схема подачи отопления в панельных высотных домах, система в стене, фото и видео примеры
Содержание:
1. Особенности отопительной системы многоквартирных домов
2. Назначение и принцип действия элеваторного узла
3. Конструктивные особенности схемы отопления
4. Разводка трубопровода в многоэтажном доме
5. Типы радиаторов для обогрева многоквартирных домов
Квартира в многоэтажном доме – это городская альтернатива частным домам, и в квартирах проживает очень большое количество людей. Популярность городских квартир не является странной, ведь в них есть все, что требуется человеку для комфортного проживания: отопление, канализация и горячее водоснабжение. И если два последних пункта не нуждаются в особом представлении, то схема отопления многоэтажного дома требует детального рассмотрения. С точки зрения конструктивных особенностей, централизованная система отопления в многоквартирном доме имеет ряд отличий от автономных конструкций, что позволяет ей обеспечить дом тепловой энергией в холодную пору года.
Особенности отопительной системы многоквартирных домов
При оборудовании отопления в многоэтажных домах необходимо в обязательном порядке соблюдать требования, устанавливаемые нормативной документацией, к которой относятся СниП и ГОСТ. В этих документах указано, что отопительная конструкция должна обеспечивать в квартирах постоянную температуру в пределах 20-22 градусов, а влажность должна варьироваться от 30 до 45 процентов.
Несмотря на наличие норм, многие дома, особенно из числа старых, не соответствуют данным показателям. Если это так, то в первую очередь нужно заняться установкой теплоизоляции и поменять отопительные приборы, а уже потом обращаться в теплоснабжающую компанию. Отопление трехэтажного дома, схема которого изображена на фото, можно приводит в качестве примера хорошей отопительной схемы.
Чтобы достичь необходимых параметров, используется сложная конструкция, требующая качественного оборудования.
Как это работает? Вода поступает прямо с ТЭЦ и разогрета до 130-150 градусов. Кроме того, давление увеличено до 6-10 атмосфер, поэтому образование пара невозможно – высокое давление будет прогонять воду по всем этажам дома без потерь. Температура жидкости в обратном трубопроводе в таком случае может достигать 60-70 градусов. Конечно, в разное время года температурный режим может меняться, поскольку он напрямую завязан на температуру окружающей среды.
Назначение и принцип действия элеваторного узла
Выше было сказано, что вода в отопительной системе многоэтажного здания разогревается до 130 градусов. Но такая температура не нужна потребителям, и нагревать батареи до такого значения абсолютно бессмысленно, независимо от этажности: система отопления девятиэтажного дома в данном случае не будет отличаться от любой другой. Объясняется все довольно просто: подача отопления в многоэтажных домах завершается устройством, переходящим в обратный контур, которое называется элеваторным узлом. В чем смысл этого узла, и какие функции на него возложены?
Разогретый до высокой температуры теплоноситель попадает в элеваторный узел, который по принципу своего действия похож на инжектор-дозатор. Именно после этого процесса жидкость осуществляет теплообмен. Выходя через элеваторное сопло, теплоноситель под высоким давлением выходит через обратную магистраль.Кроме того, через этот же канал жидкость поступает на рециркуляцию в отопительную систему. Все эти процессы в совокупности позволяют смешивать теплоноситель, подводя его к оптимальной температуре, которой достаточно для обогрева всех квартир.
Использование элеваторного узла в схеме позволяет обеспечить наиболее качественное отопление в высотных домах, независимо от этажности.Конструктивные особенности схемы отопления
В цепи отопления за элеваторным узлом находятся разные задвижки. Их роль нельзя недооценивать, поскольку они дают возможность регулировать отопление в отдельных подъездах или в целом доме. Чаще всего регулировка задвижек осуществляется вручную сотрудниками теплоснабжающей компании, если возникает такая необходимость.
В современных зданиях нередко используются дополнительные элементы, вроде коллекторов, тепловых счетчиков на батареи и другого оборудования. В последние годы почти каждая система отопления высотных зданий оснащается автоматикой, чтобы минимизировать вмешательство человека в работу конструкции. Все описанные детали позволяют добиться лучшей производительности, повышают КПД и дают возможность более равномерно распределять тепловую энергию по всем квартирам.
