Ведение
В настоящее время в энергетике используется два подхода для восполнении возрастающей потребляемой мощности промышленности: интенсивный экстенсивный.
Экстенсивный путь сводится к более энергоэффективному использованию существующих энергетических мощностей (уменьшение затрат на единицу энергии). В конце прошедшего 20 столетия в Соединенных Штатов было принято решение про то, что собственно энергосбережение энергетическими компаниями достигнутое у покупателей, выдает энергетическим фирмами 30% средств, которые получены покупателем, вследствие экономии энергии.
При этом данные средств зачисляются в счет выгоды энергетической фирмы. Ранее было решено, ограничивающее прибыль энергетических фирм, получаемую от поставки энергии сверх намерия. Обозначенных 2 фактора в совокупности, также то, что вложения в мероприятия по экономии у покупателей для энергетической в 3 раза наиболее прибыльно нежели строительство новейших мощностей, привели фирмы к тому, собственно энерго фирмы стали вкладывать средства в события по сбережению энергии у покупателей. Впервые эту идеологию Пассивный дом (Passivehouse в англ.) предложил Доктор Вольфганг Файст
Цель работы: Разработка системы отопления помещения с применением инфракрасных обогревателей в энергосберегающем доме.
Поставленные задачи для решения цели:
- Изучить возможности энергоэфективного дома
- Использование инфракрасных обогревателей в энергоэфективном доме.
Глава 1. Что такое Пассивный дом?
Пассивный дом (passivehause англ.) — данный строительный стандарт, который считается энергоэффективным, создает удобное проживание, одновременно считается экономичным и оказывает минимальное негативное влияние на находящуюся вокруг среду. В настоящее время в России система строительства вызывает подозрение, в то время в Европе, Скандинавии и Канаде ведется разработка новых стандартов проектирования и строительства энергосберегающих, одновременно теплых и уютных домов.
Основные положения концепции Пассивного дома:
- идеальная теплоизоляция
- конструирование без мостиков холода
- воздухонепроницаемость
- вентиляция с рекуперацией тепла
- теплые окна и наружные двери
- эффективная бытовая техника и оборудование
- использование возобновляемых источников
Принцип работы системы рекуперации тепла в «Пассивном доме» — это автоматизированная система контролируемой вентиляции, при которой удаляемый из дома теплый воздух проходя через теплообменник, отдает свое тепло вводимому в дом холодному наружному воздуху. В результате рекуперации не тратиться тепло на подогрев свежего уличного воздуха, а его количество нормируется. Применение рекуперации приводит к очень ощутимой экономии тепла в дома.
Глава 2. Возможности реализации концепции
Пассивный дом
1. Использование энергии Солнца
2. Инфракрасная система отопления потолка
3. Термоизоляция. Применяется большее количество теплоизоляционного материала для существенного сокращения потерь тепла через стены, крышу, перекрытия и фундамент. Особое внимание уделяется уничтожению «мостов холода».
4. Энергоэффективные окна: использование окон с исключительно высокими показателями теплоизоляции (не более 0.7 — 0.85 Вт/(м *К) для окна, в том числе и рамы)
5. Герметичность: Герметичность сокращает количество тепла (холода — летом), которое может просочиться сквозь конструкцию, тем самым повышая эффективность механической вентиляционной системе.
Нужна помощь в написании отчета?
Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Наша система гарантирует сдачу работы к сроку без плагиата. Поможем с характеристой и презентацией. Правки внесем бесплатно.
6. Вентиляция: Непременным атрибутом пассивного дома является контролируемый воздухообмен, обеспечиваемый приточно-вытяжными устройствами с рекуператорами.
7. Обогрев помещений: Благодаря высокой аккумуляционной способности и низкому энергопотреблению Пассивного дома выбор типа источника энергии играет незначительную роль, нежели в традиционном здании
8. Освещение и электрооборудование: Для снижения общего энергопотребления здания применяются экономичное освещение и высокоэффективные электроприборы.
Глава 3. Инфракрасный подогрев
Инфракрасный подогрев дает ощущение тепла и удобства тем же приемом, скажем Солнце. Термо лучи нагревают вещи в комнате, а те к тому же отдают вторичное тепло в находящую вокруг среду. Инфракрасные обогреватели по типу излучения идентичны c солнечными лучами. Исключительно при их работе случается излучение инфракрасного диапазона, и всецело отсутствуют ультрафиолетовое излучение. Проходя через воздух, нагрев которого доводится лишь в некоторой степени (от поверхности устройства), тепловая энергия передается вещам, на которые ориентирован обогреватель. Ступень нагрева какой-нибудь плоскости находится в зависимости от угла падения тепловых лучей, от формы, материала и расцветки плоскости.
