Термальное отопление: Геотермальное отопление дома — АО Гидроинжстрой

Геотермальное отопление дома своими руками

Многие владельцы частных домов все еще считают, что геотермальное отопление – это термин чуть ли не из области научной фантастики, и актуален он только для тех регионов, где бурлят горячие источники и имеется высокая вулканическая активность. А поскольку такие природные явления – редкость, то перспективы использования данной альтернативной энергии в наших условиях выглядят для многих туманно. На самом деле геотермальный насос с успехом генерирует тепло и при невысоких температурах, так что даже в умеренном климате применять его можно довольно эффективно. А вот под силу ли смонтировать геотермальное отопление дома своими руками? С этим попробуем разобраться.

Классификация по конструкционному типу

Принцип работы геотермального отопления схож с принципом работы кондиционера или холодильника. Основным элементом является тепловой насос, включенный в два контура.

Принцип работы геотермального (теплового) насоса

Внутренний контур представляет собой традиционную систему отопления, состоящую из труб и радиаторов.

Внешний – внушительных размеров теплообменник, находящийся под землей или толщей воды. Внутри него может циркулировать как специальная жидкость с антифризом, так и обычная вода. Теплоноситель принимает на себя температуру среды и «подогретый» поступает в тепловой насос, аккумулированное тепло передается внутреннему контуру. Таким образом происходит нагрев воды в трубах и радиаторах.

Геотермальный (тепловой) насос – ключевой элемент системы. Это компактный агрегат, занимает места не больше, чем привычная нашему взгляду стиральная машина. Если говорить о производительности, то на каждый 1 кВт потребленной электроэнергии, насос «выдает» до 4-5 кВт тепловой энергии. В то время как обычный кондиционер, который имеет схожий принцип работы, на 1 кВт затраченной электроэнергии «ответит» 1 кВт тепловой.

Схема устройства геотермального отопления в частном доме

Надо признать, что устройство этого вида отопления является самым дорогим и трудоемким на сегодняшний день. Львиную долю его стоимости составляет покупка оборудования и, конечно, земляные работы. Естественно, что бережливый хозяин задумывается, а нельзя ли сэкономить, например, на монтаже и сделать геотермальное отопление своими руками? Для того, чтобы ответить на этот вопрос, необходимо разобраться, какие же системы применяют чаще всего и уяснить особенности их устройства.

Существуют и другие типы насосов, используемых в системах отопления. Более подробно об этом вы узнаете из нашей статьи: https://aqua-rmnt.com/otoplenie/alt_otoplenie/teplovye-nasosy-dlya-otopleniya-doma.html

Горизонтальный теплообменник

Довольно часто используют горизонтальный контур, при устройстве которого трубы укладывают в траншеи на глубину большую, чем уровень промерзания почвы в данной местности.

Недостаток системы геотермального отопления с горизонтальным контуром — большая площадь, занимаемая коллектором

Недостаток – территория, занимаемая контуром, должна быть намного больше самого дома, так, для отопления здания площадью в 250 м², под трубы «уйдет» около 600 м². Не каждый застройщик может позволить себе подобную роскошь.

К тому же возникают неудобства, если участок уже облагорожен, приходится соблюдать, например, расстояние от деревьев (1,5 м) и многие другие нюансы.

Вертикальный теплообменник

Более компактный, но и более дорогой вариант – вертикальный теплообменник. Для его установки не потребуется большая площадь, но зато потребуется специальное бурильное оборудование.

Монтаж вертикального теплообменника требует использования специального бурильного оборудования

Глубина скважины, в зависимости от технологии, может достигать 50-200 м, зато срок ее службы до 100 лет. Особенно актуален этот способ, когда планируют геотермальное отопление загородного дома с обустроенной прилегающей территорией, он позволяет сохранить ландшафт практически в первозданном виде.

Водоразмещенный теплообменник

Наиболее экономичная геотермальная установка использует тепловую энергию воды. Ее рекомендуют, если расстояние до ближайшего водоема не превышает 100 м.

Водоразмещенный теплообменник является наиболее выгодным и следовательно более целесообразным для устройства

Контур из труб в виде спирали укладывают на дно, глубина залегания должна быть меньше 2,5-3 м, то есть глубже зоны промерзания. Площадь водоема – от 200 м². Главный плюс – нет необходимости выполнять трудоемкие земляные работы, но необходимо получить разрешение специальных служб. Затратив значительные средства на дорогостоящее оборудование, не стоит экономить на качественном монтаже. Ведь именно от него будет зависеть качество и эффективность всей системы.

Как видим, смонтировать геотермальное отопление дома своими руками не так уж просто. Из всех перечисленных видов, пожалуй, только последний вариант будет достаточно просто воплотить в жизнь самостоятельно. Но даже в этом случае стоит взвесить, все «за» и «против».

О достоинствах и недостатках системы

Впервые к геотермальному отоплению пристально присмотрелись в США, во время кризиса в 80-х. Достаточно дорогие установки прописались в домах самых богатых и продвинутых, но постепенно они становились все доступнее и популярнее. Европа взяла новинку на заметку и стала активно внедрять на своих просторах. Сейчас этот вид отопления уже совсем не диковинка, в Швеции, например, около 70% всего тепла синтезируется при помощи тепловых насосов.

Производители чудо-оборудования и зеленые в один голос твердят о преимуществах этого вида отопления перед всеми остальными, главные плюсы, на которые делается акцент, такие:

• для отопления используется тепловая энергия земли, которая является возобновляемой и неисчерпаемой;
• не существует риска возгорания;
• отпадает потребность в доставке и хранении топливных материалов;
• при работе оборудования не образуются какие-либо вредные выбросы, система абсолютно безопасна и экологична;
• система работает автономно, не нуждается в постоянном контроле и вмешательстве;
• она экономична, практически не требует от владельца затрат на обслуживание;
• при всем разнообразии моделей, коэффициент производительности оборудования остается неизменно высоким.

Геотермальная система отопления хорошо проявила себя в сочетании с «теплыми полами». Подобный дуэт обеспечивает равномерное распределение температуры и препятствует образованию зон перегрева.

Важно! Наиболее выгоден этот вид отопления для домов, площадью до 150 м², владельцы таких небольших коттеджей уверяют, что затраты окупаются за каких-нибудь 3-4 года.

О других вариантах отопления читайте в нашем следующем материале: https://aqua-rmnt.com/otoplenie/alt_otoplenie/energosberegayushhee-otoplenie-chastnogo-doma.html.

Отметим, что на постсоветском пространстве эти системы пока еще не стали популярными. Во многом это объясняется достаточно весомыми капиталовложениями, которые потребуется сделать в самом начале, и довольно длительным сроком окупаемости. Убедить наших сограждан, что это, в конце концов, все равно экономически выгодно, достаточно сложно. Хотя, если учесть ежегодное подорожание привычных теплоносителей и то, что система рассчитана в среднем на 100 лет эффективной работы, то выбор покажется вполне оправданным.

Оцените статью: Поделитесь с друзьями!

Подземное геотермальное отопление дома теплом земли

Поиски альтернативных источников энергии привели к изобретению устройств, которые способны аккумулировать тепло, в большом количестве находящееся в окружающей среде человека. Солнечные лучи, гейзерные источники, грунт — все это в той или иной степени может удовлетворить потребности в нагреве теплоносителя для системы отопления и ГВС.

Хотя геотермальное отопление за счет тепла земли является относительно новым направлением, перспективы такого решения очевидны. Благодаря установке специального оборудования появляется возможность получения дешевого, практически бесконечного типа тепловой энергии.

 

Как получить тепло в дом из земли

Земля даже в зимний период времени не промерзает полностью. Этой особенностью пользуются монтажные бригады, прокладывающие трубопровод ниже точки замерзания. Удивительно, но температура этих слоев редко опускается ниже, чем +5 +7°C градусов.

Можно ли воспользоваться способностью земли аккумулировать тепло, извлечь его и использовать для нагрева теплоносителя? Конечно! Но чтобы сделать альтернативное отопление частного дома с помощью тепла земли возможным, потребуется решить следующие проблемы:

• • Получение тепла — понадобится аккумулировать тепловую энергию и направить ее в аккумулирующий резервуар.

• • Нагрев теплоносителя. Нагретый антифриз должен передать тепловую энергию жидкости, которая циркулирует в системе отопления и ГВС.

• Остывший антифриз необходимо отвести обратно к теплообменнику для дальнейшего нагрева.

Чтобы решить эти вопросы был разработан геотермальный насос с использованием тепла земли. Геотермальный тепловой насос позволяет извлечь количество тепла, которого более чем достаточно для производства большого количества тепла и использования в зависимости от конструкции и месторасположения дома в качестве основного или дополнительного отопительного оборудования.

 

Как работает геотермальное отопление дома, принцип работы

Подземное глубинное отопление из земли, это больше не фантастика. Такие установки можно спокойно купить в России. Причем геотермальные установки в состоянии работать как в условиях Севера, так и в южных широтах. Но какой принцип они используют в своей работе?

Еще в прошлом столетии был отмечен факт, что при испарении определенные типы жидкостей способны охлаждать поверхность. Именно это происходит когда протирают спиртом кожу перед уколом или поливают асфальтированную площадку, нагретую под солнцем. Этот принцип был взят в качестве основы для разработки холодильного оборудования.

Дальше возникла идея почему бы не пустить процесс охлаждения в обратную сторону и не получить вместо холодного горячий воздух. Большинство современных кондиционеров в состоянии не только охлаждать воздух в помещении, но и работать на его нагрев. Но недостатком таких устройств является то, что они ограничены температурой окружающей среды. Так, после того как отметка достигает -5 градусов, они прекращают работать.

Геотермальные насосы для отопления частных домов от земли полностью лишены такого недостатка, хотя используют принцип, во многом напоминающий работу кондиционера на нагрев помещения.

 

Как устроено геотермальное отопление

Как уже отмечалось, геотермальная система отопления из недр земли, во многом напоминает работу кондиционера в режиме нагрева. Что происходит в этот момент?

• • В нижних слоях грунта, на дне реки или озера устанавливают водяные коллекторы, по которым циркулирует антифриз. Коллекторы поглощают тепло и высвобождают холод.

• • Нагретый антифриз с помощью насоса поднимается наверх.

• • В буферном баке происходит теплообмен. Нагретый антифриз отдает тепловую энергию теплоносителю или нагревает воду.

• Остывший антифриз поступает обратно к коллекторам.

Существуют установки, которые в состоянии самостоятельно отапливать большие помещения, другие используются исключительно, как вспомогательное оборудование способное обеспечить от 50-75% потребности помещения в тепле.

 

Геотермальное оборудование для использования тепла земли

Принцип работы глубинной системы отопления дома, за счет энергии земли, основан на применении особого оборудования. Оно выполняет следующие функции: аккумулирует тепло окружающей среды, передает его теплоносителю системы отопления. Для этого используют следующие узлы:

• • Испаритель — находится глубоко под землей. Функция испарителя заключается в том, чтобы поглотить тепловую энергию, находящуюся в окружающем грунте.

• • Конденсатор — доводит антифриз до необходимой температуры.

• • Тепловой насос — циркулирует антифриз в системе. Осуществляет контроль над работой всей установки.

• Буферный бак — собирает нагретый антифриз в одном месте, для передачи энергии теплоносителю. Состоит из внутреннего бака, в нем находится вода из системы отопления и внутренний змеевик, по которому движется нагретый антифриз.

Хотя природное низкотемпературное геотермальное отопление дома теплом земли дает достаточно тепловой энергии, наиболее практичным вариантом отопления при таком решении является подключение его к системе «теплый пол».

 

Монтаж и установка геотермального отопления

Основная сложность относительно монтажа геотермального оборудования связана с установкой контура теплообменника в грунте-земле. Хотя в интернете можно найти большое количество советов как выполнить эти работы самостоятельно, практика показывает, что большинство советов невозможно применить без специального профильного образования, следовательно, все работы должны выполнять профессиональные монтажники, являющиеся представителями производителя.

После обращения к специалистам, геотермальные системы отопления частных домов за счет тепла земли устанавливаются в следующие несколько этапов:

1. 1. Выезд инженера на дом. Во время первого визита берутся пробы грунта, определяются особенности местности и принимается решение о наиболее эффективном монтаже геотермальной системы. На эффективность установки может влиять также источник предполагаемого тепла. Более производительным считается монтаж теплообменников на дне водоема или у истоков термических источников.

1. 1. Заключение договора и приобретение необходимого оборудования. Расценки могут существенно отличаться в зависимости от сложности проведения монтажных работ и других нюансов. Но в среднем, если выбран качественный немецкий производитель, стоимость установки будет приблизительно равняться его цене. Приобретение под ключ установки Vaillant для дома в 350 кв. м. обойдется приблизительно в 21 тыс. $

1. 1. Монтажные работы. Отопление частного дома подземными геотермальными источниками тепла, а точнее, его эффективность во многом зависит от правильного проведения работ на этапе монтажа. После того как водяные теплообменники будут установлены в грунт, выполняется подключение к геотермальной установке и системе отопления дома.

1. Пуско-наладочные работы. Инженер запускает систему и выполняет точную регулировку устройства. После настройки подписывается Акт о сдаче работ.

Согласно действующему законодательству, предприятие устанавливающее оборудование, может предоставить дополнительные гарантийные обязательства при условии оплаты этих услуг. Такие гарантии обойдутся еще в дополнительную 1000 $.