Разводка трубопровода в многоэтажном доме
Как правило, в многоэтажных домах используется однотрубная схема разводки с верхним или нижним розливом. Расположение прямой и обратной трубы может варьироваться в зависимости от множества факторов, включая даже регион, где расположено здание. Например, схема отопления в пятиэтажном доме будет конструктивно отличаться от отопления в трехэтажных зданиях.
При проектировании отопительной системы учитываются все эти факторы, и создается наиболее удачная схема, позволяющая довести все параметры до максимума. Проект может предполагать различные варианты розлива теплоносителя: снизу вверх или наоборот. В отдельных домах устанавливаются универсальные стояки, которые обеспечивают поочередность движения теплоносителя.
Типы радиаторов для обогрева многоквартирных домов
В многоэтажных домах нет единого правила, позволяющего использовать конкретный вид радиатора, поэтому выбор особо не ограничивается. Схема отопления многоэтажного дома довольно универсальна и имеет хороший баланс между температурой и давлением.
К основным моделям радиаторов, используемых в квартирах, можно отнести следующие устройства:
- Чугунные батареи. Нередко используются даже в самых современных зданиях. Дешево стоят и очень легко монтируются: как правило, установкой данного типа радиаторов владельцы квартир занимаются самостоятельно.
- Стальные отопители. Этот вариант является логичным продолжением разработок новых отопительных приборов. Будучи более современными, стальные панели отопления демонстрируют хорошие эстетические качества, довольно надежны и практичны. Очень хорошо сочетаются с регулирующими элементами отопительной системы. Специалисты сходятся во мнении, что именно стальные батареи можно назвать оптимальными при использовании в квартирах.
- Алюминиевые и биметаллические батареи. Изделия, изготовленные из алюминия, очень ценятся владельцами частных домов и квартир.
Алюминиевые батареи имеют самые лучшие показатели, если сравнивать с предыдущими вариантами: отличные внешние данные, небольшой вес и компактность отлично сочетаются с высокими эксплуатационными характеристиками. Единственный минус этих устройств, который нередко отпугивает покупателей – высокая стоимость. Тем не менее специалисты не рекомендуют экономить на отоплении и считают, что такое вложение окупится довольно быстро.
Заключение
Правильный выбор батарей для централизованной системы отопления зависит от рабочих показателей, которые присущи теплоносителю в данном районе. Зная скорость остывания теплоносителя и тем его движения, можно рассчитать необходимое количество секций радиатора, его размеры и материал. Не стоит забывать и о том, что при замене отопительных приборов необходимо проследить за соблюдением всех правил, поскольку их нарушение может привести к возникновению дефектов в системе, и тогда отопление в стене панельного дома не будет выполнять свои функции (прочитайте: “Трубы отопления в стене”).
Выполнять ремонтные работы в отопительной системе многоквартирного дома самостоятельно также не рекомендуется, особенно в том случае, если это отопление в стенах панельного дома: практика показывает, что жильцы домов, не имея соответствующих знаний, способны выбросить важный элемент системы, посчитав его ненужным.
Централизованные системы отопления демонстрируют хорошие качества, но их нужно постоянно поддерживать в рабочем состоянии, а для этого нужно следить за многими показателями, включая теплоизоляцию, износ оборудования и регулярной замены отработавших свое элементов.
Виды отопления многоэтажных домов | Квартиры от застройщика, строительство в Брянске
Виды отопления многоэтажных домов
Подавляющее большинство многоэтажных зданий нашей страны подключены к центральным котельным или ТЭЦ, такая система отопления называется централизованной. Существуют и другие виды систем отопления многоквартирных домов, которые могут быть как однотрубными, так и двухтрубными. Ознакомимся с видами систем отопления «многоэтажек», а также с их плюсами и минусами.
Централизованная система отопления
Чтобы отапливать целый жилой район строится ТЭЦ или устраивается одна мощная котельная, т.е. тепло вырабатывается не в отапливаемом здании, а за его пределами. Магистральные трубы доставляют тепло от вырабатываемого источника в тепловые центры, а затем уже в квартиры. Данный тип называется независимым, так как циркуляционные насосы позволяют дополнительно отрегулировать тепло-подачу. Также существует зависимый тип подачи, который производится напрямую с ТЭЦ.