Инфракрасный подогрев — это единый метод дозволяющий обеспечить районное отопление здания. При всем при этом случается существенная экономия электричества, сравнивая с централизованным отоплением. Районное отопление разрешает зонально отапливать отдельные площади, в помещении доставляя тепло исключительно туда, где пребывает объект подогрева. В это же время остальное место не обогревается чем и достигается экономия. При этом приеме подогрева тепло от инфракрасного нагревателя, распространяется сходственно лучу света прожектора. Инфракрасные обогреватели — отопительные приборы, которые воплотят в жизнь косвенный подогрев здания при помощи теплового ИК-излучения. Особенно отлично это ощущается когда человек входит в данную зону локального отопления с наружной стороны. Создаётся чувство прохода через тепловой барьер. В данной зоне люди и животные ощущают себя наиболее удобно, нежели за её пределами. В то же время, находясь в зоне действия инфракрасного излучателя мощность излучения, которого не учтена по тепловой нагрузки, можно получить тепловой удар. Особенно это актуально для человека находящегося на рабочем месте в одной позе большое количество времени.
Вариантов использования инфракрасных обогревателей очень много. Ими можно отапливать: складские и производственные помещения; дома и квартиры; террариумы, теплицы; автотранспортные мастерские, слесарные и т.п.; церкви; стадионы, гимнастические залы и другие, открытые и закрытые спортивные объекты; оптовые склады и магазины; торговые и выставочные павильоны; кинотеатры, театры; крытые либо открытые объекты и площади; перроны, вокзалы, остановки, таможенные терминалы; площадки, пассажи, террасы, зимние сады и т.д.
В данной дипломной работе рассмотрен инфракрасный обогреватель мощностью 0,5 кВт. В настоящее время тема очень актуальна и распространена, так как проста в обслуживании и безопасна.
3.1. Инфракрасное излучение
Свойства
Инфракрасные (ИК) лучи — это электромагнитное излучение, подчиняющееся законам оптики и, следовательно, имеющее ту же природу, что и видимый свет. Они занимают спектральную область между красным видимым светом (длина волны 0,74 мкм) и коротковолновым радиоизлучением (1-2 мм). Инфракрасную область спектра условно разделяют на коротковолновую (от 0,74 до 2,5 мкм), средневолновую (2,5-50 мкм) и длинноволновую (50-2000 мкм).ИК-лучи излучают все нагретые твёрдые и жидкие тела, при этом длина излучаемой волны зависит от температуры тела — чем она выше, тем короче волны, но выше интенсивность излучения.
Оптические свойства веществ (прозрачность, коэффициент отражения, коэффициент преломления) в инфракрасной области спектра, как правило, значительно отличаются от оптических свойств в привычной для нас видимой области. Например, слой воды толщиной в несколько сантиметров непрозрачен для инфракрасного излучения с длиной волны более 1мкм, (в связи с чем вода часто используется как теплозащитный фильтр), а пластинки кремния, непрозрачные в видимой области, прозрачны в инфракрасной. У большинства металлов отражательная способность для инфракрасного излучения значительно больше, чем для видимого света, и возрастает с увеличением длины волны инфракрасного излучения. Например, коэффициент отражения Al , Au, Ag при длине волны около 10мкм достигает 98%. Вот такие материалы, прозрачные для ИК-лучей, или обладающие высокой способностью к их отражению и используются при создании инфракрасных приборов. Первые — в качестве светофильтров (в основном кварц), вторые — в качестве рефлекторов, позволяющих направить ИК-излучение в определенном направлении (в основном, алюминий).
Проходя через земную атмосферу, инфракрасное излучение ослабляется в результате рассеяния и поглощения. Через воздух ИК-лучи проходят почти беспрепятственно. То есть, молекулы азота и кислород сами по себе ИК-излучения не поглощают, а лишь несколько ослабляют его в результате рассеяния. А вот пары воды, углекислый газ, озон и другие примеси, имеющиеся в воздухе, избирательно поглощают инфракрасное излучение: пары воды — почти во всей инфракрасной области спектра, углекислый газ — в средней части инфракрасной области. Наличие в воздухе взвешенных частиц — дыма, пыли, мелких капель воды также приводит к ослаблению инфракрасного излучения в результате рассеяния его на этих частицах.