 

Эффективно ли геотермальное отопление на Севере

Чтобы создать минимальные условия необходимые для работы геотермальной установки, достаточно соблюдения следующих условий:

• • Температура слоя грунта, в котором расположены теплообменники, не должна опускаться ниже +5,+7°C градусов.

• • На протяжении всей системы, по которой протекает антифриз, созданы условия, позволяющие избежать его замерзания.

• Геотермальный обогрев загородного дома выполнен после проведения всех необходимых расчетов и проектной документации.

Если учесть все описанные требования становится ясно, что такие установки могут быть эффективными, при соблюдении вышеперечисленных условий. Все же для северных регионов более целесообразно использовать такие установки для нагрева небольших площадей до 150-200 кв. м.

 

Гейзерное отопление частного дома

Производительность геотермального насоса во многом зависит от температуры грунта или воды, в которых находится теплообменник. В этом отношении жители Камчатки находятся в более выгодном положении. На полуострое Камчатка находится огромное количество термальных источников — гейзеров, которые не остывают даже в зимнее время года.

Перед монтажом оборудования обязательно проводится геологическая разведка. Если теплый источник находится на территории дома, имеет смысл расположить теплообменники на дне этого водоема. Геотермальная энергия в таком случае окупится значительно быстрее.

 

Как с помощью геотермального насоса отопить дом

Технология обогрева дома подземным теплом наиболее востребована на Западе. Это в первую очередь связано с менталитетом жителей западных стран. Они привыкли делать долгосрочные инвестиции, которые полностью окупаются только через несколько лет. Да и немного найдется людей, которые в состоянии заплатить за установку оборудования около 20 тыс. $ единовременно. Но количество желающих стать независимыми от остальных источников отопления постоянно растет.

Альтернативные способы геотермального отопления дома становятся более популярными, особенно если учесть постоянно растущую стоимость газа.

Тепловая энергия буквально лежит под ногами. Дело только за тем, чтобы нагнуться и «поднять» ее. В этом может помочь геотермальная установка. Монтаж насоса позволяет в зависимости от местности либо полностью компенсировать потребности в тепловой энергии, или удовлетворить их частично, существенно снизив нагрузку на основной источник отопления и систему ГВС частого дома.

Геотермальное отопление, принцип работы, монтаж своими руками

В последние десятилетия активная жизнедеятельность людей, удовлетворяющих свои потребности, начала очень негативно воздействовать на природу, окружающую среду. И теплоэлектростанции сыграли не последнюю роль в этом процессе. В то же время, общество стало понимать, что ресурсы природы являются небезграничными, именно поэтому в последние годы начали внедрять аналоги источников теплоснабжения. Одним из таких альтернативных способов отопить дом является геотермальное отопление. Система – проста и эффективна, а сделать ее можно собственноручно.

Геотермальное отопление

Заметим, что геотермальное отопление в США и европейских странах стало основным источником тепла, однако в России на сегодняшний день оно рассматривается только в качестве альтернативы газовому, электрическому, твердотопливному и другим видам отопления.

Очень скоро геотермальное отопление станет основным, ведь отзывы говорят о том, что это рентабельный способ отопить свой дом без вреда для экологии и с выгодой для себя.

Принцип функционирования

Такое явление, как геотермальное отопление, принцип работы которого напоминает обычный холодильник, только наоборот, — становится все популярнее. Земля сохраняет тепло постоянно, можно нагревать объекты, находящиеся на ее поверхности. Суть в том, что изнутри землю нагревает горячая магма, а сверху благодаря грунту она не промерзает.

Тепловую энергию, которая получается в процессе отопления, использует геотермальная система, основанная на специальном тепловом насосе.

И принцип функционирования здесь следующий: сверху ставится тепловой насос, в специальную земляную шахту опускается теплообменник. Грунтовая вода идет через насос и нагревается. Таким образом, тепло, которое получается при этом, используется для промышленных или бытовых целей. Так и работает отопление подземным теплом.

Принципиальная схема работы теплового насоса

Заметим, что главным преимуществом такой системы является то, что при затратах электроэнергии в 1 кВт получаем полезную тепловую энергию в диапазоне от 4 до 6 кВт. Для сравнения, обычный кондиционер не способен преобразовать 1 кВт электроэнергии в 1 кВт тепловой энергии (закон сохранения энергии, т.к. потери при преобразовании одного вида энергии в другую, увы пока никто не отменял). Отопление за счет тепла земли окупится достаточно быстро при правильном подходе к реализации геотермального отопления.

Рекомендуем к прочтению:

Особенности системы

Конечно, не так-то и просто сделать геотермальное отопление своими руками, однако это вполне возможно. И для начала делается шахта. Параметры шахты рассчитываются для каждого случая отдельно. Ее габариты будут зависеть от климата в вашей местности, типа грунта, особенностей строения коры земли региона, домашней площади, где будет ставиться такая система. Как правило, глубина шахты составляет от 25 до 100 м.

Бурение скважин под тепловой насос

Далее монтаж геотермального отопления подразумевает такой шаг, как опускание в земную шахту труб, поглощающих тепло. Функции этих труб заключаются в следующем: они будут подавать тепло в насос, который будет повышать температуру жидкости и выводить ее в отопление. Заметим, что если вы решили сделать геотермальные системы отопления своими руками, то вам потребуется помощник, ведь трубы бывают очень тяжелыми.

Заметим, что в летний период отопление от земли,  работает в качестве кондиционера. Для этого нужно активировать обратный механизм. В процессе работы теплообменник будет брать охлаждающую энергию.

Способы работы системы

Это эффективная и экологичная система – термальное отопление, принцип работы ее может протекать в трех основных способах:

1. Используется тепловая энергия глубоких грунтовых вод. Такая вода – высокой температуры, тепловой насос ее поднимает и нагревает. Далее вода идет через теплообменник, отдавая основную часть своей энергии.
2. Данный способ требует от владельцев дополнительных расходов. В глубину грунта от 75 м и ниже спускают резервуар, в котором находится антифриз. Он нагревается и при помощи теплового насоса поднимается к теплообменнику. После того, как тепло отдается теплообменнику, антифриз идет обратно в резервуар.
3. А для третьего способа работы системы вообще не требуется оборудовать грунтовую шахту. Такое отопление из земли подойдет для обогрева зданий, имеющих выход на водоем. Так, по дну водоема от теплообменника ставятся зонды горизонтального типа и преобразовывают тепло воды на дне.

Виды тепловых насосов

Преимущества геотермальной системы отопления

Геотермальные системы отопления обладают несколькими преимуществами:

• Выделение тепловой энергии в несколько раз больше, нежели расход на электричество, которое требует насос.
• Экологическая безопасность больше, чем у других отопительных систем, так как геотермальные отопительные системы не производят никаких вредных выбросов.
• Для того чтобы геотермальная система функционировала, не требуется топлива или дополнительных химических средств. Поэтому она безопасна для владельцев и для окружения.
• В функционировании такого отопления нет риска взрыва или возгорания.
• При условии правильного монтажа отопительной системы она прослужит без техподдержки как минимум – 30 лет.

Устанавливаем геотермальное отопление самостоятельно

Сразу отметим такую особенность: тем, кто решится оборудовать отопление теплом земли, понадобится единожды вложить в это огромную сумму. Конечно, со временем эта стоимость окупится, так как жилье мы строим для себя не на год или два. Кроме того, каждый год стоимость на газ и электроэнергию повышается, а с геотермальной системой вы не узнаете, что такое эти ценовые скачки.

Рекомендуем к прочтению:

Заметим, что внутри помещения, которое вы хотите отопить, ставятся отопительные элементы, ничем не отличающиеся от водяного отопления. Ваше жилье будут обогревать радиаторы, а тепло в них будет идти по трубам.

Однако в данной системе основная ее часть будет скрыта под землей. Отопление энергией земли – это наличие скважины и теплообменника. В жилище потребуется только поставить прибор, который будет генерировать тепло – обычно он не занимает много места.

Принцип работы теплового насоса

На таком устройстве пользователь сможет производить регулирование температуры и подачу тепловой энергии. Установка самой системы отопления в жилье делается, как обычно, — с разветвлением трубопровода и радиаторов. Если у вас частный дом, или же само здание небольшое, то в таком случае генератор системы выводится в отдельное помещение или в подвал.

Распространение геотермальной системы отопления

Отопление с помощью тепла земли стало распространяться еще в конце 80-х годов в городах США, которые особенно тяжело переживали кризис. Сначала такую систему применяли состоятельные люди, которые таким вот образом экономили на отоплении дома, однако скоро система стала дешеветь, и более бедные американцы заинтересовались ею. И вскоре использование тепла земли для отопления стало прерогативой большинства американцев, которые владели частными домами. В европейских странах 20 лет назад статистические данные отмечали, что геотермальные системы отопления использовали примерно 12 миллионов граждан. И в течение всего этого времени до сегодняшних дней эта цифра только возросла.

Тенденции распространения геотермального отопления являются понятными. Ведь отопление за счет энергии земли – это удобно, экономично и безопасно.

Газовая система отопления хоть и является самой популярной, но по этой же причине каждый год запасы природного газа уменьшаются, стоимость на него растет и растет. А применение для обогрева дома твердого топлива – это трудозатратно. Кроме этого, вследствие сжигания дров и угля выделяется вредный углекислый газ, образовывается сажа и смолы. Поэтому геотермальное отопление становится все более распространенным и в России.

принцип работы, преимущества, выполнение монтажа

Из-за постоянного роста цен на энергоносители люди стараются стать энергетически независимыми. Так, более актуальным становится использование альтернативных источников тепла. Речь идет о геотермальной системе отопления, предполагающей применение специальных насосов. Благодаря ей становится возможным получение тепла непосредственно из земли.

Принцип работы системы отопления

Люди всегда старались получить тепло, исходящее из недр земли. Благодаря появлению геотермального отопления это стало возможным.

В центре земли располагается магма, прогревающая землю. Из-за наличия верхнего слоя грунта она не охлаждается. Достаточно было научиться применять такое тепло, чтобы открыть альтернативный источник тепла. При его грамотном использовании удастся решить проблему теплообеспечения любых загородных домов.

Многие люди считают принцип работы геотермального теплового насоса довольно сложным. На самом деле достаточно разобраться с особенностями отопления из земли. Работа системы возможна благодаря наличию внешнего контура, выполняющего функции теплообменника. Он располагается в воде либо под землей. Внутри этого элемента располагается вода или любая другая жидкость, вбирающая в себя тепло. Теплоноситель попадает в геотермальный насос, аккумулирующий тепло. Это оборудование распределяет полученную энергию по всему внутреннему контуру.

Стоит отметить, что подобные тепловые насосы соответствуют стандартным размерам, однако их производительность оказывается действительно высокой.

Разновидности геотермальных систем

Существует несколько видов таких систем отопления. Все они отличаются только теплообменником. Его выбор зависит от особенностей участка и некоторых нюансов местности.

• Горизонтальный теплообменник используется для отопления только при наличии значительной территории, где нет огорода либо сада. Если вы хотите обеспечить тепловую энергию для загородного дома площадью в 200 м², то размеры земельного участка должны составлять минимум 600 м². Трубы располагаются в подготовленных траншеях, находящихся ниже уровня промерзания земли. Естественно, эта глубина может быть разной в зависимости от региона.
• Вертикальный теплообменник помогает сэкономить место. Устанавливать такое оборудование можно, сохраняя ландшафт местности. Для углубления зондов применяется бурильное оборудование, что делает использование тепловых насосов дорогим. Важно помнить о том, что глубина скважины составляет около 100 м, а диаметр – не более 150 мм.
• Некоторые теплообменники размещаются в толще воды. Подобный вариант отопления признан наиболее экономным, однако он подойдет только для тех людей, чей дом находится на расстоянии в 100 м от ближайшего водоема. В таком случае удастся использовать тепловую энергию воды. Соответственно, все трубы укладывают непосредственно на дно озера или пруда глубиной минимум в 2,5–3 м. Площадь водоема должна составлять хотя бы 200 м².

Многие люди затрудняются сделать выбор. Чтобы не ошибиться, стоит учесть финансовые возможности и некоторые особенности земельного участка. Если рядом с домом располагается водоем, который соответствует всем упомянутым требованиям, то удастся организовать геотермальное отопление своими руками. Причем разрешение на использование тепловых насосов и выполнение работ от каких-либо инстанций не потребуется. Если говорить об использовании других систем, то для вертикального теплообменника потребуются значительные финансовые вложения, а для горизонтального – много незанятой земли.

Преимущества подобного способа отопления

Существует много противоречивых мнений об альтернативных источниках тепла. Естественно, геотермальное отопление дома не стало исключением. Однако объективных преимуществ у такой системы действительно много.

• В ходе экспериментов было доказано, что благодаря использованию тепловых насосов удастся получить тепло с минимальными затратами. Подобный вид отопления отличается действительно высоким КПД, а средства окупятся очень быстро.
• Количество энергии, которое может выделять грунт, считается безграничным. Соответственно, даже самой холодной зимой в помещении будет тепло.
• Благодаря подобной системе не придется покупать топливо и организовывать место для его хранения.
• Работа геотермального отопления осуществляется в автономном режиме, а значит, контроль или обслуживание не потребуются.
• Подобный вариант считается действительной экологичным. Это объясняется тем, что в процессе работы системы химические вещества не применяются. В свою очередь, это помогает избежать возможного возгорания.
• При желании можно реализовать подобную систему своими руками. Причем на выполнение работ потребуется минимум средств.
• Если вы правильно установили тепловой насос и учли особенности оборудования, то получите вечный источник тепла.