Централизованное отопление можно назвать сложной инженерной системой, занимающей значительную площадь и обеспечивающей теплом одновременно большое количество объектов.
Основные структурные элементы централизованной системы:
-Источники тепло-энергии (ТЭЦ, крупная котельная, теплоэнергоцентраль). В котельной передача тепла производится с помощью воды, а в ТЭЦ воду превращают в пар, который имеет более высокие энерго-показатели. Его направляют в паровые турбины, где происходит выработка электроэнергии. В отработанном виде пар применяется для нагрева той воды, которая поступит в систему отопления многоэтажного здания для обогрева квартир.
-Теплосети – это сложные, разветвленные, протяженные системы трубопроводов, которые предназначены для доставки тепла к объектам. Они могут прокладываться наземным и подземным способом, но обязательно имеют теплоизоляцию. Обычно это две стальные трубы, одна для подачи, другая для отработанного теплоносителя.
-Потребитель тепла – это оборудование для отопления, которое устанавливается в многоквартирном доме.
Плюсы центральной системы отопления:
-Есть возможность использовать недорогие виды топлива.
-Такая система является надежной, так как обеспечивается регулярный контроль специальными службами, которые следят за ее работой и техническим состоянием.
-Применяется экологичное оборудование.
-Система имеет простые эксплуатационные характеристики.
Минусы централизованного отопления:
-Функционирование системы в соответствии со строгим сезонным графиком.
-Отсутствует возможность самостоятельно регулировать температуру приборов отопления.
-Система отопления подвергается частым перепадам давления.
-При транспортировке теплоносителя в многоэтажный дом происходит значительная потеря тепла.
-Немаленькая стоимость оборудования и монтажа.
Автономная система отопления или индивидуальное отопление.
Наряду с центральным в наше время можно встретить автономное отопление многоквартирных зданий, чаще всего это новостройки. Индивидуальное отопление подразумевает расположение котельной в отапливаемом доме, обычно размещается котельная в отдельном помещении, внутри или недалеко от самого здания, так как необходима регулировка температуры теплоносителя в системе отопления.
Индивидуальное отопление подразумевает установку котла в квартире. Монтаж котла, подводку газа и другого вспомогательного оборудования лучше доверить специалистам. Наиболее популярным на сегодняшний день является газовое отопление.
Плюсы газового отопления:
-Возможность оплачивать только то количество тепла, которое было использовано, а это позволяет сэкономить примерно 30%.
-Возможность регулирования температурного режима, не зависимо от отопительного сезона.
-В квартире с установленным газовым отоплением не возникнет проблема с отключением горячей воды летом, как это обычно случается.
Минусы индивидуальной системы отопления:
-Высокая стоимость оборудования.
-Возможны перебои с давлением газа.
-Траты на обслуживание газового котла, ремонт и очистку дымохода.
Крышная котельная.
Крышная котельная является автономным источником отопления, предназначенным для обогрева и горячего водоснабжения зданий. Такое название котельная получила так как располагается на крыше дома. Бывает два вида крышных котельных – стационарные (устанавливаются в момент строительства) и блочно-модульные (транспортируются и устанавливаются уже в собранном виде). Крышные котельные обеспечивают жильцов дома бесперебойным, безопасным и экономичным теплом и горячей водой.
Плюсы крышной котельной:
-Простые эксплуатационные характеристики.
-Низкие теплопотери.
-Нет потребности в дополнительных зданиях, которые обычно возводятся для отопительных целей.
-Полностью автоматизированная система, которая может функционировать круглогодично.
-Крышные котельные являются сравнительно недорогим и эффективным решением, которое позволяет экономить средства, так как отсутствуют затраты на монтажные работы и дополнительных сотрудников.
Минусов у крышной котельной нет, скорее это ограничения, которые указаны в «СНиПах»:
-Существуют ограничения на вес отопительного оборудования.
-Необходимо соблюдать требования газовой безопасности.
-Установка сложных автоматических систем.
-Противопожарный контроль.
Простое введение в науку о тепловой энергии
Криса Вудфорда. Последнее обновление: 24 марта 2022 г.
