Отопление от: Не работает отопление в доме (водяное отопление от печи), что делать?

описывает пассивную систему охлаждения, которая направлена ​​на помощь бедным общинам, снижение затрат на охлаждение и отопление, снижение выбросов CO2 — ScienceDaily

Пассивное охлаждение, как тень от дерева, существует всегда.

Недавно исследователи изучали, как использовать технологию пассивного охлаждения с турбонаддувом, известную как радиационное или небесное охлаждение, с помощью солнцезащитных наноматериалов, которые излучают тепло от крыш зданий. Несмотря на достигнутый прогресс, эта экологичная технология не является обычным явлением, потому что исследователи изо всех сил пытались максимизировать охлаждающие способности материалов.

Новое исследование, проведенное инженерами Университета Буффало, позволило добиться значительного прогресса в этой области.

В исследовании, опубликованном 8 февраля в журнале Cell Reports Physical Science , описана уникальная система радиационного охлаждения, которая:

• Снижала температуру внутри испытательной системы на открытом воздухе под прямыми солнечными лучами более чем на 12 градусов Цельсия (22 градусов по Фаренгейту).
• Понижена температура испытательного бокса в лаборатории, предназначенная для имитации ночи, более чем на 14 градусов по Цельсию (25 градусов по Фаренгейту).
• Одновременно улавливается достаточно солнечной энергии, которую можно использовать для нагрева воды примерно до 60 градусов по Цельсию (140 градусов по Фаренгейту).

Хотя тестируемая система имела площадь всего 70 сантиметров (27,5 дюйма) в квадрате, в конечном итоге ее можно было расширить для покрытия крыш, говорят инженеры, с целью уменьшения зависимости общества от ископаемых видов топлива для охлаждения и обогрева. Это также может помочь сообществам с ограниченным доступом к электричеству.

«В нашей повседневной жизни существует большая потребность в обогреве и охлаждении, особенно в охлаждении в условиях потепления», — говорит ведущий автор исследования Цяоцян Ган, доктор философии, профессор электротехники в Школе инженерии и прикладных наук UB.

В исследовательскую группу входят Цзунфу Ю, доктор философии, Университет Висконсин-Мэдисон; Бун Оои, доктор философии, Научно-технический университет имени короля Абдаллы (KAUST) в Саудовской Аравии; и сотрудники лаборатории Гана в UB и лаборатории Оои в KAUST.

Дизайн системы и материалы залог успеха

Система состоит из двух зеркал, сделанных из 10 очень тонких слоев серебра и диоксида кремния, расположенных в форме буквы «V».

Эти зеркала поглощают падающий солнечный свет, превращая солнечную энергию из видимых и ближних инфракрасных волн в тепло.Зеркала также отражают волны среднего инфракрасного диапазона от «излучателя» (вертикальный прямоугольник между двумя зеркалами), который затем отражает тепло, которое они несут, в небо.

«Поскольку тепловое излучение от обеих поверхностей центрального теплового излучателя отражается в небо, локальная плотность мощности охлаждения на этом излучателе увеличивается вдвое, что приводит к рекордно высокому снижению температуры», — говорит Ган.

«Большинство систем радиационного охлаждения рассеивают солнечную энергию, что ограничивает охлаждающие возможности системы», — говорит Ган.«Даже при идеальном спектральном выборе верхний предел охлаждающей способности при температуре окружающей среды 25 градусов Цельсия составляет около 160 ватт на квадратный метр. Напротив, солнечная энергия около 1000 ватт на квадратный метр в верхней части этих систем была просто потрачено впустую «.

Компания Spinoff нацелена на коммерциализацию технологий

Ган стал соучредителем дочерней компании Sunny Clean Water LLC, которая ищет партнеров для коммерциализации этой технологии.

«Одним из ключевых нововведений нашей системы является способность разделять и сохранять солнечное нагревание и радиационное охлаждение на разных компонентах в единой системе», — говорит соавтор Лю Чжоу, кандидат электротехники в Школе инженерии. Инженерные и прикладные науки.«Ночью радиационное охлаждение легко, потому что у нас нет солнечной энергии, поэтому тепловые выбросы просто уходят, и мы легко реализуем радиационное охлаждение. Но дневное охлаждение — это проблема, потому что светит солнце. В этой ситуации вам необходимо найти стратегии отделения солнечного отопления от охлаждающей ».

Работа основана на предыдущем исследовании, проведенном лабораторией Гана, которое включало создание конусообразной системы охлаждения без использования электричества в многолюдных городах для адаптации к изменению климата.

«Новая двусторонняя архитектура обеспечивает рекордную локальную удельную мощность охлаждения, превышающую 280 Вт на квадратный метр.При стандартном атмосферном давлении без вакуумной термоизоляции мы реализовали снижение температуры на 14,5 градусов Цельсия ниже температуры окружающей среды в лабораторных условиях и более чем на 12 градусов Цельсия в ходе испытаний на открытом воздухе с использованием простой экспериментальной системы », — говорит другой соавтор. автор, Хаомин Сонг, доктор философии, доцент кафедры электротехники в Школе инженерных и прикладных наук.

«Важно отметить, что наша система не просто тратит впустую солнечную энергию.Вместо этого солнечная энергия поглощается солнечными спектрально-селективными зеркалами, и ее можно использовать для солнечного нагрева воды, что широко используется в качестве энергоэффективного устройства в развивающихся странах, — говорит Ган. — Оно может сохранять как солнечный нагрев, так и эффекты радиационного охлаждения в одной системе без потребности в электричестве. Это действительно своего рода «волшебная» система льда и пихты ».

Исследовательская группа продолжит изучать способы улучшения технологии, включая изучение того, как улавливать достаточно солнечной энергии для кипячения воды, делая ее пригодной для питья.

Работа выполнена при финансовой поддержке программы Thermal Transport Processes Национального научного фонда США.

Радиационное охлаждение и солнечное отопление из одной системы, электричество не требуется

В исследовании описывается пассивная система охлаждения, которая призвана помочь бедным общинам, снизить затраты на охлаждение и отопление, снизить выбросы CO2

БУФФАЛО, Нью-Йорк — Пассивное охлаждение, как тень дерево обеспечивает, существует всегда.

