поступает в конденсатор 2 и в нём конденсируется, отдавая тепло Qк охлаждающей воде. Из конденсатора жидкий аммиак через регулирующий вентиль (дроссель) 3 направляется в испаритель, где кипит, производя охлаждающий эффект Q0. 3.в) Струйные (пароэжекторные). Особенность пароэжекторной холодильной машины состоит в том, что для её работы используется кинетическая энергия струи рабочего пара. В этих машинах в качестве хладоагента обычно применяют воду. Отсутствие в пароэжекторных машинах промежуточного теплоносителя позволяет получить температуру охлаждаемой воды, равную температуре кипения в испарителе, что повышает тепловую эффективность и экономичность холодильной машины. К достоинствам пароэжекторной машины следует отнести также простоту конструкции и обслуживания в работе. Однако с помощью таких машин можно получить холод при положительных температурах 0-10 оС. 4) Твёрдотелые — установки, в которых для охлаждения используется твёрдое рабочее тело. Эти установки пока применяются преимущественно для физических исследований в области температур ниже 20 К.
Теплогенераторы — жидкое, твердое топливо, природные энергоресурсы. | Энергосберегающее оборудование.
ТД ВиКо Данная статья является продолжением публикации про энергосбережение и повышение энергоэффективности системы отопления. Здесь Вы узнаете о видах дизельных, твердотопливных котлов. Мы расскажем Вам про альтернативные источники тепла, такие как — тепловые насосы и солнечные коллекторы. Вы узнаете варианты исполнения и конструкционные особенности теплогенераторного оборудования.
Начнем! На сегодняшний день основными источниками тепловой энергии являются: газ, жидкое топливо, разновидности отработок твердого топлива, дрова, экологические источники тепловой энергии, электрический ток. Однако, не смотря на столь широкий спектр возможностей, все они имеют ограничения в сфере эксплуатации.
Жидкое топливо
Например, применение жидкого топлива: мазут, дизельное топливо — приводит к тому, что за камерой сгорания необходим должный уход. Помимо того, что появляется необходимость в фильтрации продуктов сгорания, также появляется необходимость в периодической чистке камеры сгорания и принудительной подаче воздуха с топливом, что приводит к необходимости использования электрической специальной горелки. К тому же применение мазута, в качестве топлива, требует еще и парогенератор или другой вид нагрева этого вида топлива. Дело в том, что рабочая температура мазута составляет примерно 45-50 гр. Цельсия. Такой вид топлива не получил особого распространения, в связи со сложностью процесса эксплуатации, в результате жидкое топливо применяют, как резервное горючее. Среди котлов, работающих на дизельном топливе, существует большой модельный ряд горелок. Все горелки отличаются удельным расходом горючего и конструкцией. Все эти параметры влияют на итоговый КПД горелки. Конструкции камер сгорания котлов, предназначенных под жидкое топливо, обычно исполняют в виде цилиндра. Такое исполнение предоставляет удобство для чистки камеры сгорания и позволяет поглотить больше тепловой энергии.
Среди недостатков котлов с жидким топливом можно отметить: Громкую работу камеры сгорания( в связи использования эффекта наддува), необходимость обязательного отдельного помещения с запасным выходом и принудительной вентиляцией, размеры помещения от 15 кв.м. с высотой потолка не менее 2м, наличие отдельного резервуара под горючее, наличие запасного генератора электрической энергии.
И это не все недочеты. Основным недостатком, да и малой распространенностью таких котлов является стоимость эксплуатации оборудования. Например, возьмем дизельный котел мощностью 15 кВт, который может отапливать 120 кв.м.. Поставим на него дизельную горелку с мощностью 0,1 кг/час и получим расход топлива при максимальном режиме горелки с мощностью 15 кВт/час * 0,1 кг/час = 1,5 кг дизельного топлива. При мощности в 50% расход составит 7.5 кВт/час * 0,1 кг/час = 0,75 кг. Из расчета видно, что за сутки в среднем котел с горелкой в 15 кВт израсходует за сутки [24 часа * ((1,5 кг + 0,75 кг)/2) =] 27 кг топлива. В период сильных морозов (120 дней) понадобится топлива примерно [120 дней * 27 кг =] 3240 кг. Таким образом, необходимо 3,5 тонн дизельного топлива или [3500/0,840=] 4166 литров. Учитывая стоимость топлива за литр (840гр дизельного зимнего топлива) 35,40 рублей получаем сумму [4166л.*35,40руб. =] 147476,4 рублей. Хмммм. И это только за самый холодный период, а если учесть обогрев по ГОСТу в 8000-8200 часов получается [8000*1,125*0,9(k=0,7-1,2)=] 8100кг или 9642л [*35,40руб. = 341326,8руб]. Отапливаясь электричеством — выйдет дешевле.
Конструкционно котлы на жидком топливе исполняются со съемной горелкой, таким образом, установить можно любую горелку, параметры которой отвечают мощности котла. Рекомендуют мощность горелки брать с запасом 10-15% относительно мощности котла. Это даст возможность более плавно регулировать ее работу. Принцип работы горелки очень прост:
В горелке происходит распыление топлива на мелкие капли. За размеры капель и их направленность отвечает форсунка. Далее топливная взвесь смешивается с подаваемым вентилятором воздухом, а потом подается в камеру сгорания. Получается, что именно горелка отвечает за максимальное использование топлива. Рассматривая процесс сгорания подробно, получаем следующую последовательность:
· Насос подает на горелку топливо. Причем отбирается только нужное его количество, а избыток возвращается в бак.
· Перед подачей на форсунку топливо разогревается (не во всех моделях есть эта ступень), затем фильтруется и поступает на сам распылитель.
· В камеру сгорания подается одновременно поток воздуха и топливная взвесь.
· Регулировка интенсивности процесса происходит при помощи лопаток специальной формы, которые создают вихревые потоки топливной взвеси и воздуха.
· Расположенные перед грелкой электроды поджигают смесь.
Горелки существуют трех видов: одноступенчатые, двухступенчатые и регулируемые. Самые простые – одноступенчатые. Они работают постоянно в одном режиме – на 100% мощности. Двухступенчатые могут работать в двух положенияx: на полную мощность и в половину.