Коснитесь радиатора, и он станет горячим. Окуните палец в воду из-под крана, и он станет холодным. Это не просто! Но что, если белый медведь, привыкший к арктическим морозам, прикоснется к тем же вещам? И то, и другое может показаться полярному медведю жарким, потому что он живет в гораздо более холодных условиях, чем мы. «Горячий» и «холодный» — это относительные термины, которые мы можем использовать для сравнения того, как вещи себя чувствуют, когда они обладают большей или меньшей энергией определенного вида, который мы называем теплом. Что это такое, откуда оно берется и как оно перемещается по нашему миру? Давайте узнаем больше!
Фото: Вот что я называю жарой! Температуру горячего выхлопа ракеты вы можете увидеть здесь,
во время запуска космического челнока, что-то вроде 3300°C (6000°F). Фото любезно предоставлено НАСА на Викискладе.
Содержание
- Что такое тепло?
- Что происходит, когда что-то совсем не нагревается?
- Какая разница между теплом и температурой?
- Как мы можем измерить температуру?
- Как распространяется тепло?
- Проводка
- Конвекция
- Радиация
- Почему одни вещи нагреваются дольше, чем другие?
- Скрытая теплота
- Узнать больше
Что такое тепло?
Тепло — это сокращенное название «тепловая энергия». Когда что-то горячее, оно имеет много тепловая энергия; когда холодно, меньше. Но даже вещи, которые кажутся холодными (например, белые медведи и айсберги), обладают гораздо большей тепловой энергией, чем вы можете предположить.
Объекты могут накапливать тепло, потому что атомы и молекулы внутри них толкаются и натыкаются друг на друга, как люди в толпе. Эта идея называется
кинетическая теория материи, потому что она описывает тепло как своего рода
кинетическая энергия (энергия, которой обладают вещи, потому что они движутся), хранящаяся в атомах и молекулах, из которых состоят материалы. Он был разработан в 19 веке разными учеными, в том числе австрийским физиком
Людвиг Больцман (1844–1906) и британский физик Джеймс Клерк Максвелл (1831–1879).). Если вам интересно, вот более подробное введение в кинетическую теорию.
Художественное произведение: Более горячие предметы имеют больше тепловой энергии, чем более холодные. Это потому, что атомы или молекулы движутся быстрее в горячих вещах (красный, справа), чем в холодных вещах (синий, слева). Эта идея называется кинетическая теория.
Кинетическая теория помогает нам понять, куда уходит энергия, когда мы что-то нагреваем. Если вы поставите кастрюлю с холодной водой на горячую плиту, вы заставите молекулы воды двигаться быстрее. Чем больше тепла вы подаете, тем быстрее движутся молекулы и тем дальше они удаляются друг от друга. В конце концов, они так сильно натыкаются, что отрываются друг от друга. В этот момент жидкость, которую вы нагревали, превращается в газ: ваша вода превращается в пар и начинает испаряться.
Что происходит, когда что-то совсем не нагревается?
Теперь предположим, что мы попробуем противоположный трюк. Давайте возьмем кувшин с водой и поставим его в холодильник, чтобы охладить. Холодильник работает, систематически удаляя тепловую энергию из продуктов. Поместите воду в холодильник, и он сразу же начнет терять тепловую энергию. Чем больше тепла он теряет, тем больше кинетической энергии теряют его молекулы, тем медленнее они движутся и тем ближе подбираются. Рано или поздно они подходят достаточно близко, чтобы слиться в кристаллы; жидкость превращается в твердое вещество; и вы оказываетесь с кувшином льда!
Но что, если у вас есть супер-потрясающий холодильник, который постоянно охлаждает воду, и она становится все холоднее… и холоднее… и холоднее. Домашняя морозильная камера, если она у вас есть, может понизить температуру где-то между -10°C и -20°C (от 14°F до -4°F). Но что, если продолжать охлаждать ниже этого значения, забирая еще больше тепловой энергии? В конце концов вы достигнете температуры, при которой молекулы воды почти полностью перестанут двигаться, потому что у них совсем не останется кинетической энергии. По причинам, которые мы не будем здесь обсуждать, эта волшебная температура составляет −273,15.
° С (-4590,67 ° F), и мы называем его абсолютным нулем.