В последнее время исследователи изучали, как использовать технологию пассивного охлаждения с турбонаддувом, известную как радиационное охлаждение или охлаждение неба, с помощью солнцезащитных наноматериалов, которые выделяют тепло вдали от крыш зданий. Несмотря на достигнутый прогресс, эта экологически чистая технология не является обычным явлением, потому что исследователи изо всех сил пытались максимизировать охлаждающие способности материалов.

Новое исследование, проведенное инженерами Университета Буффало, позволило добиться значительного прогресса в этой области.

В исследовании, опубликованном 8 февраля в журнале Cell Reports Physical Science, описана уникальная система радиационного охлаждения, которая:

• Снижала температуру внутри испытательной системы на открытом воздухе под прямыми солнечными лучами более чем на 12 градусов Цельсия (22 градуса). Фаренгейт).
• Понижена температура испытательного бокса в лаборатории, предназначенная для имитации ночи, более чем на 14 градусов по Цельсию (25 градусов по Фаренгейту).
• Одновременно улавливается достаточно солнечной энергии, которую можно использовать для нагрева воды примерно до 60 градусов по Цельсию (140 градусов по Фаренгейту).

Хотя тестируемая система имела площадь всего 70 сантиметров (27,5 дюйма) в квадрате, в конечном итоге ее можно было расширить для покрытия крыш, говорят инженеры, с целью уменьшить зависимость общества от ископаемого топлива для охлаждения и обогрева. Это также может помочь сообществам с ограниченным доступом к электричеству.

«В нашей повседневной жизни существует большая потребность в обогреве и охлаждении, особенно в охлаждении в условиях потепления», — говорит ведущий автор исследования Цяоцян Гань, доктор философии, профессор электротехники в Школе инженерии и прикладных наук UB.

В исследовательскую группу входят Цзунфу Ю, доктор философии, Университет Висконсин-Мэдисон; Бун Оои, доктор философии, Научно-технический университет имени короля Абдаллы (KAUST) в Саудовской Аравии; и сотрудники лаборатории Гана в UB и лаборатории Оои в KAUST.

Дизайн системы и материалы ключ к успеху

Система состоит из двух зеркал, сделанных из 10 чрезвычайно тонких слоев серебра и диоксида кремния, расположенных в форме буквы «V».

Эти зеркала поглощают падающий солнечный свет, превращая солнечную энергию из видимых и ближних инфракрасных волн в тепло. Зеркала также отражают волны среднего инфракрасного диапазона от «излучателя» (вертикальный прямоугольник между двумя зеркалами), который затем отражает тепло, которое они несут, в небо.

«Поскольку тепловое излучение от обеих поверхностей центрального теплового излучателя отражается в небо, локальная плотность мощности охлаждения на этом излучателе увеличивается вдвое, что приводит к рекордному снижению температуры», — говорит Ган.

«Большинство систем радиационного охлаждения рассеивают солнечную энергию, что ограничивает охлаждающие возможности системы», — говорит Ган. «Даже при идеальном спектральном выборе верхний предел охлаждающей способности при температуре окружающей среды 25 градусов Цельсия составляет около 160 Вт на квадратный метр.Напротив, солнечная энергия в размере около 1000 Вт на квадратный метр этих систем была просто потрачена впустую ».

Компания Spinoff стремится коммерциализировать технологию.

Ган является соучредителем дочерней компании Sunny Clean Water LLC, которая ищет партнеров для коммерциализации этой технологии.

«Одним из ключевых нововведений нашей системы является способность разделять и сохранять солнечное нагревание и радиационное охлаждение на разных компонентах в одной системе», — говорит соавтор Лю Чжоу, кандидат наук по электротехнике в школе. инженерных и прикладных наук.«Ночью радиационное охлаждение легко осуществить, потому что у нас нет солнечного излучения, поэтому тепловые выбросы просто уходят, и мы легко реализуем радиационное охлаждение. Но дневное охлаждение — это проблема, потому что светит солнце. В этой ситуации вам необходимо найти стратегии, позволяющие отделить солнечное отопление от зоны охлаждения ».

Работа основана на предыдущем исследовании, проведенном лабораторией Гана, которое включало создание конусообразной системы для безэлектричества охлаждения в густонаселенных городах для адаптации к изменению климата.

«Новая двухсторонняя архитектура обеспечивает рекордную локальную удельную мощность охлаждения, превышающую 280 Вт на квадратный метр.При стандартном атмосферном давлении без вакуумной термоизоляции мы реализовали снижение температуры на 14,5 градусов Цельсия ниже температуры окружающей среды в лабораторных условиях и более чем на 12 градусов Цельсия при испытаниях на открытом воздухе с использованием простой экспериментальной системы », — говорит другой соавтор. автор, Хаомин Сонг, доктор философии, доцент кафедры электротехники в Школе инженерных и прикладных наук.

«Важно отметить, что наша система не просто тратит впустую солнечную энергию.Вместо этого солнечная энергия поглощается солнечными спектральными селективными зеркалами, и ее можно использовать для солнечного нагрева воды, что широко используется в качестве энергоэффективного устройства в развивающихся странах », — говорит Ган. «Он может сохранять эффекты солнечного нагрева и радиационного охлаждения в одной системе без потребности в электричестве. Это действительно своего рода «волшебная» система льда и пламени ».

Исследовательская группа продолжит изучение способов улучшения технологии, включая изучение того, как улавливать достаточно солнечной энергии, чтобы вскипятить воду и сделать ее пригодной для питья.

Работа выполнена при финансовой поддержке программы Thermal Transport Processes Национального научного фонда США.

Модернизация лучистого отопления в подвале, ванной и спальнях

Если вы когда-нибудь грелись перед открытым огнем, вы испытали лучистое тепло. В отличие от поднимающегося горячего воздуха, лучистое тепло распространяется во всех направлениях, нагревая более прохладные предметы вокруг себя. Подача теплой воды по пластиковым трубкам, установленным в полу, излучающих теплый пол выходит оттуда, создавая ощущение тепла и комфорта в комнате.