Самостоятельная организация геотермального отопления

Как уже упоминалось ранее, подобная система является наиболее доступной, а значит, каждый владелец дома может воспользоваться энергоресурсами земли. При этом организация геотермального отопления не потребует значительных вложений или человеческих ресурсов. Монтаж системы своими руками довольно прост. В данном случае главное – выполнить правильные расчеты.

Естественно, установка оборудования и самих тепловых насосов зависит от выбранного типа теплообменника.

• Проще всего выполнить монтаж при условии, что дом расположен возле водоема. В таком случае достаточно нанять нескольких помощников и спецтехнику, чтобы проложить трубу на дне. После этого останется лишь подключить тепловой насос, после чего в доме станет тепло.
• Если вы отдали предпочтение горизонтальному теплообменнику, то придется перекопать участок. Впоследствии здесь не удастся организовать сад или огород.
• Наиболее сложной считается установка вертикального теплообменника. Выполнение такой работы стоит доверить специалистам, имеющим соответствующий опыт и профессиональное бурильное оборудование.

Помимо укладки труб, необходимо обратить внимание на монтаж самого теплового насоса. Подобный прибор должен быть правильно установлен, иначе система окажется неэффективной.

Геотермальное отопление стало использоваться совсем недавно. Благодаря ему удается получить дешевую энергию с минимумом расходов. Чтобы такой альтернативный вариант оказался эффективным, необходимо учесть все требования, а также правильно установить тепловой насос.

Оцените статью: Поделитесь с друзьями!

Геотермальное отопление | Лаборатория Дома

Услышав слова “геотермальное отопление”, большинство из нас представляют себе гейзеры Камчатки или кипящие ручьи Земли Санникова. Однако за этим  пока экзотическим термином кроется уже вполне прозаическое содержание: речь пойдет об еще одном способе отопления и горячего водоснабжения Вашего дома. Он заключается в использовании тепловой энергии ,накопленной в почве , для отопления  жилья. В основу геотермальной  системы положен физический процесс передачи тепла из окружающей среды к хладагенту, схожий с тем,  что происходит в холодильнике,  только наоборот . Тепловой насос это повышающий трансформатор теплоты , который в прямом смысле слова перекачивает тепловую энергию от источника низкого температурного потенциала к источнику более высокого , но все же достаточно умеренного потенциала. Анализ и практика показывает , что тепловые насосы дают от 70 до 80 процентов экономии энергоресурсов по сравнению с производством теплоты , основанном на прямом сжигании топлива . Что такое тепловой насос? Это прибор , который буквально выкачивает из земли или воды и направляет его в систему отопления и горячего водоснабжения . При работе теплового насоса энергия тратится не на  прямой нагрев системы отопления , а на перекачку тепла из окружающей среды в дом. Таким образом , основное преимущество теплового насоса перед привычными способами отопления – экономичность. Прибор потребляет на 80 процентов меньше энергии, чем , например , традиционные электрокотлы. Но кроме экономии владелец теплового насоса получает комфорт . Прибор оснащен климатконтролем и работает в автоматическом режиме. Экологичность – отсутствуют какие-либо выбросы в окружающую среду. Удобство при установке – монтаж не требует никаких согласований и бумажной волокиты. Безопасность – в тепловом насосе ничего не горит . Он взрыво- и пожаробезопасен. Кроме того работой насоса можно управлять на расстоянии при помощи интернета или телефона .  Надежность — минимум подвижных частей с высоким ресурсом работы. Независимость от поставки топочного материала и его качества. Практически не требует обслуживания. Срок службы теплового насоса составляет 15–25 лет; Примечательно, что летом тепловой насос работает наоборот: из под земли в дом поступает прохлада, а тепло возвращается назад. Именно поэтому работу геотермального насоса нередко сравнивают с кондиционерами реверсионного типа. Система геотермального отопления состоит из теплового насоса и магистралей. Они укладываются под землей (в грунте или скважинах), либо по дну водоемов. Трубы геотермальной системы могут быть проложены под грунтом, по дну водоема и внутри скважины. В связи с этим оно подразделяется на геотермальное отопление с горизонтальным, водоемным и вертикальным контурами.   В первом случае магистрали укладываются в землю на глубину ниже промерзания почвы (в зависимости от климатических условий региона). При этом требуется достаточно большая площадь. Так, для обогрева помещения в 200-300  квадратных метров, нужен участок площадь которого составляет 500-600 квадратных метров. Второй вариант – энергетичекие корзины. Энергетические корзины используются в случае невозможности глубокого бурения или устройства фундаментов глубокого заложения по причине условий водного законодательства или гидрологическим причинам, либо недостатка свободного места. Энергетическая корзина является экономически и энергетически довольно эффективной альтернативой в сфере использования термальной энергии.  прокладываемые по дну водоема. Это самый экономически выгодный способ геотермального отопления, так как меньше первоначальные вложения и больше эффективность. Но озера и реки глубиной более 2 метров есть далеко не везде. Третий вид геотермальных отопительных систем, напротив, очень дорогостоящий. Бурение скважин, для которого необходима специальная техника, стоит недешево. А скважину нужно пробурить минимум на 30 метров (в зависимости от рельефа), В тверской области примерно 40-70 метров. Зато не требуется большой площади.   Примечательно , что максимальную пользу такой метод геотермального отопления частного дома принесет в том случае, если в нем установлена система теплых полов. Это объясняется тем, что система теплый пол использует для нагрева теплоноситель со средней температурой в 35-55 градусов, прогревая помещения за счет большой площади обогревателя, а не за счет его высокой температуры. В то же время теплоноситель в системах геотермального отопления редко когда удается нагреть выше 60 градусов, что идеально подходит для «теплых полов», а вот для обычного радиаторного отопления такой температуры недостаточно, хотя при довольно качестенно утепленом доме этого вполне будет достаточно. Вот несколько фотографий тепловых насосов компании-партнера  (Германия) :    каталог оборудования  можно скачать и посмотреть здесь Каталог STE ТН_2015 , а стоимость оборудования и монтажа уточнить по телефонам у наших инженеров и менеджеров. и фото энергетической корзины   К вышесказанному предлагаем посмотреть ролик про автономное отопление с помощью тепловых насосов сертификат Uponor и Stiebel Eltron — геотермальные системы   тепловой насос воздух вода тепловой насос воздух воздух тепловой насос воздух-вода цена тепловой насос вода вода тепловой насос воздух-воздух цена тепловой насос вода вода цена тепловой насос воздух-вода своими руками тепловой насос воздух воздух купить Продажа и монтаж теплового насоса в Твери, Ржеве, Конаково, Осташкове, Селигере, Игуменке, Завидово.     Тепловые насосы Stibel Eltron

График работы Пн- Пт:  9.00-18.30 Сб:      10.00-17.00 Вс:         Выходной   Опрос Какой котёл Вы приобрели или хотели бы приобрести

Геотермальное отопление дома: принцип работы | Полезное

В связи с повышением цен на традиционное топливо, потребители все чаще задумываются об использовании альтернативных источников энергии. Достойной альтернативой газовым котлам и работающим на угле, стали теплонасосы — отбирают тепло из грунта или подземных вод.

Принцип действия таких агрегатов основан на переносе преобразованной теплоэнергии от источника к потребителю. Грунт и подземные воды имеют стабильную среднегодовую температуру, которая колеблется в пределах 7-12°C, на глубине ниже уровня промерзания. Этого условия достаточно, чтобы обеспечить эффективное геотермальное отопление дома.

Геотермальные тепловые насосы требуют установки коллектора, внешнего контура, который может быть:

• Горизонтальный. Укладывается ниже уровня промерзания грунта. Извлекает энергию из почвы.
• Вертикальный. Требует бурения специальных скважин, получает тепло из грунта или подземных вод.

Расчет геотермального отопления дома

Владельцы частных домов, решившие перейти на более экономичный вид энергоресурсов, могут оценить эффективность геотермального теплонасоса, вычислив мощность, которая потребуется ему для отопления здания. Делается это по формуле:

Q = (k x V x ∆T)/860, где:

Q — теплопотери здания, по этому параметру выбирается мощность теплового насоса для обогрева помещения (ккал/час). 1 кВт/ч = 860 ккал/ч;

k — усредненный коэффициент теплопередачи конструкций здания: например, если k=1, здание из кирпича, k=0,6 — хорошо утеплено, а 4 — это пристройка из досок;

V — суммарный объем всего отапливаемого помещения, в куб.м.;

∆T — максимальный перепад температур внутри и снаружи помещения.

Возьмем капитальный кирпичный дом площадью 100 м и высотой стен 3 м. Минимальная внешняя температура зимой составляет -25ºС, в доме 20ºС. В итоге, получаем:

Q = (1*300*(20-(-25))/860 = 15,698 кВт.

Таким образом для отопления нашего здания нам потребуется тепловой насос мощностью 16 кВт.

Каким будет геотермальное отопление для дома и принцип его работы выбирают, исходя из географических особенностей местности — наличия свободных участков земли, водоемов, глубины промерзания грунта. Если местность не позволяет установку горизонтального коллектора. Все расчеты лучше доверить специалистам профильной компании, имеющим практический опыт монтажа геотермальных систем.

Схема системы геотермального отопления дома

Устройство геотермальной системы отопления состоит из:

• непосредственно насоса,
• внешнего теплообменника — коллектора,
• внутреннего отопительного контура, в который поступает тепло. Это могут быть радиаторы, теплые полы, и т.д.

Во внешнем элементе хладагент забирает тепло из источника — грунта или воды. Далее хладагент циркулирует в системе и в конце отдает тепло в отопительный контур.

Учитывая, что земля и вода — ресурсы неисчерпаемые, а за использование их в качестве источников тепла не нужно платить, то геотермальное отопление дома выгодно в долгосрочной перспективе и окупается за несколько лет. Причем рабочий ресурс системы в несколько раз выше. Естественно, теплонасос потребляет какое-то количество электроэнергии, но оно в 4-5 раз меньше количества тепла, которое он генерирует.

Возникли вопросы?

Заполните форму обратной связи, наши менеджеры свяжутся с вами!

что такое система с внешним земляным контуром

Вы просматриваете раздел Геотермальное, расположенный в большом разделе Виды.

Геотермальным называется способ обогрева помещений за счет энергии, полученной из недр земли.

В 70-х годах XX века разразился нефтяной кризис. Промышленники стали искать способ замены топлива альтернативным источником.

Так появилось первое геотермальное отопление.

Сегодня подобный вид получения тепла распространен в Северной Америке и Западной Европе.

Геотермальное отопление из-под недр земли: что это такое, принцип работы

Геотермальное отопление работает как холодильник, только для нагрева. На поверхности земли устанавливается тепловой насос, из которого опускают теплообменник в шахту.

Через устройство наверх поступает грунтовая вода, по пути нагреваясь. Прогретая жидкость используется для обогрева помещений.

Расход энергии на нагрев воды меньше, чем получаемая теплоотдача.

Принцип работы

Коллектор поставляет теплую воду в испаритель. Хладагент, нагреваясь, испаряется. Пар прогревается компрессором за счет электричества. Конденсатор охлаждает пар, вызывая выброс теплой энергии и возвращение хладагента в начальное жидкое состояние.

Для прогрева воды требуется электроэнергия. Каждый затраченный кВт приносит, в среднем, 5 полезных кВт энергии.

Список оборудования

Для создания геотермальной установки требуются 4 устройства:

• коллектор;
• испаритель с хладагентом;
• компрессор;
• конденсатор.

Среди перечисленных компонентов два требуют подключения электричества: компрессор и конденсатор.

Достоинства

Геотермальное отопление имеет преимущества над прочими типами обогрева:

• Полученная энергия применяется для любых целей.
• Длительность подачи топлива к конкретному участку не ограничена.
• Его использование экологически безопасно.
• Установка не требует частого обслуживания.
• Система окупается с течением времени.
• Геотермальная установка занимает немного места: не больше, чем холодильник.
• При необходимости система легко перенастраивается.
• Совместимо с другими типами отопления.

Недостатки

Хотя геотермальное отопление имеет много преимуществ, у него есть и недостатки:

• Дорогостоящая система и монтаж.
• Окупается примерно через 10 лет.
• Систему нельзя использовать в районах с температурой, опускающейся ниже 20 градусов.
• Вне зависимости от типа установки, требуются масштабные земельные работы с использованием арендованных устройств.

Внутренний и внешний виды земляных контуров

Основа системы — тепловой насос, подключенный к двум контурам: внешнему и внутреннему.

Внутренний контур состоит из труб и радиаторов, передающих энергию нагретой воды в помещение. Их может дополнять подогрев полов.

Внешний контур — система, занимающаяся подачей тепла к внутреннему. По контуру циркулирует вода, дополненная незамерзающим компонентом. В геотермальном отоплении жидкость называется теплоносителем. Так теплоноситель поступает в тепловой насос, нагреваясь за счет повышения давления. Прогретая жидкость поступает во внутренний контур, передавая тепло в помещение. Затем остывшая вода уходит на глубину, где прогревается. Таким образом, цикл повторяется.