Фото: Лед может показаться холодным, но он намного горячее абсолютного нуля. Фотография Эриха Регера предоставлена Службой охраны рыбных ресурсов и дикой природы США.
Теоретически абсолютный ноль — это самая низкая температура, которую когда-либо можно достичь. На практике настолько охладить что-либо практически невозможно — ученые очень старались, но так и не достигли такой низкой температуры. Удивительные вещи случаются, когда вы приближаетесь к абсолютному нулю. Некоторые материалы, например, могут потерять практически все свое сопротивление и стать удивительными проводниками электричества, называемыми сверхпроводниками. Есть отличный веб-сайт PBS, на котором можно узнать гораздо больше об абсолютном нуле и о замечательных вещах, которые там происходят.
В чем разница между теплом и температурой?
Теперь, когда вы знаете об абсолютном нуле, легко понять, почему что-то вроде айсберга (который может иметь холодную температуру около 3-4°C или около 40°F) является относительно горячим. По сравнению с абсолютным нулем все в нашем повседневном мире горячо, потому что его молекулы движутся и обладают хоть какой-то тепловой энергией. Все вокруг нас также имеет гораздо более высокую температуру, чем абсолютный ноль.
Вы видите, что существует тесная связь между количеством тепловой энергии чего-либо и его температурой. Значит, тепловая энергия и температура — это одно и то же? Нет! Давайте разберемся:
- Тепло — это энергия, хранящаяся внутри чего-либо.
- Температура — это показатель того, насколько горячим или холодным является что-либо.
Температура объекта не говорит нам, сколько у него тепловой энергии. Легко понять, почему нет, если подумать об айсберге и кубике льда. Оба имеют более или менее одинаковую температуру, но поскольку айсберг имеет гораздо большую массу, чем кубик льда, он содержит на миллиарды больше молекул и гораздо больше тепловой энергии. Айсберг может содержать даже больше тепловой энергии, чем чашка кофе или раскаленный докрасна железный стержень. Это потому, что он больше и содержит гораздо больше молекул, каждая из которых имеет некоторую тепловую энергию. Кофе и железный батончик более горячие (имеют более высокую температуру), но айсберг держит больше тепла, потому что он больше.
Работа: Айсберг намного холоднее чашки кофе, но он содержит больше тепловой энергии, потому что он намного больше.
Как мы можем измерить температуру?
Термометр измеряет, насколько что-то горячо, а не количество тепловой энергии, которое оно содержит. Два объекта с одинаковой температурой одинаково горячие, но один из них может содержать гораздо больше тепловой энергии, чем другой. Мы можем сравнивать температуры разных вещей, используя две распространенные (и довольно произвольные) шкалы, называемые Цельсия (или по Цельсию) и Фаренгейта, названные в честь шведского астронома Андерса Цельсия (1701–1744) и немецкого физика Даниэля Фаренгейта (1686–1736).
Существует также научная температурная шкала Кельвина (или абсолютная шкала), названная в честь британского физика Уильяма Томпсона (впоследствии лорда Кельвина, 1824–1907). Логически, шкала Кельвина имеет гораздо больше смысла для ученых, потому что она идет вверх от абсолютного нуля (который также известен как 0K, без символа степени между нулем и K). В физике вы встретите множество значений температуры Кельвина, но вы не найдете синоптиков, сообщающих вам температуру таким образом. Для справки, достаточно жаркий день (20–30°C) наступает примерно при 29°С.0–300K: вы просто добавляете 273 к значению по Цельсию, чтобы преобразовать его в кельвины.
Как распространяется тепло?
Одна вещь, которую вы, вероятно, заметили в отношении тепла, заключается в том, что оно обычно не остается там, где вы его поместили. Горячее становится холоднее, холодное — горячее, и — по прошествии достаточного времени — большинство вещей в конечном итоге такая же температура. Почему?
Есть основной закон физики, называемый вторым законом термодинамики, и он гласит:
по сути, чашки кофе всегда остывают, а мороженое всегда
таять: тепло течет от горячих предметов к холодным, а не наоборот
наоборот. Вы никогда не увидите, чтобы кофе кипел сам по себе или мороженое.