Хотя установка системы лучистого теплого пола может работать на 50 процентов больше, чем, например, традиционное воздушное отопление, она позволяет сэкономить 30 процентов затрат на электроэнергию и в конечном итоге окупится. Вставить его в новую конструкцию очень просто: специальные деревянные пластины, прикрученные к балкам, служат в качестве основания. Но переоборудование труб под существующий пол сопряжено с трудностями. Если комната выпотрошена до балок, достаточно легко уложить деревянные плиты. Но это невозможно, когда пол остается на месте.

Вот три самых популярных места для переоборудования лучистой энергии и то, что в каждом случае делают профессионалы, чтобы привнести уют в старые дома.

1. Лучистое тепло в жилых помещениях первого этажа

Лучший способ переоборудовать лучистые полы с подогревом, не нарушая существующий пол, — это сделать это снизу, напротив нижней стороны чернового пола.В большинстве домов это можно сделать только на первом этаже, где пролеты балок открыты для пространства внизу. Его можно укладывать под большинство существующих полов, включая дерево, плитку, винил и даже ковер.

Установка лучистого теплого пола в существующих домах начинается с ввинчивания алюминиевых направляющих между балками, которые удерживают трубы из PEX (сшитого полиэтилена), по которым проходит горячая вода. «Пластик, такой как PEX, не является хорошей средой для переноса», — говорит Ричард. «Таким образом, алюминий высасывает тепло и отводит его к черному полу.«Следы удерживают трубы на равном расстоянии от 6 до 8 дюймов, чтобы избежать холодных пятен. Змеи трубы непрерывно изгибаются от пролета к заливу через отверстия, просверленные не менее чем на 2 дюйма от краев каждой балки. Однако на кухне или в семейной комнате Ричард старается не запускать его под шкафами или другими встроенными элементами. «Вы не хотите, чтобы тепло задерживалось под герметичной коробкой», — объясняет он.

Изоляция под трубой имеет решающее значение для удержания тепла от пола вверх, а не для его рассеивания в разные стороны.В проектном доме бригада нанесет пенопластовую изоляцию на трубы между балками, образуя герметичное уплотнение.

Система лучистого теплого пола требует подачи горячей воды, соединения между трубой и водопроводом и насоса для перемещения воды от одного к другому. При модернизации первого этажа все они либо уже существуют, либо их легко найти поблизости.

Проектный дом TOH имеет коллектор в подвале, через который все трубы берут начало и возвращаются.Он подключается к циркуляционному насосу. Трубки каждой комнаты подаются в коллектор, петляют под полом и снова соединяются на выходе. В каждой комнате или зоне есть отдельный термостат; при его увеличении в комнату поступает теплая вода, повышая температуру в помещении. Выключение отключает воду.

Коллектор получает горячую воду от бойлера, в котором есть специальный смесительный клапан, настроенный на подачу воды не выше 140 градусов по Фаренгейту. Этот предел, объясняет Ричард, гарантирует, что поверхность пола не поднимется выше 85 градусов, что может разрушить плиточную мастику и покоробить дерево.В здании проекта температура в трубопроводах будет повышаться и понижаться в зависимости от погоды — от 85 до 90 градусов в мягкие зимние дни и до 130 или 140 градусов в самые холодные дни.

2. Утепление ванных и спален второго этажа

Модернизация излучателя на втором этаже, где комфорт теплой плитки в ванной или деревянного пола под босыми ногами является настоящим удовольствием, может оказаться сложнее.Редко есть доступ к балкам второго этажа снизу, поэтому трубы должны входить сверху. По словам Ричарда, это может добавить от ½ дюйма до 1¼ дюйма к уклону пола, что потребует корректировок, например подъема или срезания дверей. (Эти ограничения также относятся к первому этажу без подвала. Так, например, на кухне вы должны быть уверены, что приподнятие пола не закрепит посудомоечную машину на месте.)

К счастью, есть продукты, например, Uponor Quik Trak, Viega Climate Panel и Rehau Raupanel, которые сохраняют дополнительную высоту ниже дюйма.По словам менеджера проекта Rehau Джона Кимбалла, эти панели могут перекрывать практически любой черновой пол — доски, фанеру, OSB или даже бетон — если он ровный и находится в хорошем состоянии.

После того, как панели прибиты или прикручены, вы можете покрыть их различными полами. Поскольку плитка легко отдает тепло, она идеально подходит для лучистого тепла, поэтому ванная комната — отличное место для модернизации. Однако плиточный пол включает в себя подкладочную доску, тонкий слой и саму плитку, поэтому он добавит больше высоты комнате, чем, скажем, линолеум, который опускается на ¼-дюймовую фанеру, или дерево, которое можно положить прямо на панели (если монтажники не прибивают трубы).

Тем не менее, практически любое обычное напольное покрытие выдержит тепло. Для деревянных полов Ричард рекомендует такие твердые породы, как дуб, ясень или клен. «Чем уже доска, тем лучше», — говорит он. «Он сводит к минимуму расширение и сжатие». Ковровое покрытие также будет работать до тех пор, пока совокупная изоляционная способность ковра и подкладки — информация, которую должны иметь продавцы ковров или подрядчики по производству лучистых материалов — не превышает R-2,5. «Если пол слишком хорошо изолирован, — говорит Ричард, — это все равно, что надеть свитер на радиатор.«

Для подключения отопительной системы второго этажа к источнику тепла нужно просто найти способ получить воду из бойлера. По сути, везде, где могут быть установлены трубы PEX, может распространяться лучистое тепло. Ричард рекомендует установить коллектор «в туалете или заправить в полость для стойки — близко к обогреваемой области». Это позволяет избежать изгиба нескольких длин трубок вниз к удаленному коллектору и обратно. Тогда по единственной линии можно подавать воду от котла к коллектору.