Самые дорогостоящие, но и самые эффективные и экономичные – регулируемые горелки. Под управлением автоматики они потребляют то количество горючей смеси, которое необходимо для поддержания заданной температуры. При их использовании значительно сокращается расход топлива. Для создания мелкодисперсной пыли требуется подавать топливо на распылитель под большим давлением – это обеспечивается топливным насосом. С другой стороны работает вентилятор, нагнетающий поток воздуха и обеспечивающий требуемый уровень насыщения топливной взвеси кислородом.
По типу подачи воздуха горелки делятся на два типа:
· вентиляторные горелки — для создания давления используют вентилятор;
· наддувные – используются мощные турбины, за счет чего повышается давление, капли получаются мельче и топливо сгорает полнее.
Но это еще не все. Нужно правильно выбрать форсунку для горелки. Экономичная и энергоэффективная работа дизельного котла — это правильный подбор форсунки. От качества распыления зависит КПД теплового агрегата и полнота сгорания топлива. Ведь форсунка распыляет топливо перед подачей его в камеру сжигания.
В паспорте к котлу указан угол распыла, который определяется формой камеры сжигания, мощностью агрегата и еще несколькими параметрами. В каждой конструкции и модели котла он может отличаться. Форсунка подбирается под это значение. Главное, чтобы на выходе топливо распылялось в виде конуса, а его угол соответствовал указанному в паспорте котла.
Если горелка работает некорректно, то в процессе работы котла топливо сжигается неэффективно, а часть его оседает в виде сажи на стенках теплообменника. Сажа — отличный теплоизолятор и небольшое ее количество значительно снижает эффективность работы. Так слой сажи в 1 мм снижает КПД почти в двое.
Если у вас внутри топки есть сажа, дым из трубы идет сизый, увеличился расход топлива, а температура упала, самая вероятная причина — засорилась форсунка.
Чтобы вернуть прежнюю эффективность работы, необходимо снять распыляющий узел, вынуть фильтр форсунки и промыть его неабразивными моющими средствами. После просушки поставить фильтр, а затем всю горелку на место. Если котел работает все равно недостаточно эффективно, скорее всего, требуется замена форсунки (в среднем – раз в год).
Как уже Вы заметили в связи со всеми нюансами эксплуатации оборудования на жидком топливе, использование таких теплогенераторов мало распространено из-за экономических и экологических факторов. В связи с этим данный вид теплогенераторов и топлива является резервным.
Экологические источники тепловой энергии на сегодняшний день набирают все большее распространение, но в связи с ограничениями применения, стоимости оборудования или его отсутствием на рынке, практически не используются, а то и стоят намного дороже. Однако, это не мешает рассматривать такой вид энергии, как дополнительный источник тепловой энергии.
К видам таких теплогенераторов можно отнести солнечные коллектора, тепловые насосы и прочие установки, использующие энергию природы. Давайте рассмотрим принцип их работы.
Природные источники тепла
Солнечный коллектор — новшество в системах отопления исполняется в разных вариантах. Существуют конструкции солнечных генераторов тепла в виде зеркал с использованием эффекта увеличительного стекла — линзы. В таких системах солнечный свет с помощью зеркал, расположенных на определенной площади и расстоянии, фокусируется на тепло приемник, который поглощает тепловую энергию. Поглощенная тепловая энергия передается с помощью теплоносителя в аккумулирующую емкость (тепловой аккумулятор Drazice NAD 500), где и накапливается тепло, затем это тепло передается во внешние потребители. Такая тепловая станция используется в США, при этом площадь затраченная на получение тепловой энергии занимает всего 1га. Такая установка превращает моментально воду в пар с температурой 500-700 градусов Цельсия. Затем, часть пара используется для получения электрической энергии, путем преобразования энергии пара в механическую энергию турбин, а остывший пар для получения горячего водоснабжения и технологических нужд. В результате получается экологически чистое производство электроэнергии и тепла.
Существует еще один вид солнечных теплогенераторов — Солнечный вакуумный коллектор. Принцип такого нагревательного элемента основан на использовании свойств теплоизоляции емкостей с высоким разряжением «вакуума«. Теплогенераторный элемент выполняется в виде коллектора с большим количеством колб, в которых содержится вакуум и медные трубки-стержни для отбора тепла. При попадании солнечного света или лунного 
света на колбу, лучи передают тепло в вакуумную камеру, где в свою очередь тепло передается по тепловым трубкам в аккумулятор, тепло аккумулируется и начинается процесс теплообмена. Так как в верхней части колбы находится теплоотводящий элемент, носитель в тепловых трубках охлаждается и конденсируясь стекает вниз стержня. Тепловая трубка может содержать разный вид теплопередающего вещества («вода, тяжелый газ и т.д.). В замкнутом объеме тепловой трубки происходит процесс теплопередачи. Вещество конденсируется в трубке, отдавая тепло и охлаждаясь опускается в нижнюю камеру трубки в колбе, которая аккумулирует тепло, затем вещество поглощает накопленное тепло и опять поднимается вверх отдавая тепло.
К великому сожалению массовое производство сейчас таких установок мало, да и делается в Китае, где контроль качества желает лучшего — много подделок колб коллекторов. Оригинал также не легко достать, так как идея таких систем отопления и первые экспериментальные экземпляры берут свое начало в Украине. По производительности такой вид теплогенераторов практически исключает эффект остывания ночью (теплоемкость системы позволяет хранить тепло 72-80 часов), так как даже в пасмурную погоду КПД таких генераторов не опускается ниже 30% — тепло поглощается даже из внешней среды. В особенности вакуумных коллекторов с тепловыми трубками можно включить:
· Высокая степень нагрева, температура тепловой трубки может достигать 250°C；
· Тепловая трубка сделана из красной меди, и тепло передается через легкокипящую теплопроводную жидкость；
· В вакуумной трубе нет воды, поэтому она имеет высокую морозостойкость；
· Надёжный коллектор из алюминиевого сплава с современным дизайном, имеет малый вес и хорошие крепления;
· Выдерживает высокое рабочее давление；
· Модульная конструкция, легко устанавливается и имеет малые габариты.