становится холоднее в солнечные дни! Второй закон термодинамики
также несет ответственность за болезненные счета за топливо, которые падают через ваши
почтовый ящик несколько раз в год. Короче говоря: чем горячее вы делаете свой
дома и чем холоднее на улице, тем больше тепла вы собираетесь
терять. Чтобы уменьшить эту проблему, вам нужно понять три
различные пути распространения тепла: теплопроводность,
конвекция и излучение. Иногда вы увидите, что они упоминаются
как три вида теплопередачи.
Теплопроводность
Теплопроводность — это то, как тепло течет между двумя твердыми телами, находящимися на разных
температуры и соприкосновения друг с другом (или между двумя частями
один и тот же твердый объект, если они находятся при разных температурах). Прогулка по
каменный пол в твоих босых ногах и кажется холодным, потому что течет тепло
быстро из вашего тела в пол по проводимости. Размешайте
кастрюлю супа с металлической ложкой, и вам скоро придется найти
деревянную: тепло быстро распространяется по ложке
проводимость из горячего супа в пальцы.
Анимация: Когда вы держите железный прут в огне, тепло распространяется по металлу за счет проводимость (красная стрелка). Почему? Атомы на горячем конце движутся быстрее, поскольку поглощают тепло огня. Они постепенно передают свою энергию дальше по планке, в конечном итоге прогревая все это дело.
Конвекция
Конвекция — это основной способ передачи тепла через жидкости и газы. Ставим кастрюлю с холодной, жидкой
суп на плите и включите огонь. Суп на дне
сковорода, ближайшая к огню, быстро прогревается и становится менее плотной
(светлее), чем холодный суп выше. Более теплый суп поднимается вверх и
более холодный суп сверху падает, чтобы занять его место. Очень скоро
у вас есть циркуляция тепла, проходящего через кастрюлю, что-то вроде
невидимый тепловой конвейер, с подогревом, подъемом супа и охлаждением,
падающий суп. Постепенно вся сковорода нагревается. Конвекция тоже есть
один из способов, которым наши дома нагреваются, когда мы включаем отопление. Воздуха
прогревается над обогревателями и поднимается в воздух, выталкивая холодный воздух
вниз с потолка. Вскоре происходит циркуляция
который постепенно прогревает всю комнату.
Анимация: Как конвекция накачивает тепло в кастрюлю. Схема нагревания, подъема супа (красные стрелки) и опускания, охлаждения супа (синие стрелки) работает как конвейер, который переносит тепло от плиты в суп (оранжевые стрелки).
Излучение
Изображение: Инфракрасные тепловые изображения (иногда называемые термографами или термограммами) показывают, что все объекты выделяют некоторую тепловую энергию путем излучения. На этих двух фотографиях вы можете увидеть ракету на стартовой площадке, сфотографированную обычной камерой (вверху) и инфракрасной тепловизионной камерой (внизу). Самые холодные части — фиолетовые, синие и черные; самые горячие области – красные, желтые и белые. Фото Р. Хёрта, НАСА/Лаборатория реактивного движения-Калифорнийский технологический институт, предоставлено НАСА.
Излучение — это третий основной путь распространения тепла. Теплопроводность переносит тепло через твердые вещества; конвекция переносит тепло через жидкости и газы; но излучение может переносить тепло через пустое пространство — даже через вакуум. Мы знаем это просто потому, что мы живы: почти все, что мы делаем, на Земле питается от солнечной радиации, направленной на нашу планету из Солнце сквозь воющую пустую тьму космоса. Но есть много теплового излучения на Земле тоже. Сядьте возле потрескивающего костра и вы почувствуете, как жар исходит наружу и обжигает ваши щеки. Вы не соприкасаетесь с огнём, так что тепло к вам не идёт за счет теплопроводности, а если вы на улице, конвекции, вероятно, нет. нести многое к вам либо. Вместо этого все тепло, которое вы чувствуете распространяется излучением — по прямой, со скоростью свет, переносимый типом электромагнетизма, называемым инфракрасная радиация.
Почему некоторые вещи нагреваются дольше, чем другие?