3.Создание подвального этажа с подогревом

«Любой подвал, в котором есть семейная комната, игровая комната или мастерская, должен быть сияющим», — говорит Ричард. Если в подвале будет бетонная плита, PEX может опускаться до заливки, прикрепленный к проволочной сетке или закрепленный на жесткой пенопластовой изоляции. Затем настил идет прямо поверх этой плиты.

Если плита уже установлена, над ней проходят трубы с использованием тех же низкопрофильных панелей, которые использовались для модернизации второго этажа. Затем вы можете закончить пол так же, как и на втором этаже, или вы можете залить панель легким бетоном.«Покрытие труб из легкого бетона или гипсобетона позволяет теплу поглощать тепловую массу бетона. Это также защищает трубы, но увеличивает высоту готового пола», — говорит Ричард. «Значит, вам нужно отрегулировать каждое открывание двери».

В конце концов домовладельцы Newton решили разместить излучатель под всем первым этажом и под ванной на втором этаже, но оставили его вне подвала. Установка увеличит стоимость модернизации их системы отопления, но в холодном северо-восточном климате они увидят экономию в первом зимнем счете за электроэнергию.Однако, по словам Ричарда, «Radiant» на самом деле не в денежной окупаемости. «Нет никаких сомнений в том, что это наиболее эффективный способ обогрева и самые низкие эксплуатационные расходы», — говорит он. «Но главная причина, по которой вы это делаете, — это повседневный комфорт».

Альтернативный вариант электрического лучистого отопления

Как правило, электрическое лучистое отопление — либо кабели, проложенные в полу, либо тонкие маты из проволочного сопротивления, закрепленные на стекловолоконной сетке, — модернизируется в отдельных комнатах, а не в целых домах.Его быстрее и дешевле установить, и он может стать хорошей заменой, скажем, ванной комнаты или небольшой гардеробной. Но Ричард Третеви из TOH не рекомендует использовать электрические лучи для больших помещений, таких как кухня или готовый подвал. «Учитывая высокую стоимость киловатт-часа, это не лучший основной источник тепла, особенно в холодном климате», — говорит Ричард. «Hydronic Radiant настолько эффективен, потому что он использует воду для передачи тепла по всему зданию. А вода является идеальной средой передачи.Период »

определение отопления по The Free Dictionary

а. Форма энергии, связанная с кинетической энергией атомов или молекул и способная передаваться через твердые и жидкие среды за счет проводимости, через жидкие среды за счет конвекции и через пустое пространство за счет излучения.

г. Передача энергии от одного тела к другому в результате разницы температур или изменения фазы.

2. Ощущение или восприятие такой энергии, как тепло или жар.

3. Аномально высокая температура тела, как от жара.

а. Состояние горячего.

г. Степень тепла или жара: горелка была на слабом огне.

а. Обогрев комнаты или здания печью или другим источником энергии: Дом стоил дешево, но тепло было дорого.

г. Печь или другой источник тепла в комнате или здании: когда мы вернулись с работы, тепло было включено.

6. Жаркое время года; период жаркой погоды.

а. Интенсивность по страсти, эмоциям, цвету, внешнему виду или эффекту.

г. Самый напряженный или активный этап: пылающий бой.

с. Ощущение жжения во рту, вызванное пряным вкусом пищи.

8. Эструс.

9. Одна из серии попыток или попыток.

а. Спорт и игры Один из нескольких раундов соревнования, например гонки.

г. Предварительный конкурс для определения финалистов.

11. Неформальное Давление; стресс.

а. Активизация деятельности полиции по преследованию преступников.

г. Полиция. Используется с .

13. Сленг Негативные комментарии или враждебная критика: Жар прессы вынудил сенатора уйти в отставку.

14. Сленг Огнестрельное оружие, особенно пистолет.

v. heat · ed , heat · ing , heats

Словарь английского языка American Heritage®, пятое издание. Авторское право © 2016 Издательская компания Houghton Mifflin Harcourt.Опубликовано Houghton Mifflin Harcourt Publishing Company. Все права защищены.

Технология и история лучистого отопления

Фото: warmboard.com

Хотя истоки лучистого теплого пола уходят в глубь веков, технология достигла зрелости только в последние годы. Сегодня она работает так же хорошо, как и любая другая традиционная система, если не лучше, и работает, по крайней мере, на 25 процентов эффективнее, чем системы с принудительной подачей воздуха, наиболее распространенный вид отопления в Соединенных Штатах.Все больше потребителей выбирают лучистое отопление не только из-за экономии энергии, которую оно обеспечивает, но и из-за его преимущества в качестве воздуха в помещении и его способности освободить домовладельцев от тирании радиаторов, плинтусов и вентиляционных отверстий. Тем не менее, многие задаются вопросом, почему лучистое отопление не используется в большинстве американских домов, особенно с учетом его популярности за рубежом (в Европе и Азии 40 и 80 процентов домов, соответственно, отапливаются лучистыми системами). Что ж, хотя сейчас это может быть жизнеспособный продукт, все начиналось не так.

Самые первые системы лучистого отопления появились в Римской империи. В домах самых богатых горожан стены и полы поддерживались узкими камерами, называемыми гипокаустами. Пожары вокруг здания нагревали эти гипокаусты, которые, в свою очередь, нагревали внутреннее пространство дома. Примерно в то же время на другой стороне земного шара корейская система ондол отапливала дома с помощью огня, который передавал тепло от кухни к ряду стратегически расположенных камней.Эти камни поглощали тепло и медленно излучали его наружу. Несмотря на то, что они примитивны по сравнению с тонко настроенными и не требующими обслуживания изделиями для лучистого отопления, доступными сегодня, тот факт, что базовая технология существует так долго, говорит о простой мудрости ее конструкции.

Фото: warmboard.com

В Соединенных Штатах не кто иной, как выдающийся архитектор Фрэнк Ллойд Райт первым представил концепцию лучистого отопления бесчисленному количеству американцев. Конечно, Райт опередил свое время во многих отношениях, поэтому лучистое тепло наконец стало в центре внимания только спустя десятилетия после его смерти.