Например, самый простой солнечный коллектор состоит из двойных вакуумированных стеклянных трубок, внутрь каждой из которых помещена медная тепловая трубка. Тепловые трубки входят в верхнюю часть коллектора, по которой, в теплообменнике, циркулирует теплоноситель. Коллектор применяется в системах как с активной циркуляцией теплоносителя, так и с пассивной циркуляцией теплоносителя. При этом обеспечиваются минимальные теплопотери, как в коллекторе, так и в баке. Тепловая трубка не требует заполнения — легкоиспаряемая жидкость уже находится внутри медной трубки. Температура кипения теплопроводной жидкости 25-30°C, температура замерзания 0°C , но так как тепловая трубка находится в вакуумной изоляции, она не замерзает при температуре -30°C. Также, присутствует эффект «запирания» трубки, исключающий теплопотери в ночное время через коллектор. При температуре тепловых трубок коллектора ниже примерно 30°С процесс теплообмена в трубках прекращается и уход накопленного тепла прекращается. Коллектор может работать под напором водопровода до 6-8 атмосфер.
Еще одним видом источника тепловой энергии является активно продвигаемые системы обогрева, работающие по принципу солнечных коллекторов, но использующих дельту температур недр планеты (геотермальные), атмосферные (воздушные теплообменники) и температуры потребителя. Установки теплогенераторов данного вида принято называть «Тепловые насосы«, название выбрано от принципа работы данного вида теплогенераторов. Конструкция «теплового насоса» полный аналог холодильного компрессора. Отличие в том, что тепло, получаемое от процесса охлаждения компрессора, мы утилизируем в полезную тепловую мощность (потребитель тепла). А полученный холод (источник тепла) мы отдаем во внешние источники тепла, температура которых выше температуры хладагента. Чем больше разность дельты температур Потребителя тепла установки и Источника тепла, тем выше КПД теплопередачи. В качестве теплоносителя используют специальные хладагенты с разной температурой кипения, однако, также подходит стандартный хладагент R22. Этот хладагент используют в холодильных установках. Температура кипения хладагента R22 (Дифторхлорметан) составляет минус 40 гр. Цельсия, но критическая температура испарения +96 гр.Цельсия, при этом хладагент отдает 233 кДж/кг. В 2020 году использование хладагента R-22 будет запрещено в связи с опасностью элементов хладагента для озонового слоя. Фреон R-410A применяют в современных кондиционерах, он уже не содержит хлорсодержащих соединений и безопасен для озонового слоя. Температура кипения такого хладагента минус 51 гр. Цельсия, а критическая температура испарения уже +72 гр. Цельсия, при этом хладагент отдает 264 кДж/кг. Фреон R-410A является смесью, близкой к азеотропной. Основной недостаток неазеотропных смесей — температурное скольжение, то есть изменение температуры кипения в процессе фазового перехода (испарения и конденсации). Однако у хладагента R-410A температурное скольжение настолько мало (0.15 К), что им можно пренебречь, то есть считать смесь азеотропной (для сравнения, температурное скольжение хладагента R-407C составляет 7К).
Хотя и говорят, что фреон R-410A приходит на смену R-22, это не следует понимать буквально: физические и теплотехнические свойства фреонов совершенно различны, поэтому систему, рассчитанную на R-22, нельзя заправлять фреоном R-410A: система должна быть изначально спроектирована под фреон R-410A. Этим он отличается от фреонов R422D и R-407C, которые специально предназначены для замены R-22 в старых системах. Давление в контуре при рабочих температурах существенно выше (так, при температуре 43°С R22 имеет давление насыщенного пара 15,8 атм, а R410A—около 26 атм.), поэтому более высокие требования предъявляются к герметичности, медные трубки конденсатора и испарителя должны быть более прочными, отсюда большая масса меди и более высокая цена. Ещё одним минусом R-410A является несовместимость с минеральным маслом. Если R22 растворяется в любом минеральном масле, то для фреона R410a нужно специальное полиэфирное масло, которое намного дороже, а кроме того, требует более аккуратной заправки (оно очень активно поглощает влагу, теряя свои свойства). С другой стороны, R-410A обладает высокой удельной хладопроизодительностью (в полтора раза выше чем R-407C и R22, и в два раза выше чем R-134A, что позволяет использовать компрессор с меньшей объёмной производительностью.
Допустим в установке используется фреон R -22, давление на всасывании 4,5 бар, давление нагнетания 16 бар, тогда результатом работы установки при температуре испарения хладагента в +3,1 гр. С. будет температура конденсации в +44,7 гр. Цельсия. Другими словами КПД хладагента в указанных условиях составляет 144%, а работа на нагрев +40 гр.Цельсия. Суммарный же КПД установки на самом деле сложен в расчете, дело в том, что КПД хладагента не постоянная величина и зависит от температуры испарителя и температуры потребителя — дельты температур. Также помимо всего этого необходимо учесть затраченную работу самой компрессорной установки на производство тепла в 1 Дж/кг с учетом объема хладагента для получения тепла +40 гр.Цельсия.
В связи с такими сложностями расчета принято рассчитывать производительность установки по Коэффициенту СОР, который характеризует КПД установки «Теплового насоса», при постоянной потребляемой мощности электрической энергии. Например, установка «теплового насоса» с мощностью 1кВт может производить работу отдавая тепло с СОР=1 в +35 гр.Цельсия с хладагентом R -22. Хотя тепловой насос с хладагентом R -410 A с теми же параметрами установки с СОР=1 отдаст тепла больше на 5-15 гр.Цельсия., т.е. значение выдаваемого тепла станет +40-50 гр. Цельсия. Все зависит от характеристик хладагента, теплообменников и производительности компрессора.
Подводя итоги по тепловым насосам получаем «картину маслом» — тепловой насос, он же холодильный агрегат, является преобразователем — при генерации холода мы поглощаем тепло, которым раньше пренебрегали, а теперича преобразуют в полезное тепло. Удобство такой установки в том, что утилизируя холод можно генерировать тепловую энергию для обогрева дома или подогрева бойлера косвенного нагрева. А летом, когда жарко, установку можно переключить и утилизируя тепло получать полезный холод.
Твёрдое топливо
А вот печка «Буржуйка» проста в эксплуатации и практична в обогреве помещений, с годами конструкция претерпела большинство модификаций. Результатом модернизации стало появление Твердотопливных, Пиролизных и Пеллетных котлов. В старину, печка могла за сутки сжечь не одну закладку дров, однако, теперича затопив котел, использующий твердое топливо, можно одной закладкой отапливать минимум сутки. Все зависит от конструкции и типа котла.