Различные материалы могут накапливать больше или меньше тепла в зависимости от их внутренней атомной или молекулярной структуры. Вода, например, может хранить огромное количество тепла — это одна из причин, по которой мы используем ее в системах центрального отопления, — хотя для ее нагрева также требуется относительно много времени. Металлы очень хорошо пропускают тепло и быстро нагреваются, но плохо сохраняют тепло. Говорят, что вещества, которые хорошо сохраняют тепло (например, вода), обладают высокой удельной теплоемкостью.
Идея удельной теплоемкости помогает нам по-другому понять разницу между теплом и температурой. Предположим, вы ставите пустую медную кастрюлю на горячую плиту определенной температуры. Медь очень хорошо проводит тепло и имеет относительно низкую удельную теплоемкость, поэтому она очень быстро нагревается и остывает (поэтому кастрюли, как правило, имеют медное дно). Но если вы наполните ту же кастрюлю водой, она нагреется до той же температуры гораздо дольше. Почему? Потому что вам нужно поставить гораздо больше тепловой энергии, чтобы поднять температуру воды на ту же величину. Удельная теплоемкость воды примерно в 11 раз выше, чем у меди, поэтому при одинаковой массе воды и меди требуется в 11 раз больше энергии, чтобы поднять температуру воды на то же число градусов.
Таблица: Бытовые материалы имеют очень разную удельную теплоемкость. Металлы (синего цвета) имеют низкую удельную теплоемкость: они хорошо проводят тепло и плохо его сохраняют, поэтому на ощупь они холодные. Керамические/минеральные материалы (оранжевые) имеют более высокую удельную теплоемкость: они не проводят тепло так хорошо, как металлы, лучше его сохраняют и при прикосновении к ним ощущаются немного теплее. Органические изоляционные материалы (зеленые), такие как дерево и кожа, очень плохо проводят тепло и хорошо его сохраняют, поэтому на ощупь они теплые. Обладая очень высокой удельной теплоемкостью, вода (желтая) находится в своем собственном классе.
Удельная теплоемкость может помочь вам понять, что происходит, когда вы отапливаете свой дом разными способами в зимнее время. Воздух нагревается относительно быстро по двум причинам: во-первых, потому что удельная теплоемкость воздуха составляет около четверти удельной теплоемкости воды; во-вторых, поскольку воздух представляет собой газ, он имеет относительно небольшую массу. Если в вашей комнате холодно и вы включаете вентилятор (конвекционный) обогреватель, вы обнаружите, что все нагревается очень быстро. Это потому, что вы, по сути, просто нагреваете воздух. Выключите тепловентилятор, и комната тоже довольно быстро остынет, потому что воздух сам по себе не имеет большой способности сохранять тепло.
Фото: Деревянная ложка на ощупь намного теплее металлической, хотя оба имеют одинаковую температуру. Металлическая ложка легче отводит тепло от вашей руки, и именно это заставляет чувствовать себя холоднее.
Так как же сделать комнату действительно теплой? Не забывайте, что в нем не только воздух, который нужно нагреть, но и добротная мебель, ковры, шторы и многое другое. Нагрев этих вещей занимает гораздо больше времени, потому что они твердые и гораздо более массивные, чем воздух. Чем больше у вас в комнате холодных и твердых предметов, тем больше тепловой энергии вы должны выделить, чтобы нагреть их все до определенной температуры. Вам нужно будет нагреть их, используя проводимость и излучение, а также конвекцию, а это требует времени. Но поскольку твердые предметы хорошо сохраняют тепло, им также требуется время, чтобы остыть. Таким образом, если у вас есть достойная изоляция, чтобы остановить утечку тепла от стен, окон и т. Д., Как только ваша комната достигнет определенной температуры, она должна оставаться теплой в течение некоторого времени без необходимости дополнительного нагрева.
Скрытая теплота
Всегда ли больше тепла делает более высокую температуру? Судя по тому, что мы сказали до сих пор, вы можете быть прощены за то, что думаете, что придать чему-то больше тепла всегда вызывает повышение температуры. Обычно это так, но не всегда.
Предположим, у вас есть кусок льда, плавающий в кастрюле с водой, и вы ставите его на горячую плиту. Если вы наклеите
термометр в смеси ледяной воды, вы обнаружите, что она составляет около 0°C (32°F) —
нормальная температура замерзания воды. Но если вы продолжите нагревать, вы найдете температуру
остается прежним, пока почти весь лед не растает, даже если вы поставляете больше
все время греть. Как будто смесь льда и воды принимает тепло
вы даете его и прячете его где-то. Как ни странно, именно это и происходит!