Когда в 1970-х и 1980-х годах на первый план вышли экологические проблемы, разнообразная группа профессионалов и любителей приступила к тестированию различных нетрадиционных способов строительства. В этих экспериментальных усилиях принципы лучистого отопления часто согласовывались с солнечной энергией. Типичная установка — бетонный пол, окрашенный в темный цвет, под солнечным окном, выходящим на юг. В течение дня солнце нагревало бетон, затем с наступлением ночи и падением температуры бетон излучал тепло обратно в дом.Это хорошо работало для дополнительного тепла, но не могло обогреть весь дом в течение зимнего сезона.

На следующем этапе развития лучистое отопление сделало большой шаг к тому, чтобы стать самостоятельным объектом, активной системой, способной обеспечивать тепло с помощью или без помощи солнца. Гениально в бетонный пол были встроены гидравлические трубы. Воду, нагретую котлом, можно было перекачивать по трубам, нагревая бетон в отсутствие солнца. Единственной проблемой теперь был бетон.Если раньше его тепловая масса была преимуществом, то теперь она замедляла работу системы. Бетон не только нагревается слишком долго, но и продолжает излучать в течение нескольких часов после того, как термостат был выключен или выключен.

Ответ, как выяснили Warmboard, заключался в объединении гидравлических трубок с легким алюминием с высокой проводимостью. По сравнению с бетоном, алюминий в 232 раза более проводящий. Таким образом, когда нагретая вода проходит по гидравлическим трубам внутри алюминиевых панелей, металл быстро передает тепло в дом.Панели проводят тепло настолько эффективно, что их можно использовать под любым напольным покрытием, будь то плитка, древесина твердых пород или даже ковровое покрытие с толстым ворсом.

В целом похожие продукты существуют на рынке, но Warmboard стоит особняком с точки зрения эффективности и проводимости. Проще говоря, Warmboard требует наименьшего количества энергии по сравнению с любой излучающей системой для поддержания комфортной температуры в доме. Подсчитано, что Warmboard может достичь заданной температуры с водой, которая на 30 градусов холоднее, чем требуется конкурирующей системе для достижения сопоставимых результатов.Эта эффективность означает, что вашей печи не нужно работать так много, и вы дополнительно экономите от 10 до 20 процентов на расходах на электроэнергию — сверх того, что вы уже экономите, выбирая лучистое тепло вместо традиционной системы.

Возможно, потребовалось несколько тысяч лет, чтобы все получилось, но наконец-то появилось лучистое отопление.

Фото: fotosearch.com

После долгой и суровой зимы, когда были рекордные снегопады и низкие температуры, вполне естественно ожидать, что впереди более благоприятная погода.Но не позволяйте приходу весны отвлекать вас от реальности, что, если вам было неудобно дома в холодные месяцы, вы, вероятно, снова почувствуете себя некомфортно. И возвращение зимы — лишь вопрос времени. Так что вместо того, чтобы ждать, пока погода снова испортится, используйте межсезонье, чтобы пересмотреть систему отопления дома. Идеальной системы может и не быть, но, эй, 2015 год: вы заслуживаете отопления, которое работает эффективно и создает постоянный комфорт. Давно ли вы последний раз рассматривали варианты? Продолжайте читать, чтобы изучить три основных вопроса, которые сегодня влияют на принятие решений о домашнем отоплении.

КОМФОРТ

Фото: fotosearch.com

Тепло есть тепло, правда? Неправильный. Если у вас есть радиаторное отопление, плинтус или воздушное отопление, вы знаете, что термостат приблизительно соответствует температуре в вашем доме. Он не может обеспечить точные показания, поскольку температура в помещении колеблется не только от комнаты к комнате, но и от одного угла комнаты к другому. Как правило, наиболее тепло возле нагревательного элемента и значительно прохладнее вдали. Таким образом, в зависимости от того, где вы стоите или сидите, вам может быть слишком тепло или недостаточно тепло.При воздушном обогреве, наиболее распространенном в Америке, температуры особенно изменчивы благодаря эффекту американских горок при включении и выключении системы. Когда начинается жара, в помещение устремляются потоки горячего воздуха, пока не будет достигнута заданная температура. Затем тепло внезапно отключается и остается выключенным, пока в комнате не станет достаточно холодно, чтобы система вернулась в действие. Это удобно? Не совсем.

Если вы хотите, чтобы в вашем доме было стабильное, равномерное тепло, можно отказаться от традиционных систем в пользу лучистого тепла.Эта технология существует уже много лет — фактически столетий, — но лишь недавно она стала жизнеспособным решением для дома. В системах этого типа тепло поступает не через вентиляционные отверстия или отдельные блоки, а через панели под полом. Панели, каждая вставка с трубкой для горячей воды, ложится под выбранный вами материал пола, обеспечивая тепло в пространство наверху тихо, незаметно и постоянно, обволакивая. Несомненно, у системы отопления есть эстетические преимущества, которые не заставляют вас украшать громоздкие радиаторы отопления или прилегающие к стене плинтусы.Также улучшается качество воздуха, так как здесь нет протоков, распространяющих пыль и вызывающих аллергию. Но для домовладельцев, которые хотят тепла больше всего на свете, причина выбора излучающей системы заключается в том, что ее дизайн и технологии всегда обеспечивают максимальный комфорт.

ЗОНИРОВАНИЕ

Фото: fotosearch.com

В эпоху, когда затраты на электроэнергию не были такими запредельно высокими, было бы неплохо установить систему «все или ничего», не предлагающую компромиссов между «Выкл» и работа на полном газу.Времена изменились. Сегодня инновационные системы позволяют домовладельцам устанавливать разные температуры для разных частей дома. Так что, если вы спите в спальне на втором этаже, вам больше не нужно покрывать расходы, необходимые для поддержания температуры на незанятом первом этаже под углом 70 градусов. Хотя не всегда невозможно добиться зонированного отопления с помощью традиционных систем, новые технологии позволяют зонировать с самого начала. Warmboard, ведущий производитель излучающих материалов, назначает отдельный термостат для отдельных зон, позволяя клиентам минимизировать потребление энергии в домашних условиях.Более того: в семье, члены которой предпочитают разные температуры, зонирование позволяет всем с комфортом пережить зиму.