Тепловой насос воздух-вода: схема

Тепловой насос — оборудование, применяемое для отопления. Устройство собирает тепло из воздуха, перерабатывая в энергию. С её помощью насос греет воду, которая отдает тепло в помещение. Принцип работы насоса воздух-вода заключается в обратном цикле Карно. Устройства способны функционировать пока на улице температура превышает 20—25 градусов ниже нуля.

Фото 1. Схема строения теплового насоса воздух-вода. В данном случае тепло, собранное из воздуха перерабатывается в энергию.

Система состоит из четырех компонентов. По внешнему контуру циркулирует фреон, преобразующийся в пар в испарителе. Далее газ сжимается в компрессоре и переходит в конденсатор. Пар конденсируется в воду, которая возвращается в цикл, а тепло, выделенное в процессе, нагревает воду внутреннего контура. Таким образом, происходит два цикла: циркуляция воды с хладагентом через землю; обогрев помещений через радиаторы.

Теплонасосы типа воздух-вода зависят от внешней температуры. При сильных морозах обогрев работает проблемно, поскольку фреон во внешнем контуре замерзает. Этим обусловлено использование систем в теплых странах, где температура редко падает ниже -10. В подобных районах геотермальное тепло позволяет провести не только отопление, но и горячее водоснабжение.

Если на улице температура упала до предельного уровня работы фреона, система автоматически подключает альтернативное отопление за счет электричества или газа. С повышением температуры и возобновлением работы геотермальной установки, альтернативный источник отключается.

Вам также будет интересно:

Горизонтальная установка системы, работающей за счет тепла земли

Горизонтальная укладка внешнего контура используется в районах, где земля ежегодно промерзает на определенную глубину. Трубы размещают ниже этого уровня в траншею, протянувшуюся параллельно земле.

Фото 2. Установка геотермальной отопительной системы по горизонтальному принципу. Для подобной конструкции необходим большой котлован.

Циркулируя по прогретой земле, вода нагревается, поступает в тепловой насос, затем нагревает жидкость во внутреннем контуре. Отдав тепло, жидкость возвращается на новый круг по траншее.

В земле прокапывают траншеи, прокладывают трубы. Закончив с внешним контуром, специалист монтирует насос, затем прокладывает внутренний контур.

Важно! Землю, в которой расположены трубы, лучше засеивать овощами и плодовыми кустарниками. Деревья, при наличии, следует пересадить.

Преимущество заключается в вариативности создания системы. Она подходит для осваиваемых участков земли, на которых только завершили строительство дома или загородного коттеджа.

Недостатки заключаются в большом объеме работ по прокладыванию труб; в невозможности использования в холодных районах планеты. Горизонтальное геотермальное отопление ограничивает посадку деревьев на участке.

Вертикальная установка

Вертикальное тип используется в местах, где горизонтальное невозможно. Для установки бурят несколько скважин, в которые устанавливают внешний контур. Скважины бурят из одной точки, немного отклоняя угол от вертикали, так получается больше тепла.

Вода греется при путешествии через глубины земли, поступает в испаритель, преобразуется в пар. Воздух сжимается компрессором и резко выбрасывает энергию в конденсаторе.

Выделившееся тепло нагревает внутренний контур, обогревающий помещение, а жидкость отправляется на новый круг по трубам.

В земле бурят скважины, прокладывают трубы. Создав внешний контур, строители устанавливают насос, затем прокладывают внутренний контур.

Внимание! Бурение требует аренды специальной установки, что увеличивает затраты на строительство. Необходимо пробурить от 50 до 200 метров вглубь земли, в зависимости от местности.

Преимущество заключается в возможности не нарушать ландшафт обустроенного участка.

Недостатки: для циркуляции требуется больше электроэнергии, чем для горизонтальной системы; использование парных скважин для поступления и сброса воды обратно недостаточно эффективно.

Монтаж геотермального отопления для частного загородного дома

Процесс установки выглядит следующим образом:

• подготовка, включающая замер и подбор компонентов для работы;
• установка внешнего контура системы;
• установка внутреннего контура;
• налаживание работы и пуск отопления.

Скважины — внешний контур, а циркуляционный насос и батареи — внутренний. Тепловой насос устанавливается в доме.

Внешний контур располагается в непосредственной близости к отапливаемому строению, не далее, чем в 10 метрах. Соединения, расположенные в контуре, завальцовывают.

Полезное видео

Посмотрите видео, в котором демонстрируется процесс монтажа теплообменника для геотермально системы отопления.

Окупаемость, количество производимой энергии

За один израсходованный кВт электроэнергии система производит 5 и более кВт бесплатной тепловой энергии. По расчетам специалистов, геотермальное отопление окупается примерно за 1 десяток лет. Эта величина уменьшается с увеличением площади отапливаемого помещения.

Thermal Heating & Air Conditioning, Inc.

Надежная служба отопления и кондиционирования воздуха для домовладельцев и владельцев бизнеса на всей территории Metro Atlanta.

С момента основания в 2000 году компания Thermal Heating & Air Conditioning, Inc. занимается усовершенствованием систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха, технического обслуживания и ремонт. Мы работаем с вами, чтобы сделать ваш дом комфортным и позволить вам дышать чистым, здоровым воздухом. Мы стремимся оставаться доступными, чтобы вам не приходилось обходиться без отопления или воздуха. кондиционирование дома с семьей. Мы с удовольствием обслуживаем наших клиентов и ценим ваш бизнес.

Позвоните нам сегодня по любым вопросам, связанным с HVAC, независимо от того, ищете ли вы ремонт, замену или просто хотите запланировать осмотр / настройку. Все оценки для замены и установки 100% бесплатны для всех наших клиентов. Не стесняйтесь обращаться с любыми вопросами или проблемами, или если вы хотите назначить встречу.

Мы обслуживаем все следующие регионы!

-Gwinnett

-Джексон

— Стрела

— зал

-Dekalb

-Кобб

-Fulton

-Forsyth

Позвоните нам, если вы не уверены, обслуживаем ли мы ваш регион.Мы рады ответить на любые ваши вопросы.

— Джон Д. «Мы пользуемся вашей компанией более 20 лет — Три дома! Каждый раз вы были быстрыми, очень информативными, точными, с необходимостью ремонта, хорошей ценой на услуги и отношения со службой поддержки прекрасные!

— Джим Х. «Компания высшего уровня. После покупки полной системы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха в 2014 году я приобрел соглашение о плановом техническом обслуживании компании Thermals, чтобы поддерживать максимальную производительность моей системы.Это хороший кусок Не забывай видеть их два раза в год, чтобы мои вложения оставались в отличной форме. Я поместил Thermal в список предпочтительных подрядчиков ТСЖ ».

— Эми Б.« Нашел этих парней в Списке Энджи и позвонил им. Они встретились со мной в установленное время, диагностировали проблему с моей катушкой, дали мне письменное смету на ремонт и предложили мне варианты оплаты. включая план на 1 год, такой же как кассовый, что хорошо вписывается в мой бюджет. Теперь мой дом такой же крутой, как и эти ребята ».

— Майк П.« От первого звонка до доставки и установки моего нового кондиционера эти ребята показали себя настоящими профессионалами.Сейчас рекомендую эту компанию всей своей семье друзей для любых нужд, связанных с отоплением и кондиционированием воздуха! »

— Диана Х.« У меня были проблемы с моим блоком переменного тока, позвонил им в четверг вечером. Заказал и установил мою новую систему на следующий день. Ответил на все мои вопросы. Был супер профессиональным и потрясающим от начала до конца. Установка прошла без проблем. Спасибо за такой замечательный опыт и отличную сделку! Настоятельно рекомендуется! »

Подрядчик по отоплению и печам Якима, Вашингтон

Сохраняйте тепло всю зиму с исправным обогревателем или печью.Позвоните нам для ремонта и установки систем отопления в Якиме и Элленсбурге.

Ваш обогреватель или печь не нагревает ваш дом до температуры, установленной на термостате? Это может сигнализировать о необходимости ремонта или замены системы. Для получения услуг в Якиме и Элленсбурге, штат Вашингтон, позвоните в компанию ThermAll Heating & Cooling, Inc. Когда вы планируете услуги у нас, мы гарантируем удовлетворение каждой работой.

Доверьте нашей команде следующие услуги:

Ваша печь начинает проявлять признаки старения? Свяжитесь с нами для установки печи.

Признаки того, что ваша система отопления нуждается в ремонте

Вы не хотите рисковать тем, что ваша система отопления отключится посреди зимы. Вместо этого важно следить за следующими признаками, которые могут указывать на необходимость ремонта:

• Ваша собственность не нагревается до желаемой температуры.
• Тепло неравномерно распределяется по дому или зданию.
• Вы слышите громкие или неприятные звуки, исходящие от устройства.
• Ваш ежемесячный счет за коммунальные услуги увеличивается.
• Температура в вашем доме не соответствует настройке на термостате.
• Вы подозреваете, что у вас протекает воздуховод.

Преимущества установки новой системы отопления

Ваша стареющая система отопления не отапливает ваш дом должным образом? Возможно, пришло время установить новый блок. Некоторые из преимуществ замены старого устройства на новую модель могут включать:

• Более энергоэффективная система, которая может привести к снижению счетов за коммунальные услуги.
• Повышенный комфорт, позволяющий правильно контролировать температуру в доме.
• Лучшее качество воздуха в помещении с системой фильтрации, которая должным образом удаляет частицы из воздуха.
• Гарантия того, что в ближайшем будущем вам, скорее всего, не понадобится ремонт вашего устройства.
• Равномерное отопление без перепадов температуры, предотвращающее появление горячих и холодных точек по всему дому.

Хотите энергоэффективное решение для обогрева дома этой зимой? Свяжитесь с нами, чтобы узнать о наших геотермальных системах.

Общие проблемы печи

Когда наступает зима, вы должны быть уверены, что ваша печь сможет правильно отапливать ваш дом.Важно, чтобы ваше устройство было отремонтировано при первых признаках проблемы, включая следующие распространенные проблемы:

• Проблемы, вызванные тем, что ваша система не проверялась или не настраивалась хотя бы раз в год.
• Фильтры засорены из-за того, что их не меняют регулярно — примерно каждые три месяца. Это может привести к накоплению пыли, грязи и мусора в вашей системе. Это скопление может привести к перегрузке агрегата по поддержанию работоспособности и снижению качества воздуха в помещении в вашем доме.
• Износ, вызванный старением.Это может потребовать более частого ремонта.
• Температура в вашем доме не соответствует настройке на термостате.
• Нарушение воздушного потока, которое может привести к перегреву вашего устройства.
• Очень серьезная проблема, например, утечка угарного газа. Если вы подозреваете, что у вас протечка, важно как можно скорее эвакуировать имущество, так как это может вызвать болезнь или даже смерть.

Если ваша печь нуждается в ремонте или замене, звоните в ThermAll Heating & Cooling, Inc.по телефону 509-248-8368 для приема на прием в районах Якима и Элленсбург, штат Вашингтон. В бизнесе с 1988 года, мы гарантируем удовлетворение!

Подрядчик по кондиционированию воздуха в Якиме

Не позволяйте летней жаре создавать дискомфорт в вашем доме в любое время года. Убедитесь, что ваш кондиционер работает должным образом, запланировав ремонт и техническое обслуживание. Позвоните нам, чтобы записаться на прием в округах Якима и Киттитас.

Когда летняя жара заставляет вас потеть на улице, вы должны быть уверены, что можете найти комфорт в своем доме.Чтобы убедиться, что ваш кондиционер работает правильно, позвоните в компанию ThermAll Heating & Cooling, Inc., чтобы записаться на прием в районы Якима и Элленсбург, штат Вашингтон. Оказываем услуги по ремонту, обслуживанию и установке. Основанная в 1988 году, мы стремимся улучшить жизнь наших клиентов.

Позвоните нам для получения следующих услуг по кондиционированию воздуха:

Ваш кондиционер не охлаждает ваш дом? Позвоните нам, чтобы запланировать услуги по установке кондиционеров.

Признаки необходимости замены системы кондиционирования воздуха

Не ждите слишком долго, чтобы заменить кондиционер.При полном выходе из строя он может оставить вас в жарком и душном доме все лето. Вместо этого обратите внимание на следующие признаки, которые могут указывать на необходимость установки нового устройства:

• Возраст: Возраст вашего устройства превышает 15 лет, и его ожидаемый срок службы приближается к концу.
• Высокие счета за коммунальные услуги: Ваша квартира теряет эффективность, что приводит к увеличению ваших счетов за коммунальные услуги.
• Менее эффективен : Ваша собственность больше не достигает желаемой температуры, или вы чувствуете, как из устройства выходит холодный воздух, но он не дует так сильно, как должен.
• Многократный ремонт: Недавно вам приходилось выполнять многократный ремонт устройства.
• Капитальный ремонт: Вам нужен капитальный или дорогостоящий ремонт, например, новый двигатель или компрессор.
• Утечки: Устройство протекает.
• Шумы: Вы слышите странные звуки, исходящие из вашего устройства, которые могут указывать на проблему с вашим двигателем.