Пиролизный котел конструкционно напоминает твердотопливный котел, но дополнительно использует эффект горения углекислого газа и органических элементов, выделяемых твердым топливом. Температура горения такой смеси достигает порядка 1500 градусов Цельсия. В связи с этим необходимы жаропрочные материалы. Например, самодельные пиролизные котлы делают из стали от кислородных баллонов. 
Принцип работы такого котла заключается в том, что твердое топливо (дрова, брикеты и д.р.) горят практически без доступа кислорода — тлеют в жаркой камере с температурой выше 600 гр.Цельсия. Тлея в таких условиях, выделяется большое количество горючего (Пиролизного) газа и уголь. Достигается это с помощью недостаточной подачи воздуха, затем, во второй камере Пиролизный газ смешивается с воздухом и воспламеняется отдавая тепло. Благодаря такому процессу, в дыму крайне мало вредных веществ, да и сажи с золой незначительно. Пламя в таких печах идет в нижнюю часть топки обходя топку снаружи, тем самым разогревая камеру с твердым топливом, затем разогретые газы смешиваясь еще с одной подогретой порцией воздуха воспламеняются и дают дополнительный жар. В результате КПД такой печки увеличивается до 90-95%. Также положительным эффектом такого котла является то, что можно использовать в рабочем режиме мокрые дрова — топка сама их сушит. Также такому котлу необходима хорошая и постоянная тяга, для этих целей используют разные конструкции, либо тягу создают высокой трубой, либо устанавливается принудительный вентилятор.
Все зависит от надежности и простоты котла. Но чтобы работа оборудования была наиболее эффективной, следует учитывать, что длительность времени до полного сгорания у каждого из видов топлива своя:
Мягкая древесина – не более 5 часов
Твердая древесина – до 6 ч.
Кокс – около 10 ч.
Как показывают проведенные опросы пользователей данного вида котлов, в результате которых было доказано, что наибольшей эффективности работы можно достигнуть при работе оборудования только на сухих дровах. При этом влажность не должна превышать 20%, а длина полена допускается до 65 см.
Пеллетный котел в отличии от Пиролизных котлов — полный аналог твердотопливного котла. По конструкции похож на гибрид твердотопливного котла и котла с жидким топливом. Внутренняя конструкция котла схожа с твердотопливным котлом, однако у котла 
отсутствует камера для загрузки дров, зато имеется горелка с принудительной подачей воздуха и бункером, в котором сгорают пеллеты (гранулы из прессованных отходов древесины, зерна и прочих горючих веществ). Так у большинства моделей бункера в 5 кг хватает примерно на одни сутки, при условии мощности котла в 25 кВт. При обогреве больших объемов используют Пеллетные котлы с устройством автоподачи пеллет. Автоподающие механизмы пеллет уже имеют свои бункеры с большим объемом от 100 кг и выше. Пеллетные гранулы дозируются малыми порциями, наполняя бункер котла. Для подачи пеллет в котел используя шнеки. В связи с этим у котлов такой конструкции появляются недостатки, в которые входят: зависимость от наличия напряжения питания, теплое помещение с малой влажностью, сухие пеллеты с малым содержанием смол. Дело в том, что влажные пеллеты разбухая, начинают разваливаться и постепенно забивают шнековый подающий механизм. При отсутствии напряжения, отключится нагнетающий воздух вентилятор и пеллетная горелка перестанет работать, не говоря уже об автоматическом подающем пеллеты устройстве. В связи с этим появляется необходимость в установке элементов резервного питания и отдельного помещения под котел. Используя низкосортные пеллеты можно привести к быстрому засору топки масляными смоляными отложениями и частой чистке котла. В результате эксплуатация в дачных условиях таких котлов не целесообразна, как из экономических условий, так и энергетических. Например, отапливаясь пеллетным котлом в зимний сезон, средний расход пеллет составляет около 1,5 тонны. Учитывая примерную стоимость пеллет в 7500 руб за тонну — обогрев помещения в зимний период, без учета электрической энергии, можно почти приравнять к обогреву дровами в теплый период и электричеством + дрова в холодный период. В итоге, пеллетные теплогенераторы являются чем то средним, между теплогенераторами на жидком топливе и твердотопливными котлами.
Вот мы подошли к прямому наследнику всем известной печи «Буржуйка» — твердотопливный котел длительного горения. Конструкция такого теплогенератора существует двух исполнений: прямоугольное и общепринятое цилиндрическое. Получив огромное количество модернизаций, «Буржуйка» превратилась из экономически затратной печи в энергоэффективное устройство. Примером таких модернизаций служит котел «PROTHERM Бобёр 30 DLO» или «STROPUVA S40 U». Так какие же изменения претерпели твердотопливные котлы?
Во-первых практически у всех твердотопливных котлов стали использовать чугунный теплообменник. Он стоек к высоким температурам и имеет коррозионную стойкость. Во-вторых, улучшили систему подачи воздуха, появилась возможность контроля температуры горения, рубашка котла стала двойной и превратилась в часть теплообменника. В-третьих, появилась дополнительная теплоизоляция котла. Жаль только в силу своих молекулярных особенностей, чугунные теплообменники ограничены по рабочей дельте температур. Так практически у всех чугунных теплообменников есть одно важное ограничение — перепад температур теплообменника в процессе эксплуатации не должен превышать 50 гр. Цельсия. Иначе, теплообменник может попросту лопнуть. В связи с этим все котлы с чугунным теплообменником дополнительно утеплены и подключаются через гидрострелку или аккумулирующий тепло бак. Среди котлов со стальным теплообменником представляется модельный ряд компании «STROPUVA».