ЭКОНОМИЯ

Фото: warmboard.com

Изоляция, уплотнитель, герметик — все это ценное оружие в борьбе за энергоэффективность и более низкую стоимость отопления, но герметизация дома может сделать лишь так много . Другими словами, вы можете изолировать каждую стену и заглушить каждую утечку воздуха, но если ваша система отопления потребляет относительно большое количество энергии, пытаясь достичь и поддерживать комфортную температуру в помещении, вы неизбежно застрянете на значительном месяце. -месячные коммунальные платежи.

Это одна из причин, по которой все больше и больше домовладельцев переходят на радиант. Согласно исследованию, проведенному Университетом штата Канзас совместно с Американским обществом инженеров по отоплению, охлаждению и кондиционированию воздуха, по сравнению с воздушным отоплением лучистые системы работают как минимум на 25% эффективнее. Частично лучистые лучи отличаются по эффективности, потому что, в отличие от систем с принудительной подачей воздуха с несовершенными воздуховодами, первые не подвержены потерям тепла. Таким образом, в то время как печь с принудительной подачей воздуха должна работать сверхурочно, потребляя дополнительную энергию, чтобы восполнить свои потери, излучающие панели практически не тратят энергию при работе.

Не каждая система лучистого отопления обеспечивает максимальную экономию домовладельцев. Конечно, базовая технология дает преимущества в эффективности, но отдельные компоненты системы тоже имеют большое значение. Например, в некоторых излучающих установках гидронные трубы (или электрические змеевики) встроены в плиту из непрочного бетона, на нагрев и охлаждение которой уходит несколько часов. Видя ограничения бетона, производители, такие как Warmboard, перешли к обшивке панелей под полом из алюминия с высокой проводимостью. Здесь тепло реагирует на настройки термостата не постепенно, а более или менее мгновенно.Кроме того, поскольку алюминий настолько эффективно передает тепло, домашний бойлер может нагревать воду для системы до более низкой температуры, чем требуется для других систем. В конце концов, вы можете серьезно сэкономить на отоплении дома, выбрав любую излучающую систему, но среди всех производителей, предлагающих лучистую продукцию, Warmboard может сэкономить вам больше всего.

Эта статья была предоставлена ​​вам компанией Warmboard. Его факты и мнения принадлежат BobVila.com.

Фототермический нагрев в плазмонных наноструктурах — цифровая поддержка

В этом примере мы исследуем эффект фототермического нагрева в плазмонных наноструктурах на основе опубликованной работы в указанной статье [1].Используя FDTD Lumerical для оптического моделирования и Heat Transport Solver для теплового моделирования, мы рассмотрим два типа термоплазмонных антенн; диполь и диаболо. В первой части этого примера мы рассматриваем решетки обеих этих антенн при различной оптической интенсивности и сравниваем их характеристики. Во второй части этого примера мы рассмотрим одиночную антенну диаболо и продемонстрируем, как ее производительность может быть значительно улучшена с помощью плазмонной линзы.

Часть 1: Диполь vs.Массивы Diabolo

Схема моделирования: оптическая (FDTD)

На основе экспериментальной установки Ref. [1], в этой части примера мы рассматриваем две решетки антенн, одна из которых использует антенны диаболо, а другая — дипольные антенны, обе сделаны из золота. Откройте файл проекта diabolo_array.fsp в FDTD. Массив антенн диаболо расположен на толстой сапфировой (Al ₂ O ₃ ) подложке. Размеры каждой антенны взяты из работы. [1]. Массив имеет шаг 340 нм по осям X и Y [1].Область моделирования FDTD охватывает одну элементарную ячейку с центром на одной антенне диаболо и имеет ширину, равную периоду решетки как в направлении X, так и в направлении Y. Длина (по Z) области моделирования составляет 1 микрон. Источник плоских волн используется для освещения антенной решетки на длине волны 1064 нм. Симметричный характер антенной структуры используется для уменьшения области моделирования до 1/4 ее объема за счет использования симметричных и антисимметричных граничных условий на соответствующих границах.

(расширенная) группа анализа «поглощенная мощность» используется для измерения и сохранения поглощенной оптической мощности в антенне. Группа анализа модифицируется так, что она может рассчитывать потребляемую мощность для определенной входной мощности, определенной параметром «input_power», и может сохранять данные в файле .mat, имя которого определяется параметром «filename».

Установка оптического моделирования в FDTD

В файле проекта dipole_array.fsp используется аналогичная установка с использованием дипольных антенн, каждая из которых имеет длину 215 нм, ширину 50 нм и толщину 50 нм [1].

Схема моделирования: тепловое (HEAT)

Откройте файл проекта diabolo_array.ldev. Тепловое моделирование выполняется для одной элементарной ячейки с центром на одной антенне из золотого диаболо, и поэтому структура в файле проекта содержит единственную антенну поверх сапфировой (Al ₂ O ₃ ) подложки. Размеры антенны идентичны установке в FDTD. Толщина подложки составляет 250 микрон, что является типичным значением для имеющихся в продаже сапфировых пластин.Импорт источника тепла используется для импорта данных оптического поглощения, сохраненных FDTD, для использования в качестве подводимого тепла при моделировании. Вокруг антенны размещены два монитора температуры для записи профиля температуры. В файле проекта настраивается развертка (Pin) для применения коэффициента масштабирования к источнику тепла для выполнения нескольких симуляций при различных входных мощностях.

Фиксированное температурное граничное условие применяется в нижней части области моделирования, чтобы установить его на комнатную температуру (300 K).Верхняя часть области моделирования покрыта воздухом, у которого на границе раздела с золотом и сапфиром определено конвективное граничное условие для моделирования потерь тепла на верхней поверхности конструкции за счет конвекции. Модель конвекции выбрана постоянной с коэффициентом конвективной теплопередачи h = 10 Вт / м ² K от раздела материалов.