Как сэкономить на расходах на охлаждение

Хотя летом приятно иметь прохладный и удобный дом, поддержание идеальной температуры в доме также может привести к увеличению счетов за коммунальные услуги.Чтобы сэкономить на этих расходах, рассмотрите возможность использования следующих советов:

• Убедитесь, что ваш дом должным образом изолирован, чтобы не допустить просачивания горячего воздуха.
• Заменяйте воздушные фильтры регулярно — примерно каждые три месяца, чтобы устройство могло работать в его полные возможности.
• Проходите настройку у профессионала не реже одного раза в год.
• Установите программируемый термостат.
• Понизьте термостат на несколько градусов. Это сэкономит энергию, и вы вряд ли заметите разницу.
• Замените устаревшую систему на новую, более энергоэффективную.
• Используйте вентиляторы, чтобы циркулировать воздух по дому и делать его более прохладным.
• Закройте занавески в солнечные дни, чтобы не допустить попадания тепла.

Прохладный воздух не доставляется должным образом по всему дому? Это может сигнализировать о проблеме с вашим воздухообрабатывающим устройством. Свяжитесь с нами, чтобы узнать о наших услугах по обработке воздуха.

Общие проблемы с блоками переменного тока

Было бы здорово, если бы наши кондиционеры работали безупречно всякий раз, когда они нам нужны, но иногда им может потребоваться ремонт.Некоторые общие проблемы, которые могут возникнуть с вашим устройством, могут включать:

• Он не производит холодный воздух: Возможно, наиболее заметная проблема с вашей системой заключается в том, что она не производит холодный воздух, даже когда термостат установлен на минимальное значение. .
• Это перегрузка: Если воздух не проходит через вентиляционные отверстия должным образом, это может привести к тому, что ваша система будет работать больше, чем необходимо для охлаждения вашего имущества. Это может привести к увеличению ваших ежемесячных счетов.
• Неисправен термостат: Если в вашем доме есть горячие и холодные точки, это может быть вызвано неисправностью термостата.
• Протекает: Если вы заметили влагу вокруг устройства, это может быть связано с засорением сливной трубки. Это также может быть хладагент, который может быть опасен, если с ним не обращается квалифицированный специалист, поэтому любые утечки следует проверять.

Если ваш кондиционер нуждается в ремонте, обслуживании или замене, звоните в ThermAll Heating & Cooling, Inc.в 509-248-8368. Мы обеспечиваем круглосуточную службу экстренной помощи в районах Якима и Элленсбург, штат Вашингтон.

ThermAll Heating & Cooling, Inc. в округах Якима и Киттитас

При выходе из строя печи или кондиционера вам необходимо быстро отремонтировать их, чтобы восстановить комфорт в вашем доме. Позвоните нам для получения услуг в округах Якима и Киттитас.

Вы хотите, чтобы в вашем доме было комфортно круглый год с работающей печью зимой и кондиционером летом.Когда эти устройства выходят из строя, они могут покинуть ваш дом и вашу семью в неудобном состоянии. Чтобы избежать этого, убедитесь, что ваши устройства отремонтированы как можно скорее, и запланируйте плановое техническое обслуживание и настройку. Для получения услуг по отоплению и охлаждению в районах Якима и Элленсбург, штат Вашингтон, позвоните в компанию ThermAll Heating & Cooling, Inc. Наши опытные технические специалисты стремятся улучшить жизнь наших клиентов.

Хотите знать, почему ваши соседи из Якимы звонят нам, когда им требуется ремонт и установка систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха? Прочтите наши отзывы!

С гордостью обслуживаем Якиму и прилегающие районы

Мы с гордостью предоставляем услуги по отоплению и охлаждению в следующих областях:

Позвоните нам, если вам нужны качественные услуги:

• Cowiche
• Ellensburg
• Harrah
• Naches
• Roslyn
• South Cle Elum
• Tieton
• Vantage

Признаки того, что ваша печь нуждается в ремонте

Не застряйте в холодном доме этой зимой, отложив ремонт печи.Обратите внимание на следующие признаки, которые могут указывать на то, что ваше устройство нуждается в обслуживании:

• Ваша собственность не нагревается до желаемой температуры.
• Тепло неравномерно распределяется по дому.
• Ваш аппарат начинает издавать громкие или необычные звуки.
• Ваши ежемесячные счета начинают расти без изменений в использовании.
• Температура в вашем доме не соответствует настройке термостата.
• Вы заметили утечки в воздуховоде.

Преимущества установки новой печи

Установка новой печи может дать вам уверенность в том, что ваше устройство вряд ли выйдет из строя в ближайшем будущем и будет поддерживать тепло в вашем доме всю зиму. Он также может обеспечить следующие преимущества:

• Новые функции: Новые агрегаты оснащены новейшими технологиями и функциями, обеспечивающими максимальный контроль микроклимата на всей территории.
• Повышенная энергоэффективность: Новые блоки потребляют меньше энергии, чем старые системы, что снижает ваши счета за коммунальные услуги.
• Меньше шума: Новые системы тише старых.
• Равномерное отопление: Новые модели могут обеспечить более равномерное отопление во всем доме. Это помогает предотвратить появление горячих и холодных точек.

Ремонт систем вентиляции и кондиционирования сейчас не входит в ваш бюджет? Мы получим это. Вот почему мы предлагаем нашим клиентам финансирование.

8 простых способов снизить расходы на охлаждение

Сохранение прохлады и комфорта в доме летом может привести к увеличению ваших счетов за коммунальные услуги.К счастью, есть способы сохранить прохладу в доме и сократить расходы:

• Обеспечьте надлежащую теплоизоляцию дома.
• Заменяйте воздушные фильтры регулярно, в идеале примерно каждые три месяца.
• Запланируйте ежегодный осмотр у специалиста.
• Установите термостат умного дома.
• Поверните устройство на несколько градусов вниз, чтобы сэкономить электроэнергию.
• Замените устаревшую систему на более новую.
• Используйте вентиляторы для циркуляции воздуха.
• Закройте занавески в солнечные дни, чтобы не допустить попадания лишнего тепла.

Если вам необходимо отремонтировать печь или установить кондиционер, позвоните в ThermAll Heating & Cooling, Inc. по телефону 509-248-8368 для получения услуг в районах Якима и Элленсбург, штат Вашингтон. Мы предлагаем экстренные службы 24/7!

Перемещение тепла от холода к горячему без внешнего вмешательства с использованием «теплового индуктора»

ВВЕДЕНИЕ

Согласно правилам классической термодинамики, поток тепла между двумя термически связанными объектами с разными температурами определяется законом Фурье теплопроводность, утверждая, что скорость теплового потока между этими объектами увеличивается с ростом разницы температур, и, в более общем смысле, вторым законом термодинамики, который требует, чтобы тепло могло течь само по себе только от более теплого тела к более холодному.Большинство мер по энергоэффективному управлению теплом в повседневной инфраструктуре основано на этих законах, будь то теплоизоляция зданий и аккумуляторов тепла или получение максимального количества механической работы от теплового двигателя, работающего между двумя разными температурами. Хотя справедливость этих фундаментальных законов неоспорима, за последние несколько лет произошли захватывающие технические разработки, которые, по-видимому, расходятся с популярными интерпретациями этих законов.В простейшей версии закона Фурье, например, задана скорость потока тепла (Q) между телом с температурой T _b , которое соединено с объектом с другой температурой T _r на Q. = k (Tb-Tr), где ожидается, что теплопроводность k соединения не будет зависеть от знака разности температур T _b — T _r . Тем не менее, ряд недавних экспериментов продемонстрировал, что термическое выпрямление возможно до некоторой степени, тем самым открывая путь для индивидуального управления температурой, выходящего за рамки простой формы закона Фурье ( 1 ).Работа такого «теплового диода» (т. Е. Аналога диода, выпрямляющего электрический ток) была продемонстрирована, например, с использованием фононных устройств ( 2 — 6 ) и материалов с фазовым переходом ( 7 — 10 ), а также применение квантовых точек ( 11 ) и спроектированных металлических гибридных устройств при низких температурах ( 12 ), открывая путь для еще более сложных тепловых схем, таких как тепловые транзисторы и логические вентили ( 6 , 13 , 14 ).

Второй закон термодинамики, с другой стороны, налагает строгие ограничения на эффективность тепловых двигателей, охлаждающих устройств и тепловых насосов ( 15 ) и предлагает предпочтительное направление потока тепла для достижения термодинамического равновесия ( 16 ). Согласно последней интерпретации горячее тело с температурой T _b , которое соединено с более холодным объектом при температуре T _r , приближается к термодинамическому равновесию со строго T _b > T _r , и ожидается, что T _b будет монотонно падать как функция времени t , потому что тепло не должно течь само по себе от холодного тела к более теплому (рис.1, А и В). Любое отклонение от нормы или колебательное поведение T _b по отношению к T _r (рис. 1, B и D) с изменением направления теплового потока и передачей тепла от холодного к горячему обычно будет приписывается активному вмешательству для отвода тепла с помощью внешней работы, которую необходимо выполнить, или нарушению второго закона термодинамики.

Рис. 1 Схема двух ситуаций, в которых объекты с разными температурами термически связаны.

Стрелки показывают направление потока тепла от (светлый / желтый) или (темный / фиолетовый) к соответствующему более теплому объекту. ( A ) Когда первоначально горячее тело термически соединено в момент времени t = 0 с более холодным тепловым резервуаром, поддерживаемым при температуре T _r , его температура, как ожидается, будет монотонно падать потеря тепла Q в более холодный резервуар и приближение T _r в пределе t → ∞.( B ) Схема процесса, в котором T _b ниже температуры резервуара для t > t ₀ , а тепло Q после этого временно передается от охлаждающего тела к более теплый резервуар. Самая низкая температура корпуса T _{b, мин} < T _r достигается при t = t _min , когда соединение может быть удалено.( C ) Предполагается, что две аналогично соединенные конечные теплоемкости плавно приближаются к термодинамическому равновесию при средней температуре T¯, при этом тепло течет только в одном направлении и всегда T _b > T _r . ( D ) Два тела, показывающие противоположные колебания температуры, с переменным направлением теплового потока и повторяющейся временной передачей тепла от холода к горячему. Римские цифры (i) — (iv) относятся к четырем четвертям периода одного полного колебательного цикла T _b ( t ), как подробно описано в тексте и в подписи к рис.2Б.

Здесь мы описываем простое тепловое соединение, содержащее новый тепловой элемент, а именно эквивалент «теплового индуктора», который мы изначально разработали для точных измерений теплоемкости в активно управляемой тепловой цепи ( 17 ). Мы показываем, что он также может действовать пассивным образом без какого-либо внешнего или внутренне скрытого источника энергии и способен изменять знак разницы температур между двумя массивными телами, накладывая определенную тепловую инерцию на поток тепла.Мы демонстрируем в эксперименте, что такой процесс может происходить через серию квазиравновесных состояний, и показываем, что он по-прежнему полностью соответствует второму закону термодинамики в том смысле, что энтропия всей системы монотонно увеличивается с течением времени, хотя и нагревается. временно переходит из холодного состояния в горячее.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Моделирование колебательного теплового контура

Рассматриваемая тепловая связь состоит из идеального электрического индуктора с индуктивностью L и элемента Пельтье с коэффициентом Пельтье Π = α T , образующих замкнутую электрическую цепь ( Инжир.2А) ( 17 ). Здесь α обозначает комбинированный коэффициент Зеебека используемых термоэлектрических материалов, а T — абсолютная температура рассматриваемого перехода между этими материалами. Когда электрический ток I, протекает через него, тепло Q генерируется или поглощается со скоростью Q. = I = αTI, соответственно, в зависимости от направления тока. Тело с теплоемкостью C и тепловой резервуар (или два конечных тела) находятся в тепловом контакте с противоположными сторонами элемента Пельтье, обеспечивая тепловую связь за счет своей теплопроводности k .Процесс описывается законом напряжения Кирхгофа в формуле. 1A, содержащее генерируемое термоэлектрическое напряжение α ( T _b — T _r ) и уравнениями теплового баланса (уравнения 1B и 1C) для скоростей отвода тепла от одного тела (или добавления к нему) Qb) и (от) к другому телу или термальному резервуару (Qr) соответственно LI. + RI = α (Tb − Tr) (1A) Qb = −αTbI + 12RI2 − k (Tb − Tr) (1B) Qr = + αTrI + 12RI2 + k (Tb-Tr) (1C), где R — внутреннее сопротивление элемента Пельтье, а α для простоты принято в качестве константы.Мы также временно игнорируем паразитные эффекты из-за других источников электрического сопротивления или переноса тепла через провода или конвекцию, и предполагается, что вклад теплоемкости элемента Пельтье поглощается в C . Считаем Q.> 0 для погонной энергии; однако выбор знаков I и α в уравнении. 1 оказывается неважным. Рассеиваемая мощность нагрева в джоулях RI ² считается равномерно распределенной по обеим сторонам элемента Пельтье.Индивидуальные вклады в поток тепла в уравнениях. 1B и 1C визуализированы на фиг. 2B. Система уравнений (уравнение 1), но без индуктивного члена LI., Является стандартной для описания потока тепла и заряда в элементе Пельтье ( 18 , 19 ).

Рис. 2 Эквивалентная электрическая сеть и иллюстрация теплового потока в рамках рассматриваемой тепловой связи между телом с теплоемкостью C при температуре T _b и другим телом или тепловым резервуаром при T _r .