Давайте рассмотрим подробнее конструкцию. Котел «STROPUVA S40 U» может использовать в своей цилиндрической топке длительного горения дрова, древесные отходы и брикеты. Загрузка котла происходит сверху, в процессе верхнего горения интенсивно горят не все заложенные дрова, а только верхний слой. Дрова, которые находятся в нижней части котла длительного горения, просто прогреваются и ждут своей очереди. Воздух внутри котла распределяется с помощью телескопического воздухораспределителя так, чтобы дрова не разгорались вглубь. В котлах «STROPUVA S40» конденсат в начале растопки не образуется, и смола не скапливается, так как нагревается меньшая поверхность. После выгорания верхнего слоя дров воздухораспределитель под своим весом опускается вниз, и всегда держится в центре горения на горящих дровах. Помимо хитрой конструкции подачи воздуха, такой котел имеет температурный контроль и сам поддерживает заданную температуру теплоносителя. Такой процесс достигается за счет регулирования тяги котла, это позволяет снизить температуру горения твердого топлива. Уникальный период длительного горения твердотопливного котла на одной загрузке с использованием угля (75кг) составляет до 4х суток и 30 часов — на дровах (25кг). Выбирая котлы STROPUVA, клиент получает удобство и комфорт в эксплуатации, а также существенную экономию средств на отопление своего дома. Всем известно, что переход на твердое топливо поможет сэкономить до 50% затрат на энергоресурсы, а высокий КПД (90%) котла поможет максимально эффективно использовать уголь и биотопливо. Принцип работы котла на термостатических свойствах металла корпуса, отсутствие сложной автоматики, полный контроль горения, обеспечивают комфорт и простоту эксплуатации.
В отличие от электрических и газовых котлов, в которых всегда существует опасность, вызванная выходом из строя электросетей, или взрыв газа — у твердотопливного котла абсолютно безопасный процесс эксплуатации, ведь дрова и уголь не могут взорваться или еще каким-то образом вам навредить. Котлы с твердым топливом могут эксплуатироваться в системах отопления как с принудительной циркуляцией, так и с естественной. К примеру, котел Stropuva S40 может обеспечить автономное отопление загородных домов и других помещений, площадью до 500 кв.м.
Правда за счет особой конструкции топки котлы » STROPUVA » занимают нишу среди 
пиролизных котлов. За счет особой конструкции подачи воздуха, на малой мощности выделяется пиролизный газ, который также дает дополнительную тепловую энергию. Что касается котла » PROTHERM Бобёр 30 DLO» с чугунным теплообменником, то различия у них в материале теплообменника и формы котла. Подача воздуха используется традиционная. Котел серии «Бобер» также имеет регулятор тяги и регулятор температуры теплоносителя, однако, КПД такого котла уже составляет 68%. Регулировка осуществляется за счет регулировки подачи воздуха в топку, тем самым регулируя температуру пламени, а значит генерируемую тепловую мощность котла.
В следующей части мы опишем конструкционные особенности котлов использующих в качестве топлива газ и электричество.
Источник тепловой энергии
Источник тепловой энергии — теплогенерирующая установка (тепловая электрическая станция или котельная), предназначенная для производства и отпуска тепловой энергии.
Смотри также родственные термины:
3.4.4 источник тепловой энергии (теплоты) : Теплогенерирующая энергоустановка или их совокупность, в которой производится нагрев теплоносителя за счет передачи теплоты сжигаемого топлива, а также путем электронагрева или другими, в том числе нетрадиционными способами, участвующая в теплоснабжении потребителей.
[ title=»Правила технической эксплуатации тепловых энергоустановок»] [7]
Источник тепловой энергии (теплоты) — теплогенерирующая энергоустановка или их совокупность, в которой производится нагрев теплоносителя за счет передачи теплоты сжигаемого топлива, а также путем электронагрева или другими, в том числе нетрадиционными способами, участвующая в теплоснабжении потребителей [5].
Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации . academic.ru . 2015 .
Полезное
Смотреть что такое «Источник тепловой энергии» в других словарях:
Источник тепловой энергии — энергоустановка, предназначенная для производства теплоты. Синонимы: Источник теплоты См. также: Источники тепловой энергии Теплоснабжение Финансовый словарь Финам … Финансовый словарь
источник тепловой энергии — источник теплоты Теплогенерирующая энергоустановка или их совокупность, в которой производится нагрев теплоносителя за счет передачи теплоты сжигаемого топлива, а также путем электронагрева или другими, в том числе нетрадиционными способами,… … Справочник технического переводчика
Источник тепловой энергии — 3) источник тепловой энергии устройство, предназначенное для производства тепловой энергии;. Источник: Федеральный закон от 27.07.2010 N 190 ФЗ (ред. от 25.06.2012) О теплоснабжении … Официальная терминология
источник тепловой энергии — источник теплоты (тепловой энергии) энергоустановка, предназначенная для производства теплоты (тепловой энергии). (Смотри: Правила техники безопасности при эксплуатации теплопотребляющих установок и тепловых сетей потребителей. Госэнергонадзор 7… … Строительный словарь
источник тепловой энергии (теплоты) — 3.4.4 источник тепловой энергии (теплоты) : Теплогенерирующая энергоустановка или их совокупность, в которой производится нагрев теплоносителя за счет передачи теплоты сжигаемого топлива, а также путем электронагрева или другими, в том числе… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
Радионуклидный источник тепловой энергии — 4. Радионуклидный источник тепловой энергии Радионуклидное энергетическое устройство, предназначенное для преобразования энергии продуктов спонтанного распада радионуклида в тепловую энергию Источник: ГОСТ 22212 85: Устройства энергетические… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
радионуклидный источник тепловой энергии — Радионуклидное энергетическое устройство, предназначенное для преобразования энергии продуктов спонтанного распада радионуклида в тепловую энергию. [ГОСТ 22212 85] Тематики устройства энергетические радионуклидные Обобщающие термины виды… … Справочник технического переводчика
Источник теплоты (тепловой энергии) — энергоустановка, предназначенная для производства теплоты (тепловой энергии). Источник: snip id 2791: Правила эксплуатации теплопотребляющих установок и тепловых сетей потребителей … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
Методика определения фактических потерь тепловой энергии через тепловую изоляцию трубопроводов водяных тепловых сетей систем централизованного теплоснабжения — Терминология Методика определения фактических потерь тепловой энергии через тепловую изоляцию трубопроводов водяных тепловых сетей систем централизованного теплоснабжения: Водяная система теплоснабжения система теплоснабжения, в которой… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