Конвективное граничное условие на границах раздела материала с воздухом

Результаты и обсуждение: Оптический (FDTD)

Оптический резонанс

Откройте diabolo_array.fsp файл проекта в FDTD. Откройте редактор свойств для источника плоских волн (падающих) и измените диапазон частот, начиная с 0,9 микрона и заканчивая 1,2 микрон. Запустите моделирование и визуализируйте передачу с помощью монитора DFT «передачи». Используйте скалярную операцию «-Re», чтобы сделать знак действительной части передачи положительным. График покажет, что пропускание имеет минимум около 1064 нм, что согласуется с выводами Ref. [1]. В качестве альтернативы щелкните правой кнопкой мыши группу анализа и постройте Pabs_total, чтобы визуализировать поглощенную мощность, которая также показывает максимумы около 1064 нм, указывающие на то, что антенна диаболо имеет резонанс на длине волны 1064 нм.Такое же моделирование можно выполнить для дипольной антенны с помощью файла проекта dipole_array.fsp.

Зависимость передачи от антенны диаболо от длины волны

Оптическое поглощение

Затем снова отредактируйте свойство источника плоских волн (в файле проекта diabolo_array.fsp) и измените его обратно на единственную длину волны 1064 нм, установив как начальную, так и конечную длины волн равными 1,064 микрона. Запустите моделирование еще раз, и как только моделирование будет запущено, щелкните правой кнопкой мыши группу анализа и выберите «Выполнить анализ».Группа анализа рассчитает поглощенную мощность в антенне и сохранит ее в файле .mat, имя которого можно указать на вкладке «Анализ». По умолчанию имя файла .mat установлено как Pabs_diabolo_array_1mW.mat. Входная мощность масштабируется в группе анализа до входной мощности 1 мВт для всего массива. В соответствии с экспериментальной установкой Ref. [1], мы предполагаем, что падающий луч имеет FWHM 19,5 микрон, покрывающий 2583 антенны. Таким образом, в группе анализа мы используем входную мощность 1/2583 мВт или 3 мВт.87147e-07 Вт для элементарной ячейки для масштабирования поглощенной оптической мощности. После завершения анализа мы можем щелкнуть правой кнопкой мыши группу анализа, чтобы визуализировать поглощенную мощность (Pabs).

Потребляемая мощность на определенной глубине (значение Z) внутри антенны диаболо

Следуя тому же подходу, смоделируйте и сохраните поглощенную мощность для дипольной антенной решетки с помощью файла проекта dipole_array.fsp.

Результаты и обсуждение: Тепловое (ТЕПЛО)

Откройте diabolo_array.ldev файл проекта. В источник тепла (тепло) уже загружены данные оптического поглощения, но вы также можете загрузить файл Pabs_diabolo_array_1mW.mat в источник тепла и выбрать атрибут Pabs, чтобы импортировать данные, сохраненные моделированием FDTD. Установите масштабный коэффициент источника тепла на 55, соответствующий оптическому входу 55 мВт, и запустите моделирование. После запуска моделирования результаты будут загружены в область решателя HEAT и в мониторы температуры. Щелкните правой кнопкой мыши первый монитор (monitor_1) и визуализируйте температуру, чтобы увидеть температурный профиль.

Температурный профиль антенны и верхней поверхности подложки

Затем из окна оптимизации и развертки запустите развертку «Pin», чтобы изменить входную оптическую мощность от 5 мВт до 125 мВт за 7 шагов, и запустите моделирование. Развертка сохраняет «граничный» набор данных, доступный в области решателя HEAT, в результате чего записывается поток мощности на границах. Однако интересующий нас результат — это повышение температуры моделируемой структуры при различной оптической интенсивности.Файл сценария get_Pin_sweep_result.lsf файл сценария может использоваться для считывания профиля температуры из каждого файла моделирования и вычисления среднего повышения температуры, чтобы его можно было построить в зависимости от входной оптической мощности. Убедитесь, что для переменной «project_name» в сценарии задано имя файла .ldev, и запустите сценарий.

Скрипт загрузит данные о температуре в monitor_2 каждого файла моделирования, чтобы получить температуру поверхности для каждой падающей мощности.Затем мы предполагаем, что антенны 2583 в центре решетки, которые освещаются падающим светом, имеют одинаковую температуру, определяемую пиковой температурой на мониторе_2, а окружающая область, где антенны не освещаются, имеет постоянную температуру, равную температуре комнатная температура (300 К). Таким образом, предполагается, что распределение температуры имеет профиль в цилиндре, показанный ниже (слева). Общая площадь поверхности составляет 85 микрон x 85 микрон согласно Ref. [1]. Сравнивая соотношение освещенной и неосвещенной площади, установлено, что прирост средней температуры поверхности равен 0.0413 * (Т _сим -300). Сценарий вычисляет это повышение средней температуры и строит график как функцию входной оптической мощности. Это усреднение выполняется для того, чтобы результат моделирования для одной элементарной ячейки можно было сравнить с измеренной температурой всей экспериментальной установки. На рисунке ниже (справа) показано повышение температуры как для диаболо, так и для дипольных решеток в зависимости от входной мощности. График согласуется с рис. 4 (б) работы. [1].

Температурный профиль всей антенной решетки

Повышение температуры в зависимости от входной оптической мощности для обеих антенных решеток

Часть 2: Одиночное диаболо с линзой Plamonic

Схема моделирования: оптическая (FDTD)

Откройте diabolo_superstructure.fsp файл проекта в FDTD. Смоделированная структура теперь содержит сапфировую подложку с одной золотой антенной и плазмонную линзу, окружающую антенну (также называемую «сверхструктурой» в [1]). Плазмонная линза изготовлена ​​из золота с шагом 720 нм [1]. Установка освещается источником гауссова луча с полушириной 4,44 мкм, что соответствует радиусу луча 3,774 мкм при мощности 1 / e ² , которая является входным параметром для источника.Размах области моделирования в измерениях X и Y намного больше в этой установке, так что интенсивность гауссова источника стремится к нулю на границах моделирования. Граничное условие PML использовалось во всех трех измерениях. Группа анализа Pabs вычисляет мощность, потребляемую в антенне для входной мощности 110 мВт для сравнения с Ref. [1]. Файл проекта diabolo_single.fsp содержит аналогичную настройку, но без плазмонной линзы, так что мы можем увидеть влияние линзы на количество нагрева от единственной антенны.