( A ) Электрическая сеть состоит из элемента Пельтье (Π) с внутренним сопротивлением R и теплопроводностью к в замкнутой цепи с идеальной индуктивностью L . Колебательный ток I, , в конечном счете, вызывается напряжениями, создаваемыми термоэлектрическим эффектом из-за разницы температур между холодным и горячим концом элемента Пельтье и индуцированного напряжения LI. через L (см. уравнение 1A). ( B ) Набросок отдельных вкладов в поток тепла (открытые стрелки, длина стрелок не в масштабе) в уравнениях.1B и 1C для ситуаций, когда тепло течет от (закрашенные светлые / желтые стрелки) или к (закрашенные темные / фиолетовые стрелки) более теплого конца элемента Пельтье, нарисованного для одного цикла колебаний T _b ( t ), как показано на рис. 1 (B и D). Тепловой осциллятор действует в течение полного периода колебательного цикла T _b ( t ) поочередно как термоэлектрический генератор (i), охладитель (ii), генератор (iii) и термоэлектрический нагреватель ( iv).Во время всех этих процессов небольшое количество электромагнитной энергии (LII., Зеленые двойные стрелки) обменивается с индуктором, хотя общая накопленная магнитная энергия 12LI2 всегда меньше доли Δ ₀ / T _r от первоначально выделенное избыточное тепло ~ C Δ ₀ (см. текст и рис. 5).

Чтобы рассмотреть ситуацию для фактического эксперимента, который будет представлен ниже, где конечная теплоемкость C соединена с бесконечным тепловым резервуаром, как показано на рис.1 (A и B) объединяем Q.b = CT.b и T _r = const. с уравнениями. 1A и 1B и получить нелинейное дифференциальное уравнение для I ( t ), а именно: LCI¨ + (RC + kL) I. + (KR + α2Tr) I + 12αRI2 + αLII. = 0 (2)

Это уравнение легко решается численно с высокой точностью. Затем можно получить временную эволюцию T _b ( t ), вставив соответствующее решение I ( t ) в уравнение. 1А. Для систематического анализа мы ограничимся Δ ₀ = T _b (0) — T _r << T _r с температурно-независимым α, k , R и C , действительные в достаточно узком температурном интервале ± Δ ₀ около T _r .Тогда последние два члена дифференциального уравнения (уравнение 2) пренебрежимо малы, потому что с уравнением. 1A, 12RI2 + LII.

Обсуждение колебательных решений

Очень поучительно сначала обсудить аналитические решения этого упрощенного уравнения. Начальные условия для t = 0, т. Е. Время, когда вводится первичное тепловое соединение, равны I (0) = 0 и T _b (0) — T _r = Δ ₀ , тем самым зафиксировав I.(0) = αΔ0 / L. Соответствующее решение может демонстрировать чрезмерное демпфирование или колебательное поведение в зависимости от комбинации постоянных факторов в уравнении. Чтобы достичь возможного занижения T _b ( t ) ниже T _r , мы сначала сосредотачиваемся на колебательных решениях I ( t ). Условие их возникновения: 4α ² T _r > LC ( k / C — R / L ) ² , всегда может быть выполнено для любого значения α , если L выбрано как L * = RC / k .В то время как R и k задаются характеристиками элемента Пельтье, C ограничивается только теплоемкостью элемента Пельтье, но в противном случае может быть выбран по желанию. Интересующее решение: I ( t ) = I ₀ exp (- t / τ) sin (ω t ), где τ и ω согласованы для выполнения дифференциального уравнения, и I ₀ = αΔ ₀ / ( L ω). Соответствующее сдвинутое по фазе решение для температуры: T _b ( t ) — T _r = Δ ₀ exp (- t / τ) cos (ω t — δ) / cosδ с tanδ = ( R — L / τ) / L ω.Теперь мы ищем конкретное решение, реализующее наименьшее возможное демпфирование I ( t ) в пределах цикла колебаний. Это происходит для максимального значения ωτ, где L = L *, ω = ω * = α2Trk / (RC2) и τ = τ * = C / k . Представляем стандартное определение безразмерной добротности для элемента Пельтье при T = T _r ( 20 ), ZT _r = α ² T _r / kR = (ω * τ *) ² (далее сокращенно Z _T ), первый минимум T _b ( t ) достигается с этими параметрами при t _min = βτ * с β = (π / 2 + arctanZT) / ZT для Tb, min = Tr − Δ0exp (−β) ZT / (ZT + 1)

Если выразить безразмерными величинами ( T _b ( t ) — T _r ) / Δ ₀ и t / τ *, изменение во времени и ( T _{b, min} — T _r ) / Δ ₀ , мера для максимального полученного охлаждающего эффекта, зависит только от Z _T , но не зависит от тепловая нагрузка C и другие параметры системы.На рис. 3A мы показываем серию соответствующих кривых T _b ( t ), которые мы получили численно с помощью уравнения. 3 для различных значений Z _T , выраженных в этих безразмерных единицах, с T _b (0) — T _r = Δ ₀ = 80 K и T _r = 293 K для имитации реалистичного сценария. Однако, несмотря на довольно большое отношение Δ ₀ / T _r ≈ 0.27, разница между полученными таким образом значениями и результатами, рассчитанными с использованием явного решения уравнения. 3 с ω * = ZT / τ * едва различимы на рис. 3.

Рис. 3 Эволюция разницы температур между охлаждающим телом и термостатом или другим конечным телом, которые соединяются в эксперименте с помощью термодуктора.

( A ) Нормализованная разница температур ( T _b ( t ) — T _r ) / Δ ₀ между конечным телом и тепловым резервуаром для L = L * = RC / k и Z _T между 0.25 (красный) и 5 ​​(синий) с шагом 0,25, полученный в результате решения уравнения. 3. Время в единицах τ * = C / k . Черная линия представляет соответствующий процесс релаксации с постоянной времени τ *, который имел бы место, если бы цепь Пельтье была прервана с самого начала. Если тепловое соединение не удаляется после достижения соответствующего значения T _{b, min} (пунктирная линия), T _b ( t ) приближается к тепловому равновесию с в конечном итоге T _b = T _r во всех случаях.На вставке показаны затухающие колебания как T _b ( t ), так и I ( t ). ( B ) Температуры T _b ( t ) и T _r ( t ) двух соединенных конечных тел с равной теплоемкостью относительно средней начальной температуры T¯ = [Tb (0) + Tr (0)] / 2 и нормированный на начальную разность температур Δ ₀ , для Z _T = 5 (время в единицах τ *). T _av обозначает их среднее значение, показывающее локальные минимумы около T _b ≈ T _r (числа для T _av были рассчитаны для Δ ₀ / T _r = 0,27). На вставке показано изменение общего прироста энтропии в зависимости от времени в соответствующих нормированных единицах.

Согласно формуле. 4 минимальная температура уменьшается с увеличением Z _T , но ограничена T _{b, min} > T _r — Δ ₀ для конечного значения Z _T , чтобы исключить катастрофические колебания.Если тепловое соединение было удалено после того, как тело достигло минимальной температуры, то T _b оставалось бы на уровне T _{b, min} < T _r в идеально изолированных условиях, как показано на рис. 1Б. Удаление его в состоянии, в котором I = 0, даже оставляет тепловое соединение в его исходном состоянии при Tb = Tr − Δ0exp (−π / ZT), но все еще с T _b < T _r ( на вставке к рис.3А). Любую внешнюю работу, связанную с снятием теплового соединения, можно сделать бесконечно малой, например, открыв зазор нанометрового размера между телом и тепловым соединением. Если соединение вообще не удалено, T _b ( t ) демонстрирует затухающие колебания около T _r , приближаясь к тепловому равновесию с в конечном итоге T _b = T _r . Отметим, что максимально возможный охлаждающий эффект достигается не для вышеуказанных параметров, но для L _opt = λ L * с λ ( Z _T )> 1 (см. Раздел S1).Соответствующие решения для I ( t ) передемпфированы для Z _T <1/3, но температура корпуса все еще ниже T _r для всех значений Z _T > 0.

В близком сценарии два конечных тела с одинаковой теплоемкостью 2 C и разными начальными температурами T _b (0) и T _r (0) равны термически связаны таким же образом и наблюдаются в полностью изолированных условиях (рис.1D). В пределе Δ0 = Tb (0) −Tr (0) << T¯ со средней начальной температурой T¯ = [Tb (0) + Tr (0)] / 2 мы приходим к тому же упрощенному дифференциальному уравнению ( Уравнение 3) для I ( t ), но с заменой T _r на T¯ (см. Раздел S2). На рис. 3B мы показываем результирующие температуры встречных колебаний T _b ( t ) и T _r ( t ) для Z _T = 5 вместе с средняя температура Tav = [Tb (t) + Tr (t)] / 2≤T¯, которая не является постоянной, но достигает локальных минимумов примерно в то время, когда две температуры равны.

Колебательный поток тепла

Каждый раз, когда T _b — T _r меняет знак (это происходит впервые, как только T _b падает ниже T _r , для L = L * после t ₀ = π / 2ω *; рис. 1 и 3), тепло все еще непрерывно перетекает от холодного к более теплому объекту (темные / фиолетовые стрелки на рис. . 1 и 2B) до тех пор, пока | T _b — T _r | достигает своего максимума, когда направление теплового потока меняется на противоположное.Движущиеся носители заряда отводят практически все это тепло непосредственно от холодного к теплому концу, не накапливая временно в виде энергии магнитного поля, находящегося в индукторе. Максимальное количество магнитной энергии, 12LI2 <12LI02 = α2Δ02 / 2L * ω * 2, меньше доли Δ ₀ / T _r <<1 избыточного тепла ~ C Δ ₀ который изначально хранился в более теплом теле. В этом смысле электрический индуктор действует во взаимодействии с элементом Пельтье только как движущая сила колебаний температуры, создавая определенную тепловую инерцию, которая временно противодействует потоку тепла, продиктованному законом Фурье.Таким образом, мы можем интерпретировать роль схемы как роль термоиндуктора. По аналогии с самоиндукцией L электрического индуктора, создающего разность напряжений Δ V согласно LI. = — ΔV, мы можем даже приписать данной схеме тепловую самоиндукцию L _th = L / (α ² T _r ) ( 17 ), при этом LthI.th = LthQ¨ = −ΔT (см. Раздел S4).

С точки зрения холодильной техники, мы можем разделить полный период колебательного цикла T _b ( t ) на четыре стадии (см.рис.2Б). В первой четверти полного периода (i) работа соответствует работе термоэлектрического генератора. Во втором квартале (ii) схема действует как термоэлектрический охладитель даже для T _b < T _r , управляемый электрическим током, который все еще течет в исходном направлении из-за действия электрический индуктор. В течение третьего квартала (iii) электрический ток меняет знак (термоэлектрический генератор), в то время как нагрев сохраняется в четвертом квартале (iv) даже для T _b > T _r , после чего устройство работает. как термоэлектрический нагреватель.

Порядок величины скорости потока тепла между объектами можно выбрать произвольно низким, регулируя тепловую нагрузку C . Таким образом, схема электронного генератора достигает обычно очень больших временных масштабов, встречающихся в тепловых системах (то есть секунды, минуты или даже больше). Это гарантирует, что процессы, хотя и необратимые, могут протекать квазистатическим образом и проходить через серию квазиравновесных состояний с четко определенными термодинамическими потенциалами и переменными состояния тел.Это резко контрастирует с неравновесными колебательными процессами, такими как химическая реакция Белоусова-Жаботинского ( 21 , 22 ), другими колебаниями в сложных системах, далеких от термодинамического равновесия ( 23 ), с типом поведения теплового индуктора, связанным с конвекция нагретых жидкостей ( 24 ) или переходные операции переключения в светодиодах ( 25 ).

Эксперименты

В реальном эксперименте измерения значительных колебаний температуры сталкиваются с определенными проблемами.В настоящее время наиболее эффективные элементы Пельтье имеют максимум Z _T ≈ 2 ( 26 ). В сценарии охлаждения некоторого количества кипящей воды со 100 ° C до температуры замерзания 0 ° C путем подключения к радиатору при комнатной температуре (20 ° C), например, Z _T ≈ 5 (рис. 3A), что недостижимо для настоящей технологии. Еще одна проблема — выбор индуктивности L .Он должен быть достаточно большим, чтобы обеспечить охлаждение значительного количества материала, сохраняя при этом k как можно меньшим, чтобы максимально увеличить Z _T . При τ * = C / k порядка нескольких секунд и типичных внутренних сопротивлениях элементов Пельтье R ≈ 0,1 Ом и выше, L _opt > L * = R τ * должен быть порядка 1 ч или больше, хотя полезный охлаждающий эффект все же может быть достигнут для л < л *.Нормально проводящие индукторы с такой большой индуктивностью страдают от значительного внутреннего сопротивления R _s , тем самым снижая эффективность охлаждения намного ниже теоретических ожиданий. Включение соответствующего конечного сопротивления R, , _и , включенного последовательно, в дополнение к внутреннему сопротивлению R элемента Пельтье, как это показано на вставке на рис. 4A, снова приводит к уравнению. 3, но с заменой R на R + R _s (см. Раздел S3).Это снизит эффективную безразмерную добротность Z _T элемента Пельтье на коэффициент R / ( R + R _s ), который может быть значительным уже после R _s становится порядка R или даже больше, с соответствующим снижением эффективности охлаждения, как показано на фиг. 3A и в секции S1.