потребитель тепловой энергии — 3.19 потребитель тепловой энергии : Лицо, приобретающее тепловую энергию, теплоноситель для использования на принадлежащих ему на праве собственности или ином законном основании теплопотребляющих установках либо для оказания коммунальных услуг в… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
Что относится к источникам термической энергии
Термическая энергия в форме тепла может переходить сама по себе от более нагретого тела к менее нагретому. При этом процессе из тепла можно получить работу, но и в данном случае в непрерывно работающей машине принципиально невозможно полностью превратить тепло в работу. [2]
Термическая энергия 1 моль вещества при 298 К имеет величину порядка 7 5 кДж — моль-1, а при 500 К — около 12 5 кДж — моль-1. Величины, сравнимые с энергией связи, достигаются лишь при очень высоких температурах. Кинетическая энергия, соответствующая термической энергии, представляет собой, однако, лишь среднее значение. В соответствии же с законом распределения статистики Максвелла — Больцмана кинетическая энергия отдельных частиц может значительно превышать среднее значение. Поэтому в зависимости от прочности связей их разрыв в заметной степени наблюдается уже при относительно низких температурах. [3]
Термическая энергия высокотемпературного пламени значительно ниже энергии дуги или искры. Поэтому в пламени возбуждаются только наиболее чувствительные спектральные линии с низкими потенциалами возбуждения. Число элементов, определяемых этим методом, значительно меньше, чем при возбуждении электрическими источниками света. [4]
В природе термическая энергия самопроизвольно всегда переходит от более нагретых тел к менее нагретым. На практике же иногда необходимо провести обратный процесс, то есть перенести тепло от менее нагретых тел к более нагретым. Такой процесс, например, осуществляется в холодильнике. Там термическая энергия отбирается у охлаждаемых тел ( их температура в основном ниже температуры окружающей среды и, как правило, ниже 0 С) и отводится в окружающее пространство, температура которого обычно 20 — 25 С. Однако такой процесс требует затраты работы. [5]
Зная свойства термической энергии или тепла, мы можем понять, почему любое превращение энергии всегда сопровождается образованием тепла, точнее говоря, увеличением термической энергии. Ведь термическая энергия обусловлена хаотическим движением атомов и молекул, из которых состоит тело, в то время как остальные виды энергии связаны с более или менее упорядоченным их движением. Однако упорядоченное движение легко может стать хаотическим, в то время как упорядочение хаотического движения наталкивается на значительные трудности. [6]
Эта особенность термической энергии тесно связана с тем, что она возникает практически в любом процессе и часть ее рассеивается в окружающую среду. Следовательно, каждая реальная машина, даже самая совершенная, производит меньше работы, чем она могла бы производить при отсутствии рассеяния ( диссипации) энергии. [7]
Поскольку изменение термической энергии связано с переходом ее в форме тепла от одного тела к другому, можно сказать, что термодинамика-это наука, занимающаяся изучением процессов превращения тепла. [8]
В атомноабсорбционном методе термическая энергия пламени также используется для разложения соединений на атомы. Однако атомноаб-сорбционные методы обладают одним преимуществом: неионизированные и несвязанные атомы элемента, находящиеся в основном ( невозбужденном) состоянии, поглощают свет характеристических частот, совпадающих с характеристическими частотами излучения атомов этого элемента. Поэтому для количественного анализа в атомноабсорбционном методе пламенной фотометрии измеряется степень поглощения атомами падающего света, в эмиссионном методе измеряется интенсивность излучения света атомами. При наличии подходящего источника света металлы, находящиеся в пламени в виде атомов и не излучающие спектр, можно определить по абсорбционному спектру. [9]
Процесс сопровождается потерей термической энергии и является одним из путей нерадиационного разрушения возбужденных синглетов. Выход межсистемного перехода изменяется в широких пределах. Например, для бензофенона и многих других карбонильных соединений он близок к 100 % фактически при любых условиях; с другой стороны, при облучении нафталина в растворе в триплеты превращаются лишь около 30 % возбужденных синглетов. [10]
Процесс сопровождается потерей термической энергии и является одним из путей нерадиациопного разрушения возбужденных сипглетов. Выход межсистемпого перехода изменяется в широких пределах. Например, для бензофепона и многих других карбонильных соединений он близок к 100 % фактически при любых условиях; с другой стороны, при облучении нафталина в растворе в триплеты превращаются лишь около 30 % возбужденных синглетов. [11]
Получите выражение для термической энергии электронов , приняв, что энергетические уровни, к которым могут быть отнесены электроны и металле, являются уровнями, свойственными нолю постоянной потенциальной. [12]
Как мы видели, термическая энергия , с которой мы постоянно сталкиваемся в жизни, обладает некоторыми особыми свойствами по сравнению с другими видами энергии. [13]
Поскольку при 350 доля термической энергии бутена-2 в общем запасе энергии циклопропана будет больше, чем при 25, то метилен, полученный фотохимически, обладает даже большей энергией, чем полученный термически при значительно более высокой температуре. Это еще раз показывает, что метилен является горячим радикалом. [14]
При нагреве одной части системы термическая энергия пе-еходит через систему до тех пор, пока температура не выравни-ается. Термическая проводимость представляет собой переход ермической энергии. Электрическая проводимость представляет эбол переход заряда или посредством перемещения электродов, ак в металлах, или посредством перемещения ионов, как в ион-ых растворах или ионизированных газах. Вязкость — это транс-ортиое свойство более топкого качества, и, как мы увидим да-ес, она связана с транспортом количества движения. [15]
Источник тепловой энергии
Источник тепловой энергии — теплогенерирующая установка (тепловая электрическая станция или котельная), предназначенная для производства и отпуска тепловой энергии.
Смотри также родственные термины:
3.4.4 источник тепловой энергии (теплоты) : Теплогенерирующая энергоустановка или их совокупность, в которой производится нагрев теплоносителя за счет передачи теплоты сжигаемого топлива, а также путем электронагрева или другими, в том числе нетрадиционными способами, участвующая в теплоснабжении потребителей.
[ title=»Правила технической эксплуатации тепловых энергоустановок»] [7]
Источник тепловой энергии (теплоты) — теплогенерирующая энергоустановка или их совокупность, в которой производится нагрев теплоносителя за счет передачи теплоты сжигаемого топлива, а также путем электронагрева или другими, в том числе нетрадиционными способами, участвующая в теплоснабжении потребителей [5].
Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации . academic.ru . 2015 .