Установка оптического моделирования антенны диаболо с плазмонной линзой (надстройка)

Схема моделирования: тепловое (HEAT)

Откройте файл проекта diabolo_superstructure.ldev. Установка содержит одиночную антенну поверх сапфировой подложки. Толщина подложки составляет 250 микрон. Тем не менее, диапазон X и Y области моделирования был увеличен (4,44 микрона) в этом моделировании, чтобы соответствовать FWHM падающего луча, чтобы учесть распространение тепла в окружающей области.Для регистрации температуры используются те же два монитора температуры, и одно и то же фиксированное температурное тепловое граничное условие используется на нижней поверхности подложки, чтобы поддерживать ее на уровне 300 К. Верхняя часть области моделирования, если она заполнена воздухом с определенными конвективными граничными условиями. в интерфейсах материалов. Импортированный источник тепла был загружен с результатом, сохраненным при моделировании FDTD файла проекта diabolo_superstructure.fsp. Файл проекта diabolo_single.ldev также имеет идентичную настройку с той разницей, что источник тепла был загружен с результатом моделирования diabolo_single.fsp файл проекта.

Результаты и обсуждение: Оптический (FDTD)

Запустите файл проекта diabolo_superstructure.fsp, а затем запустите анализ. Группа анализа настроена для сохранения данных о мощности в файле .mat с именем Pabs_diabolo_superstructure.mat. Точно так же откройте и запустите файл проекта diabolo_single.fsp и запустите анализ. Данные о потребляемой мощности будут сохранены в файле .mat с именем Pabs_diabolo_single.mat. После выполнения анализа в обоих файлах щелкните правой кнопкой мыши группы анализа и визуализируйте Pabs, чтобы сравнить потребляемую мощность между двумя случаями.Как видно на рисунке ниже, поглощенная мощность увеличилась примерно в 4 раза в надстройке за счет плазмонной линзы.

Па для одиночной антенны и надстройки при Z = 0,00785 мкм

Результаты и обсуждение: Тепловое (ТЕПЛО)

Откройте и запустите diabolo_superstructure.ldev файл проекта. После запуска моделирования щелкните правой кнопкой мыши на monitor_1 и визуализируйте температуру. Точно так же запустите файл проекта diabolo_single.ldev и визуализируйте температурный профиль из monitor_1. На рисунке ниже показано, что пиковая температура в надстройке значительно выше, чем в одиночной антенне. Максимальное повышение температуры в надстройке (антенна с линзой) составляет примерно 280 К, при этом максимальное повышение температуры для одиночной антенны составляет примерно 70 К. Эти результаты согласуются с результатами моделирования из [5].[1].

Температурный профиль одиночной антенны и надстройки с плазмонной линзой

Публикации по теме

[1] З. Дж. Коппенс, В. Ли, Д. Г. Уокер и Дж. Дж. Валентин, «Исследование и контроль фототермического тепловыделения в плазмонных наноструктурах», Nano Letters, vol. 13, стр. 1023-28, 2013.

См. Также

Методология моделирования

Фазовое смешение и нагрев волн в сложной корональной плазме

Фазовое смешение и волновой нагрев в сложной корональной плазме

Т.A. Howson ¹ , I. De Moortel ^{1 , 2} и J. Reid ¹

¹ Школа математики и статистики Университета Сент-Эндрюс, Сент-Эндрюс, Файф, KY16 9SS, Великобритания
электронная почта: [email protected]
² Росселандский центр солнечной физики, Университет Осло, а / я 1029, Блиндерн, 0315 Осло, Норвегия

Поступило: 17 Декабрь 2019 г.
Принято: 5 марш 2020 г.

Аннотация

Цели. Мы исследуем образование малых масштабов и связанную с этим диссипацию энергии магнитогидронамических (МГД) волн посредством нелинейных взаимодействий встречных, смешанных по фазе альвеновских волн в сложном магнитном поле.

Методы. Мы провели полностью трехмерное неидеальное МГД-моделирование поперечных волн в сложных конфигурациях магнитного поля. Непрерывные волновые драйверы были наложены на точки основания силовых линий магнитного поля, и система была усовершенствована для нескольких времен прохождения Альфвена.Фазово-смешанным волнам позволяли отражаться от верхней границы, и анализировались взаимодействия между результирующими встречно-текущими волновыми пакетами.

Результаты. Сложная природа фонового магнитного поля способствует развитию фазового перемешивания во всей числовой области, что приводит к росту переменных токов и завихрений. Встречно распространяющиеся моды МГД-волн со смешанными фазами индуцируют каскад энергии до малых масштабов и приводят к более эффективному рассеянию энергии волны.Этот эффект усиливается при моделировании с более сложными фоновыми полями. Высокочастотные драйверы вызывают резонансы локализованных силовых линий и вызывают эффективный волновой нагрев. Однако это связано с формированием колебаний большой амплитуды на резонансных силовых линиях. Драйверы с меньшими частотами, чем основные частоты силовых линий, не способны вызывать резонансы и, следовательно, не создают достаточного потока Пойнтинга для нагрева короны. Даже в случае высокочастотных колебаний скорость рассеяния, вероятно, слишком мала, чтобы уравновесить потери энергии короны, даже в пределах спокойного Солнца.

Выводы. Для случая обобщенного фазового смешения, представленного здесь, сложные структуры фонового поля увеличивают скорость диссипации энергии волны. Однако для реалистичных волновых драйверов по-прежнему сложно ввести достаточный поток Пойнтинга для нагрева короны. Действительно, значительный нагрев происходит только в случаях, когда амплитуда колебаний намного больше, чем наблюдаемые в настоящее время в солнечной атмосфере.