Художественное произведение: Обычно предметы нагреваются (температура повышается), когда вы выделяете больше тепловой энергии. Этого не происходит в момент, когда что-то плавится (переходит из твердого состояния в жидкое) и испаряется (превращается в жидкое). из жидкости в газ). Вместо этого энергия, которую вы поставляете, используется для изменения состояния материи. Энергия никуда не исчезает: она хранится в виде скрытого тепла.
Когда вещество переходит из твердого состояния в жидкое или из жидкого в газообразное, для изменения его состояния требуется энергия. Например, чтобы превратить твердый лед в жидкую воду, вам нужно толкнуть молекулы воды.
внутри еще дальше друг от друга и разбить каркас (или кристаллическую структуру), который держит
их вместе. Таким образом, пока лед тает (другими словами, во время изменения состояния из твердой воды в жидкий лед), вся подводимая вами тепловая энергия используется для разделения молекул, и ничего не остается. для повышения температуры.
Теплота, необходимая для превращения твердого тела в жидкость, называется скрытая теплота плавления. Скрытый означает скрытый и «латентный». теплота плавления» относится к скрытому теплу, участвующему в изменении состояния вещества. из твердого состояния в жидкое или наоборот. Точно так же вам нужно подавать тепло, чтобы изменить жидкости в газ, и это называется скрытой теплотой парообразования.
Скрытая теплота — это вид энергии, и, хотя она может показаться «скрытой», она не растворяется в воздухе. Когда жидкая вода замерзает и снова превращается в лед, снова выделяется скрытая теплота плавления. Это можно увидеть, если систематически охлаждать воду. Начнем с того, что температура воды регулярно падает по мере того, как вы отбираете тепловую энергию. Но в точке, где жидкая вода превращается в твердый лед, вы обнаружите, что вода замерзает, не становясь холоднее. Это потому, что скрытая теплота плавления теряется из жидкости по мере ее затвердевания, и это не дает температуре так быстро падать.
Принципы нагрева и охлаждения
Изображение
Понимание того, как тепло передается снаружи в ваш дом и из вашего дома в ваше тело, важно для понимания проблемы поддержания прохлады в вашем доме. Понимание процессов, которые помогают охлаждать ваше тело, важно для понимания стратегий охлаждения вашего дома.
Принципы теплопередачи
Изображение
Тепло передается от объектов, таких как вы и ваш дом, посредством трех процессов: проводимости, излучения и конвекции.
Теплопроводность — тепло, проходящее через твердый материал. В жаркие дни тепло передается в ваш дом через крышу, стены и окна. Теплоотражающие крыши, изоляция и энергосберегающие окна помогут уменьшить эту теплопроводность.
Излучение — это тепло, распространяющееся в виде видимого и невидимого света. Солнечный свет является очевидным источником тепла для дома. Кроме того, невидимое инфракрасное излучение с низкой длиной волны может переносить тепло непосредственно от теплых объектов к более холодным объектам. Благодаря инфракрасному излучению вы можете почувствовать тепло горячей конфорки на плите даже с другого конца комнаты. Старые окна позволяют инфракрасному излучению, исходящему от теплых предметов снаружи, проникать в ваш дом; оттенки могут помочь блокировать это излучение. Новые окна имеют низкоэмиссионное покрытие, блокирующее инфракрасное излучение. Инфракрасное излучение также переносит тепло ваших стен и потолка прямо к вашему телу.
Конвекция — еще один способ передать тепло от стен и потолка к вам. Горячий воздух естественным образом поднимается вверх, отводя тепло от стен и заставляя его циркулировать по всему дому. Когда горячий воздух проходит мимо вашей кожи (и вы его вдыхаете), он согревает вас.
Охлаждение тела
Ваше тело может охлаждаться посредством трех процессов: конвекции, излучения и потоотделения. Вентиляция усиливает все эти процессы. Вы также можете охлаждать свое тело с помощью теплопроводности — например, некоторые автокресла теперь оснащены охлаждающими элементами — но это обычно нецелесообразно для использования в вашем доме.