Полезное
Смотреть что такое «Источник тепловой энергии» в других словарях:
Источник тепловой энергии — энергоустановка, предназначенная для производства теплоты. Синонимы: Источник теплоты См. также: Источники тепловой энергии Теплоснабжение Финансовый словарь Финам … Финансовый словарь
источник тепловой энергии — источник теплоты Теплогенерирующая энергоустановка или их совокупность, в которой производится нагрев теплоносителя за счет передачи теплоты сжигаемого топлива, а также путем электронагрева или другими, в том числе нетрадиционными способами,… … Справочник технического переводчика
Источник тепловой энергии — 3) источник тепловой энергии устройство, предназначенное для производства тепловой энергии;. Источник: Федеральный закон от 27.07.2010 N 190 ФЗ (ред. от 25.06.2012) О теплоснабжении … Официальная терминология
источник тепловой энергии — источник теплоты (тепловой энергии) энергоустановка, предназначенная для производства теплоты (тепловой энергии). (Смотри: Правила техники безопасности при эксплуатации теплопотребляющих установок и тепловых сетей потребителей. Госэнергонадзор 7… … Строительный словарь
источник тепловой энергии (теплоты) — 3.4.4 источник тепловой энергии (теплоты) : Теплогенерирующая энергоустановка или их совокупность, в которой производится нагрев теплоносителя за счет передачи теплоты сжигаемого топлива, а также путем электронагрева или другими, в том числе… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
Радионуклидный источник тепловой энергии — 4. Радионуклидный источник тепловой энергии Радионуклидное энергетическое устройство, предназначенное для преобразования энергии продуктов спонтанного распада радионуклида в тепловую энергию Источник: ГОСТ 22212 85: Устройства энергетические… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
радионуклидный источник тепловой энергии — Радионуклидное энергетическое устройство, предназначенное для преобразования энергии продуктов спонтанного распада радионуклида в тепловую энергию. [ГОСТ 22212 85] Тематики устройства энергетические радионуклидные Обобщающие термины виды… … Справочник технического переводчика
Источник теплоты (тепловой энергии) — энергоустановка, предназначенная для производства теплоты (тепловой энергии). Источник: snip id 2791: Правила эксплуатации теплопотребляющих установок и тепловых сетей потребителей … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
Методика определения фактических потерь тепловой энергии через тепловую изоляцию трубопроводов водяных тепловых сетей систем централизованного теплоснабжения — Терминология Методика определения фактических потерь тепловой энергии через тепловую изоляцию трубопроводов водяных тепловых сетей систем централизованного теплоснабжения: Водяная система теплоснабжения система теплоснабжения, в которой… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
потребитель тепловой энергии — 3.19 потребитель тепловой энергии : Лицо, приобретающее тепловую энергию, теплоноситель для использования на принадлежащих ему на праве собственности или ином законном основании теплопотребляющих установках либо для оказания коммунальных услуг в… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
12 примеров тепловой энергии в повседневной жизни
Тепловая энергия относится к энергии, которой обладает объект в результате движения частиц внутри объекта. Это внутренняя кинетическая энергия объекта, которая исходит от случайных движений молекул и атомов объекта.
В то время как молекулы и атомы, составляющие материю, постоянно движутся, когда объект нагревается, повышение температуры заставляет эти частицы двигаться быстрее и сталкиваться друг с другом. Чем быстрее движутся эти частицы, тем выше тепловая энергия объекта.
Она может быть записана математически как произведение постоянной Больцмана (k B) и абсолютной температуры (T).
Тепловая энергия = k B T
Термин «тепловая энергия» может также применяться к количеству передаваемого тепла или энергии, переносимой тепловым потоком.
Тепловая энергия (или термическая энергия) может передаваться от одного тела другому через три процесса —
- Проводимость: это наиболее распространенная форма теплопередачи, которая происходит через физический контакт: передача внутренней энергии за счет микроскопических столкновений частиц и движения электронов внутри тела. : представляет собой передачу тепла из одной области в другую в результате движения жидкостей, например, жидкостей и газов.
- Излучение — это передача энергии в виде частиц или волн через пространство или среду. Чем горячее объект, тем больше он будет излучать тепловой энергии.
Чтобы лучше объяснить это явление, мы собрали некоторые из лучших примеров тепловой энергии, которые вы видите в повседневной жизни.
12. Солнечная энергия
Тип теплопередачи: Излучение
Солнце — это почти идеальная сфера горячей плазмы, которая преобразует водород в гелий посредством миллиардов химических реакций, которые в конечном итоге производят интенсивное количество тепла.
Вместо того, чтобы находиться рядом с Солнцем, тепло излучается вдаль от звезды и в космос. Небольшая часть этой энергии (тепла) достигает Земли в виде света. В основном она содержит инфракрасный, видимый и ультрафиолетовый свет. Передача тепловой энергии таким образом называется тепловым излучением.
В то время как часть тепловой энергии проникает в атмосферу Земли и достигает земли, часть ее блокируется облаками или отражается от других объектов. Солнечный свет, достигающий поверхности Земли, нагревает ее.
По данным Университета Орегона, вся Земля получает в среднем 164 Ватта на квадратный метр в течение суток. Это означает, что вся планета получает 84 тераватта энергии.
11. Тающий лед
Тип теплопередачи: Конвекция
Тепловая энергия всегда течет из регионов с более высокой температурой в регионы с более низкой температурой. Например, когда вы добавляете к напитку кубики льда, тепло переходит из жидкости в кубики льда.
Температура жидкости падает по мере того, как тепло переходит от напитка к льду. Тепло продолжает перемещаться в самую холодную область напитка до тех пор, пока не достигнет равновесия. Потеря тепла приводит к падению температуры напитка.
10. Топливные элементы
Топливный элемент, который принимает водород и кислород в качестве входных данных
Теплопередача: зависит от типа топливного элемента
Топливные элементы — это электрохимические устройства, которые преобразуют химическую энергию топлива и окислителя в электрическую энергию. При работе топливного элемента значительная часть входной энергии используется для выработки электрической энергии, а оставшаяся часть преобразуется в тепловую энергию в зависимости от типа топливного элемента.
Тепло, получаемое в ходе этого процесса, используется для повышения энергоэффективности. Теоретически топливные элементы являются гораздо более энергоэффективными, чем обычные процессы: если отработанное тепло улавливается в когенерационной схеме, эффективность может достигать 90%.