Рис. 4 Результаты экспериментов с колебательными тепловыми цепями, содержащими эквивалент теплового индуктора.

( A ) Температура T _b ( t ) данные, полученные для двух конфигураций сверхпроводящих катушек с L, = 30 и 58,5 H, соответственно. В экспериментах этого типа колебательный тепловой контур полностью пассивен. Температура T _b ( t ) медного куба, который был термически соединен с тепловым резервуаром, поддерживается при T _r = 295 K и первоначально нагревается на Δ ₀ = T _b (0) — T _r ≈ 82 K существенно уступает T _r на ≈1.7 K для L = 58,5 H. На вставке показана соответствующая эквивалентная электрическая сеть, включая паразитное электрическое сопротивление R _s последовательно из-за электрических проводов и соединений. Сплошные линии — это данные T _b ( t ), полученные путем решения соответствующих дифференциальных уравнений с использованием параметров из глобальной подгонки данных, показанных в (B), и с R _s = 21 и 43 миллиом для L = 30.0 и 58,5 H соответственно. ( B ) Эксперименты с использованием гираторного заменителя электрического индуктора с номиналом R _с ≈ 0. Основная панель: Температура T _b ( t ) для четырех различных значений номинальной индуктивности. L , с максимальным недолетом T _b ( t ) относительно T _r на ≈2,7 K для L = 90,9 H. T _b ( t ) данные из (A) (зеленые и фиолетовые точки) включены для сравнения.Врезка: эволюция электрического тока, протекающего через элемент Пельтье. Сплошные черные линии соответствуют глобальному подбору четырех наборов данных согласно соотношениям, приведенным в основном тексте, с параметрами подгонки C , R , k и Z _T .

Таким образом, мы выполнили эксперимент с двумя конфигурациями безорезистивных сверхпроводящих катушек (с L, = 30 и 58,5 Гн соответственно), подключенных к коммерчески доступному элементу Пельтье.С кубом ≈1 см ³ медь в качестве тепловой нагрузки при температуре T _b и массивное медное основание, действующее как тепловой резервуар, удерживаемое при T _r = 295 K (≈22 ° C) , тем самым мы реализуем полностью пассивный колебательный тепловой контур, который должен показывать прогнозируемые колебания температуры (см. Материалы и методы). На рис. 4A мы представляем результаты этих измерений в соответствии с экспериментальной схемой, показанной на рис. 1B и проанализированной на рис.3А. Первоначально нагретая до 377 K (≈104 ° C), T _b упала для L = 58,5 H на ≈1,7 K ниже базовой температуры T _r , подтверждая, что тепло отводится от охлаждающего устройства. медный куб в термальный резервуар, как только T _b упадет ниже 295 K около t ₀ ≈ 410 с. Используя известные значения k , R и α элемента Пельтье, которые мы получили ранее с помощью процедуры, описанной ниже, мы смоделировали эти экспериментальные данные T _b ( t ) с учетом паразитное сопротивление R _s последовательно из-за длинных электрических линий к сверхпроводящим катушкам (вставка на рис.4А), согласно соответствующему аналогу уравнения. 2 (см. Уравнение S5 в разделе S3). Данные лучше всего воспроизводятся при R _s = 21 и 43 миллиом для L = 30,0 и 58,5 H соответственно (сплошные линии на рис. 4A), что очень хорошо согласуется с нашими прямыми измерениями для полного удельного сопротивления выводы и соединения, R _s ≈ 20 и 45 миллиом (см. Материалы и методы).

На рис. 5 мы также изобразили различные доли скорости потока энергии в этом эксперименте, как мы изобразили их на рис.2Б. Соответствующие данные были получены из измеренной разности температур Δ T = T _b ( t ) — T _r , электрического тока I и известных параметров элемента Пельтье. За исключением сравнительно небольшого члена электромагнитной мощности (LII.) И паразитного джоулева нагрева вдоль R _s , весь соответствующий обмен энергией происходит непосредственно между элементом Пельтье, тепловой нагрузкой и термостатом с термоэлектрическими вкладами. α T _b I и α T _r I , доминируя над другими членами, фигурирующими в уравнениях.1Б и 1С.

Рис. 5 Различные доли скорости потока энергии в колеблющемся тепловом контуре для эксперимента с L, = 58,5 H, показанного на рис. 4A.

Римские цифры (i) и (ii) относятся к определению, приведенному в тексте и в подписи к рис. 2B. Последующие стадии (iii) и (iv) не видны в этих данных из-за все еще довольно низкого значения Z _T = 0,432 (см. Также рис. 3A). Термоэлектрические вклады α T _b I и α T _r I (правые шкалы) доминируют над всеми другими членами в уравнениях.1Б и 1С (левая шкала).

Чтобы иметь возможность количественно проанализировать нашу модель и точно определить параметры элемента Пельтье, мы ранее провели серию дополнительных экспериментов с использованием активного гиратора, заменяющего реальный индуктор ( 27 ), который позволяет моделировать почти произвольных значений L с пренебрежимо малым эффективным внутренним сопротивлением, R _s ≈ 0. Хотя тепловое соединение больше не может рассматриваться как строго работающее «без внешнего вмешательства», чистая внешняя работа не выполняется на система.На рис. 4B мы представляем результаты серии соответствующих измерений для четырех различных значений номинальной индуктивности L гиратора ( L = 33,2, 53,6, 90,9 и 150 Гн) с Тл _b , достигающий температуры ≈2,7 K ниже T _r для L = 90,9 H. На том же рисунке мы также показываем результаты глобального подбора к измеренным T _b ( t ) и I (t) согласно соотношениям, приведенным в этой работе, только с четырьмя свободными параметрами: C , R , k и Z _T .Мы получаем отличное согласие для эффективных значений Z _T = 0,432, C = 4,96 Дж / К (это значение включает вклад теплоемкости элемента Пельтье), R = 0,22 Ом и k = 0,0318 Вт / К, в результате чего коэффициент Зеебека α = ZTkR / Tr = 3,21 × 10 ⁻³ В / К. Используемые значения L, = 33,2 и 90,9 Гн очень близки к результирующему L * = 34,3 Гн и оптимальной индуктивности L _opt = 94.4 H соответственно (см. Раздел S1).

Связь со вторым началом термодинамики

Тот факт, что тепло временно перетекает от холода к горячему в процессах, описанных выше, неизбежно требует дальнейшего обсуждения с учетом второго закона термодинамики. Доказательство того, что эти процессы не нарушают этот фундаментальный закон, на удивление просто. Общая скорость производства энтропии равна S.tot = S.b + S.r = Q.b / Tb + Q.r / Tr. Пустой индуктор с током, который можно разместить вдали от элемента Пельтье, чтобы предотвратить любой обмен тепла, вообще не вносит вклад в баланс энтропии, и связанный с ним магнитный вклад в энтропию также исчезает, поскольку соответствующая свободная энергия Гибба не зависят от температуры.В то время как условия в уравнениях. 1B и 1C, относящиеся к элементу Пельтье, компенсируются, соответствующие вклады внутреннего удельного сопротивления составляют 12RI2 (1 / Tb + 1 / Tr)> 0, вклады за счет теплопроводности — k ( T _b — T _r ) / T _b + k ( T _b — T _r ) / T _r ≥ 0, и у нас S.tot> 0 . Температуры T _b ( t ) и T _r ( t ) встречно колеблются во втором сценарии (рис.1D и 3B) и постоянно совпадают около T¯, что, по-видимому, противоречит ожиданиям, что общая энтропия двух тел с T _b = T _r должна быть больше, чем с T _b ≠ T _r . Поскольку T _av не является постоянным, но самым низким для Tb≈Tr S _до ( t ) является монотонно возрастающей функцией времени t (вставка из Инжир.3Б). Для t → ∞ и в пределе Δ0 << T¯ это составляет ΔStot / 2C≈ (Δ0 / 2T¯) 2, то же значение, которое мы имели бы в соответствующем эксперименте без схемы Пельтье- LCR . .

Хотя никакое внешнее вмешательство не вызывает инверсию температурных градиентов и заставляет тепло течь от холодного к горячему, индуктор, как неотъемлемая часть теплового соединения, постоянно меняет свое состояние из-за колебательного электрического тока. Следовательно, описанные процессы также полностью соответствуют исходному постулату второго закона термодинамики Клаузиуса, утверждающему, что поток тепла от холода к горячему должен быть связан с «каким-то другим, связанным с этим изменением, происходящим в то же время. ”( 16 ).

Наконец, мы можем проанализировать рассматриваемый тепловой осциллятор с точки зрения термодинамической эффективности тепловых машин. Если принять идеальный КПД Карно ( 15 ) для ступени (i) в конфигурации на рис. 1B, где схема действует как термоэлектрический генератор, максимальное количество работы d Вт ≤ C d T _b (1 — T _r / T _b ) можно извлечь из теплоемкости C путем последовательного удаления бесконечно малых количеств тепла C d T _b при охлаждение на d T _b , суммируя до W ≤ C (Δ ₀ — T _r ln [ T _b (0) / T _r ]) для всего диапазона температур от T _b (0) = T _r + Δ ₀ до T _r .Путем полного повторного использования этого объема работы на этапе (ii), где тепловая нагрузка снижается с T _b = T _r далее вниз с соответствующим двигателем Карно, действующим в качестве охладителя, мы достигаем минимально возможного температура T _{b, min} , которая может быть достигнута таким образом, которая задается неявным уравнением Trln (Tb (0) Tb, min) = Tb (0) −Tb, min (5) (см. раздел S1) . Этот результат совпадает с формулой. 4 в пределах Z _T → ∞ и Δ ₀ << T _r , где T _r — T _{b, min} → Δ ₀ .Он не зависит от каких-либо допущений модели и поэтому представляет собой конечный предел для максимально возможного охлаждающего эффекта во время любого цикла тепловых колебаний без внешней работы, выполняемой в системе. Однако это термодинамическое ограничение не имеет решающего значения ни для описанных здесь экспериментов, ни для практических приложений, использующих настоящую технологию, поскольку значения Z _T все еще имеют порядок единицы ( 26 ). В диапазоне температур, используемом для настоящих экспериментов, например, самая низкая достижимая температура, разрешенная термодинамикой, может быть всего лишь T _{b, min} ≈ 226 K (≈ -47 ° C).

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Для всех экспериментов мы использовали коммерческий элемент Пельтье (модуль TB-7-1.4-2.5, Kryotherm Inc.). Разница температур между тепловой нагрузкой (медный куб размером ≈ 10 мм × 10 мм × 10 мм с массой м ≈ 9 г) и термостатом (блок из 3,65 кг меди) измерялась медным -постоянная дифференциальная термопара, термически подключенная к эксперименту серебряной краской. Соответствующее напряжение было измерено с помощью мультиметра Keysight (модель 34465A) и преобразовано в разность температур в соответствии со стандартной таблицей преобразования типа T.

Сверхпроводящие катушки, использованные в эксперименте, были частью двух экспериментальных платформ системы измерения физических свойств (PPMS) (Quantum Design Inc.) и были погружены в жидкий гелий при Тл = 4,2 К. Удельное сопротивление R _с Электрические линии и соединения с этими катушками были измерены миллиомметром PeakTech 2705 с точностью ± 2 миллиом. Для одной сверхпроводящей катушки с индуктивностью L = 30 Гн мы измерили R _с = 20 миллиом, а для двух последовательно соединенных катушек общее количество L = 58.5 H, мы получили R _s = 45 миллиом. Индуктивности были определены с точностью ≈2% путем измерения постоянной времени затухающего тока в замкнутом контуре с помощью известного резистора 20 Ом. В этот анализ были включены удельные сопротивления R _hs ≈ 35 Ом тепловых выключателей («постоянных выключателей»), параллельных сверхпроводящим катушкам. Однако для работы в эксперименте с тепловым осциллятором их присутствие количественно незначительно.

Гиратор построен по схеме, описанной в ( 27 ). Значения для L можно отрегулировать путем соответствующего выбора резистора в цепи гиратора, и они были перепроверены путем измерения постоянных времени соответствующей испытательной схемы LR . Ток I определялся путем контроля напряжения на внутреннем шунтирующем резисторе внутри гиратора. Все эксперименты проводились на открытом воздухе без какой-либо тепловой защиты.В глобальном соответствии со всеми доступными данными T _b ( t ) и I ( t ) для уравнения. 2, мы получили отличное согласие для C = 4,96 (1) Дж / К (это значение включает вклад теплоемкости элемента Пельтье), R = 0,220 (1) Ом и эффективных значений для k = 0,0318 (1) W / K и Z _T = 0,432 (1), в результате получаем L * = 34,3 H и L _opt = 94.4 H. Мы независимо подтвердили соотношение подобранных значений C и k , τ = C / k ≈ 156,1 (1) с, в прямом измерении путем мониторинга спада температуры меди. куб без подключенного индуктора и разомкнутой цепи Пельтье, с τ ≈ 162 с. Эффективное значение Z _T = 0,432, полученное в результате процедуры глобального подбора, следует интерпретировать как константу Z _T = α ² T _r / kR , где k и R в уравнении.1 может включать внешние вклады из-за паразитного переноса тепла и внутреннего сопротивления проводки. Таким образом, истинное внутреннее значение элемента Пельтье Z _T может быть несколько больше, и мы оценили его как Z _T ≈ 0,5 при комнатной температуре. Установленное значение R = 0,22 Ом цепи, включая внутреннюю проводку, также совместимо с характеристиками сопротивления элемента Пельтье ( R = 0.18 Ом ± 10%), который представляет собой основной источник удельного электрического сопротивления. Фотографии экспериментальных установок представлены в разделе S5.

Благодарности: Мы благодарим A. Vollhardt, D. Florin и D. Wolf за их техническую поддержку. Финансирование: Авторы выражают признательность UZH за финансовую поддержку и Schweizerische Nationalfonds zur Förderung der Wissenschaftlichen Forschung (грант № 20-131899). Вклад авторов: O.B. представил концепцию использования элемента Пельтье в сочетании с индуктором для тепловых экспериментов.X.Z. модифицировал и охарактеризовал установку для использования со сверхпроводящими катушками. В ВИДЕ. написал рукопись и выполнил все измерения и полный анализ схемы в отношении ее использования в качестве пассивного теплового генератора и ее соответствия термодинамике. Конкурирующие интересы: Авторы заявляют, что у них нет конкурирующих интересов. Доступность данных и материалов: Все данные, необходимые для оценки выводов в статье, представлены в документе и / или дополнительных материалах.Дополнительные данные, относящиеся к этой статье, могут быть запрошены у авторов.

Изменение температуры в тканях с крупными кровеносными сосудами при фототермическом нагревании

DOI: 10.1016 / j.jtherbio.2014.02.010. Epub 2014 15 февраля.

Принадлежности Расширять

Принадлежности

• ¹ Лаборатория теплопередачи и теплоэнергии, Департамент машиностроения, ИИТ Мадрас, Ченнаи, Тамилнаду 600036, Индия.
• ² Кафедра машиностроения, Кейптаунский университет, Рондебош, 7701, Южно-Африканская Республика.
• ³ Лаборатория теплопередачи и теплоэнергии, Отдел машиностроения, ИИТ Мадрас, Ченнаи, Тамилнаду 600036, Индия. Электронный адрес: [email protected].

Элемент в буфере обмена

Ануп Пол и др.J Therm Biol. 2014 апр.

Показать детали Показать варианты

Показать варианты

Формат АннотацияPubMedPMID

DOI: 10.1016 / j.jtherbio.2014.02.010. Epub 2014 15 февраля.

Принадлежности

• ¹ Лаборатория теплопередачи и теплоэнергии, Департамент машиностроения, ИИТ Мадрас, Ченнаи, Тамилнаду 600036, Индия.
• ² Кафедра машиностроения, Кейптаунский университет, Рондебош, 7701, Южно-Африканская Республика.
• ³ Лаборатория теплопередачи и теплоэнергии, Отдел машиностроения, ИИТ Мадрас, Ченнаи, Тамилнаду 600036, Индия. Электронный адрес: [email protected].

Элемент в буфере обмена

Полнотекстовые ссылки Опции CiteDisplay

Показать варианты

Формат АннотацияPubMedPMID

Абстрактный

Во время фототермической терапии с помощью лазера температура нагретой области ткани должна подняться до терапевтического значения (например,g., 43 ° C) для полной абляции клеток-мишеней. Крупные кровеносные сосуды (более 500 микрон в диаметре) на облучаемых тканях или рядом с ними оказывают значительное влияние на переходное распределение температуры в тканях. В этом исследовании влияние охлаждения крупных кровеносных сосудов на распределение температуры в тканях во время лазерного облучения прогнозируется с помощью моделирования на основе конечных элементов. На входе предполагается равномерный поток, и трехмерные сопряженные уравнения теплопередачи в области ткани и области крови одновременно решаются для различных моделей сосудов.Член объемного источника тепла, основанный на законе Бера-Ламберта, вводится в уравнение энергии для учета лазерного нагрева. Схема нагрева считается зависящей от коэффициентов поглощения и рассеяния тканевой среды. Также проводятся эксперименты с имитацией тканей в присутствии и в отсутствие смоделированных кровеносных сосудов для проверки численной модели. Совместная теплопередача между термически значимыми кровеносными сосудами и окружающей их тканью для трех различных тканево-сосудистых сетей анализируется с сохранением постоянного уровня лазерного излучения.Карта температуры поверхности получается для различных моделей сосудов и для обнаженной ткани (без кровеносных сосудов). Видно, что переходное распределение температуры различается в зависимости от природы сосудистой сети, размера кровеносных сосудов, скорости потока, размера лазерного пятна, мощности лазера и скорости перфузии тканевой крови. Моделирование предполагает, что кровоток через крупные кровеносные сосуды вблизи фототермически нагретой ткани может привести к неэффективному нагреву мишени.

Ключевые слова: Уравнение биотеплопередачи; Сопряженная теплопередача; Гипертермия; Фототермическое отопление; Термически значимые кровеносные сосуды.

Copyright © 2014 Elsevier Ltd. Все права защищены.

Похожие статьи

• Прогнозирование влияния скорости кровотока и размера сосудов в сосудистой сети на лечение гипертермии с помощью компьютерного моделирования.

  Хуанг Х.В., Ши ТК, Ляу, Коннектикут. Хуанг Х.В. и др. Биомед Рус Онлайн. 26 марта 2010 г .; 9:18. DOI: 10.1186 / 1475-925Х-9-18. Биомед Рус Онлайн. 2010 г. PMID: 20346157 Бесплатная статья PMC.

• Аналитическое исследование «факторов формы пуассоновской проводимости» для двух термически значимых сосудов в конечной нагретой ткани.

  Шривастава Д., Ремер РБ. Шривастава Д. и др. Phys Med Biol. 2005 7 августа; 50 (15): 3627-41. DOI: 10.1088 / 0031-9155 / 50/15/010. Epub 2005 19 июля.Phys Med Biol. 2005 г. PMID: 16030387

• Подповерхностное тепловое поведение имитаторов тканей, встроенных в крупные кровеносные сосуды, во время плазмонной фототермической терапии.

  Пол А., Нарасимхан А., Дас С.К., Сенгупта С., Прадип Т. Пол А. и др. Int J Hyperthermia. 2016 ноя; 32 (7): 765-77. DOI: 10.1080 / 02656736.2016.1196831. Epub 2016 12 июля. Int J Hyperthermia.2016 г. PMID: 27404093

• Лечение интерстициальной гипертермии противоточной сосудистой ткани: сравнение моделей биогрева Пеннеса, WJ и пористой среды.

  Хассанпур С., Сабунчи А. Hassanpour S, et al. J Therm Biol. 2014 декабрь; 46: 47-55. DOI: 10.1016 / j.jtherbio.2014.10.005. Epub 2014 28 октября. J Therm Biol. 2014 г. PMID: 25455940 Рассмотрение.

• Количественная оценка температуры и реакции на травму в термотерапии и криохирургии.

  Он X, Bischof JC. He X и др. Crit Rev Biomed Eng. 2003; 31 (5-6): 355-422. DOI: 10.1615 / critrevbiomedeng.v31.i56.10. Crit Rev Biomed Eng. 2003 г. PMID: 15139301 Рассмотрение.

Процитировано

3 артикулов

• Измерение термических свойств печени, мозга и поджелудочной железы Ex vivo в зависимости от температуры.

  Мохаммади А., Бьянки Л., Асади С., Саккоманди П. Мохаммади А. и др. Датчики (Базель). 2021 г., 21 июня; 21 (12): 4236. DOI: 10,3390 / s21124236. Датчики (Базель). 2021 г. PMID: 34205567 Бесплатная статья PMC.

• Отчетность о параметрах термографии в биологии: систематический обзор литературы по тепловизионным изображениям.

  Harrap MJM, Hempel de Ibarra N, Whitney HM, Rands SA.Харрап MJM и др. R Soc Open Sci. 2018 5 декабря; 5 (12): 181281. DOI: 10.1098 / RSOS.181281. eCollection 2018 декабрь. R Soc Open Sci. 2018. PMID: 30662737 Бесплатная статья PMC. Рассмотрение.

• Новая селективная фотокоагуляция внутренней сетчатки, опосредованная наночастицами, при заболеваниях внутренней сетчатки.

  Сингх Р., Раджараман С., Баласубраманиан М. Сингх Р. и др. IEEE Trans Nanobioscience.2017 Октябрь; 16 (7): 542-554. DOI: 10.1109 / TNB.2017.2741490. Epub 2017 18 августа. IEEE Trans Nanobioscience. 2017 г. PMID: 28829313 Бесплатная статья PMC.

Типы публикаций

• Поддержка исследований, за пределами США. Правительство

Условия MeSH

• Кровеносные сосуды / физиология
• Кровеносные сосуды / радиационные эффекты *
• Термография / приборы

LinkOut — дополнительные ресурсы

• Полнотекстовые источники

• Другие источники литературы

[Икс]

цитировать

Копировать

Формат: AMA APA ГНД NLM

Рекуперация тепла и тепла | Britannica

Рекуперация тепла и тепла , также называемая рекуперация отходящего тепла , использование тепловой энергии, которая выделяется в некоторых промышленных процессах и которая в противном случае рассеивалась бы в непосредственной окружающей среде, неиспользованная.Учитывая преобладание процессов генерирования тепла в энергетических системах, например, в системах отопления и охлаждения домашних хозяйств и при производстве электроэнергии, рекуперация тепла и тепла имеет широкую область потенциальных применений и может снизить потребление ископаемого топлива. Однако, хотя источники отработанного тепла повсеместны, не все отработанное тепло подходит для рекуперации тепла, а экономические или технические ограничения иногда препятствуют использованию имеющихся технологий рекуперации.

Британника исследует

Список дел Земли

Действия человека вызвали обширный каскад экологических проблем, которые теперь угрожают продолжающейся способности как естественных, так и человеческих систем процветать.Решение критических экологических проблем глобального потепления, нехватки воды, загрязнения и утраты биоразнообразия, возможно, является величайшей задачей 21 века. Мы встанем им навстречу?

Во многих процессах производства тепла и электроэнергии после удовлетворения потребности процесса в тепле любое избыточное или отработанное тепло выделяется в виде выхлопных газов. Поскольку законы термодинамики показывают, что тепло передается от более высоких к более низким температурам, температура отходящего тепла процесса неизбежно ниже, чем температура самого процесса.При определении возможности рекуперации тепла двумя наиболее важными факторами являются температура отходящего тепла и количество произведенного тепла. Плотность теплового потока (скорость теплового потока на площадь поперечного сечения), характер окружающей среды, температура тепла и особенности процесса, такие как скорость охлаждения, которая должна контролироваться в некоторых промышленных такие процессы, как производство стекла, также влияют на пригодность отходящего тепла для рекуперации. Вообще говоря, чем выше температура, тем больше тепла подходит для выработки электроэнергии (в отличие от прямого использования).

Потери тепла в процессе происходят через три основных механизма: электромагнитное излучение; конвекция, которая представляет собой передачу энергии посредством тепловых потоков в жидкостях; и проводимость, то есть прямая передача тепла через вещество. Технологии рекуперации тепла используют один или комбинацию этих механизмов для рекуперации отработанного тепла.

Теплообменники — это широко используемая технология, которая позволяет передавать тепловую энергию между потоками горячей и холодной жидкости, и их можно разделить на три основных типа: рекуператоры, регенераторы и испарительные теплообменники.Рекуператоры работают непрерывно и передают тепло между жидкостями по обе стороны от разделительной стенки. Регенераторы позволяют передавать тепло к и от абсорбирующей среды, такой как теплопроводящие кирпичи. Регенераторы работают периодически и имеют фазу загрузки, во время которой горячая жидкость заряжает устройство, и фазу разгрузки, во время которой тепло передается более холодной жидкости. Испарительные теплообменники часто используются в градирнях электростанций и используют испарение для охлаждения жидкости в том же пространстве, что и хладагент.

Получите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту. Подпишитесь сейчас

Теплообменники широко используются на электростанциях, работающих на ископаемом топливе, на атомных электростанциях, в газовых турбинах и в химической промышленности, а также в системах отопления, кондиционирования и охлаждения. Рекуперированное тепло может использоваться непосредственно для предварительного нагрева сырья, в операциях сушки, для производства пара, а также для нагрева помещений и воды. Производство электроэнергии из отходящего тепла часто более выгодно, чем прямое использование рекуперированного тепла, из-за универсальности и относительно высокой стоимости электроэнергии по сравнению с теплом.Электричество можно использовать как для выработки энергии, так и для обогрева, и его можно транспортировать более эффективно, чем тепло. Хотя высокотемпературные источники отработанного тепла необходимы для выработки электроэнергии на обычных электростанциях, можно производить электричество при более низких температурах с помощью нетрадиционных циклов, таких как органический цикл Ренкина. В этом цикле используется органическая рабочая жидкость с низкой температурой кипения, поэтому испарение происходит при гораздо более низкой температуре. Таким образом, более холодное отработанное тепло по-прежнему может производить пар для привода турбины и выработки электроэнергии.

Другие технологии, относящиеся к рекуперации тепла, включают тепловые насосы и тепловые трубы. Тепловые насосы — это простые термодинамические машины, в которых низкотемпературное тепло от источника передается в более высокотемпературный сток с использованием механической или высокотемпературной тепловой энергии. В промышленности существует несколько применений, в которых желательно перекачивать низкотемпературное отработанное тепло в среду с более высокой температурой.