9. Геотермальная энергия
Тип теплопередачи: мантийная конвекция
Геотермальная энергия — это тепло, получаемое в недрах Земли. Оно содержится в жидкостях и породах под земной корой и может быть найдено глубоко в горячей расплавленной породе Земли — магме.
Она образуется в результате радиоактивного распада материалов и непрерывной потери тепла от формирования планеты. Температура и давление на границе ядра и мантии могут достигать более 4000°C и 139 ГПа, в результате чего некоторые породы расплавляются, а твердая мантия ведет себя пластически.
Это приводит к тому, что части мантии конвектируются вверх (так как расплавленная порода легче, чем окружающие твердые породы). Пар и/или вода переносят геотермальную энергию на поверхность планеты, откуда она может быть использована для охлаждения и обогрева, или может быть использована для производства чистого электричества.
8. Тепловая энергия в океане
Тип теплопередачи: Конвекция и Проводимость
На протяжении десятилетий океаны поглощали более 9/10 избыточного тепла атмосферы от выбросов парниковых газов. Согласно исследованию, океан нагревается со скоростью 0,5-1 ватт энергии на квадратный метр в течение последних десяти лет.
Океаны обладают невероятным потенциалом для хранения тепловой энергии. Поскольку их поверхности подвергаются воздействию прямых солнечных лучей в течение длительных периодов времени, существует огромная разница между температурами мелководных и глубоководных морских районов.
Эта разница температур может быть использована для запуска теплового двигателя и выработки электроэнергии. Этот тип преобразования энергии, известный как преобразование тепловой энергии океана, может работать непрерывно и может поддерживать различные побочные отрасли.
7. Солнечная плита
Тип теплопередачи: излучение и проводимость
Солнечная плита — это низкотехнологичное, недорогое устройство, использующее энергию прямых солнечных лучей для нагрева, приготовления или пастеризации напитков и других пищевых материалов. В солнечный день она может достигать температуры до 400°C.
Все солнечные плиты работают по трем основным принципам:
- Концентрат солнечного света : устройство имеет зеркальную поверхность для концентрации солнечного света в небольшой зоне для приготовления пищи.
- Преобразование световой энергии в тепловую энергию. Когда свет падает на материал приемника (кастрюлю), он преобразует свет в тепло, и это мы называем проводимостью.
- Ловушка тепловой энергии : стеклянная крышка изолирует воздух внутри плиты от наружного воздуха, сводя к минимуму конвекцию (потери тепла).
6. Потирая руку
Тип теплопередачи: Проводимость
Когда вы потираете руки, трение превращает механическую энергию в тепловую. Механическая энергия относится к движению ваших рук.
Поскольку трение происходит за счет электромагнитного притяжения между заряженными частицами на двух соприкасающихся поверхностях, трение рук друг о друга приводит к обмену электромагнитной энергией между молекулами наших рук. Это приводит к тепловому возбуждению молекул наших рук, которые в конечном итоге вырабатывают энергию в виде тепла.
5. Тепловой двигатель
Тип теплопередачи: Конвекция
Тепловой двигатель преобразует тепловую энергию в механическую энергию, которую затем можно использовать для выполнения механической работы. Двигатель забирает энергию из тепла (по сравнению с окружающей средой) и превращает ее в движение.
В зависимости от типа двигателя применяются разные процессы, такие как использование энергии ядерных процессов для выработки тепла (уран) или воспламенение топлива в результате сгорания (уголь или бензин). Во всех процессах цель одна и та же: преобразовать тепло в работу.
Ежедневные примеры тепловых двигателей включают паровоз, двигатель внутреннего сгорания и тепловую электростанцию. Все они приводятся в действие расширением нагретых газов.
4. Горящая свеча
Тип теплопередачи: Проводимость, Конвекция, Излучение
Свечи делают свет, производя тепло. Они преобразуют химическую энергию в тепло. Химическая реакция называется сгоранием, при котором воск свечи вступает в реакцию с кислородом на воздухе и образует бесцветный газ, называемый углекислым газом, вместе с небольшим количеством пара.
Пар образуется в синей части пламени, где воск горит чисто с большим количеством кислорода. Но поскольку ни один воск не горит идеально, они также производят немного дыма (аэрозоль) в яркой, желтой части пламени.
На протяжении всего процесса фитиль поглощает воск и горит, чтобы произвести свет и тепловую энергию.
3. Электрические тостеры
Тип теплопередачи: тепловое излучение
Электрический тостер забирает электрическую энергию и очень эффективно преобразует ее в тепло. Он состоит из рядов тонких проволок (нитей), которые расположены достаточно широко друг от друга, чтобы поджарить всю поверхность хлеба.
Когда электричество течет по проводу, энергия передается от одного конца к другому. Эта энергия переносится электронами. На протяжении всего процесса электроны сталкиваются друг с другом и с атомами в металлической проволоке, выделяя тепло. Чем больше электрический ток и чем тоньше провод, тем больше происходит столкновений и выделяется больше тепла.
2. Современные системы отопления дома
Тип теплопередачи: Конвекция
Два распространенных типа отопительных систем, установленных в зданиях, — это системы отопления теплым воздухом и горячей водой. Первая использует тепловую энергию для нагрева воздуха, а затем циркулирует по системе воздуховодов и регистров. Теплый воздух выдувается из воздуховодов и циркулирует по помещениям, вытесняя холодный воздух.
Второй использует тепловую энергию для нагрева воды, а затем прокачивает ее по всему зданию в системе труб и радиаторов. Горячий радиатор излучает тепловую энергию в окружающий воздух. Затем теплый воздух движется по помещениям конвекционными потоками.
1. Процессоры и другие электрические компоненты
Тип теплопередачи: Конвекция и Проводимость
Процессор, графический процессор и система на чипе рассеивают энергию в виде тепла за счет сопротивления в электронных схемах. Графические процессоры в ноутбуках/настольных компьютерах потребляют и рассеивают значительно больше энергии, чем мобильные процессоры из-за их более высокой сложности и скорости.
Для поддержания оптимальной температуры микропроцессоров используются различные типы систем охлаждения. Например, обычная настольная система охлаждения ЦП предназначена для рассеивания до 90 Вт тепла без превышения максимальной температуры соединения для ЦП настольного компьютера.