Исходя из вышесказанного, тепловое излучение от инфракрасного обогревателя (или ИКО) не поглощается воздухом, поэтому вся энергия от прибора почти без потерь достигает обогреваемых поверхностей и людей в зоне его действия. И греет он именно их, а не воздух помещения, как это происходит в конвекторах. То есть, тепло от обогревателя передается в первую очередь твердотельным предметам (пол, стены, мебель и т.п.), а уже от них воздуху. Естественно, что чем ближе к инфракрасному обогревателю, тем плотнее поток тепла и выше температура предметов. Причем выделение тепла от инфракрасного обогревателя происходит только в зоне его прямого действия, т.е. обогрев носит локальный характер.
Глава 4. Расчет теплопотерь
Расчет теплопотерь через стены
Количество стен — 4; материал — кирпич сплошной (коэффициент теплопроводности материала А.=0,67);
Длина а = 16,6 м;
Ширина b = 8,2 м;
Высота h = 2,6 м;
Толщина L = 0,3 м;
Полезная площадь 136,12 м.кв.
Внутренняя температура Твн=18 °С
Температура наружного воздуха Тнар= -20 °Сст= 0,3/0,67 = 0,447 м.кв.С/Вт (сопротивление теплопередаче)т= (38/0,447)*84,28*1,13=8096,05 Вт
Расчет теплопотерь через окна
Количество окон n = 8 шт;
Длина окна а = 2,1 м;
Ширина окна b = 1,4 м ;
Тип — двойное застекленное окно с деревянной рамой;
Сопротивление теплопередаче для двойного застекленного окна:к= 0,37 м.кв С/Вт
Найдем площадь окон :
ок = a*b*n = 2,1 * 1,4 * 8 = 23,52 м.кв. (для 8 окон);
И далее можем рассчитать теплопотери через окна:к= (38/0,37)*23,52*1,13 = 2729,59 Вт
Расчет теплопотерь через двери
В здании иемется 2 входные двери и 1 запасная дверь.
Материал — деревянные плиты;
Количество = 3 шт (2 входные, 1 запасная)
R = L/λ = 0,05/0,15 = 0.33 м.кв /Вт;
Далее найдем площадь входной двери:вх = 3,952 м2;
Далее уже можно рассчитать теплопотери :вх = (38/0,33)*3,952*1,13*2 = 1028,48 Втзап = (38/0,33)*4,34*1,13*1 = 564,72 Вт
Общие теплопотери через двери:
дв = Qвх + Qзап = 1593,2 Вт
Расчет теплопотерь через пол и потолок
Над обогреваемым подвалом Тн = 22° С
Материал — кирпич сплошной (коэффициент теплопроводности материала >1=0,67);
Находим площадь пола:пола = 136,12 м.кв.;
Далее находим сопротивление теплопередаче для кирпича:
л = Lл/λл= 0.001/0,38=0,002 м.кв.С/Вт
Т = Тн-Тв = 4 °С
теплопотери через пол= (4/0,449)* 136,12*1,13 = 1370,3 Вт
Нужна помощь в написании отчета?
Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Наша система гарантирует сдачу работы к сроку без плагиата. Поможем с характеристой и презентацией. Правки внесем бесплатно.
Считаем теплопотери через потолок равными потерям через пол.
Общие потери Q = 2740.6 Вт
Расчет теплопотерь через вентиляцию
Поток теплоты теряемый на нагрев приточного воздуха:
= q х n х р х с х (Тв — Тн)
где q — нормативный воздухообмен на одного человека 50 куб м /час
р — плотность воздуха 1,2 кг/кв м
с — массовая изобарная теплоемкость воздуха = 1000 Дж/кг*°С- количество человек проживающих в домевозд = 50 м3 х 4чел.х 1,21 кг/м3 х 1000Дж/кг х 38 К = 9,2 мДж = 2,55 кВт час
Общие тепловые потери по зданию : Q = 17713 Вт
Глава 4. ПРОВЕДЕНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИЗМЕРЕНИЙ
Для проведения эксперимента был выбран потолочный обогреватель со следующими характеристиками
Потолочный обогреватель был установлен в аудитории. Данный выбор обоснован тем, что обогреватель эстетично вписался в интерьер потолка.
ИК обогреватель
Высота установки обогревателя 3.00м. После включения обогревателя были произведены начальные измерения с помощью тепловизора.
Тобогр. = 28.3˚С
Через 10 минут после включения ИК было сделано повторное измерение.
Нужна помощь в написании отчета?
Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Наша система гарантирует сдачу работы к сроку без плагиата. Поможем с характеристой и презентацией. Правки внесем бесплатно.
Тобогр. = 108.4˚С
Далее очередное измерение через 20 минут показало полный нагрев обогревателя до Тобогр. = 174.7 ˚С.
В ходе проведения работ было установлено, что на разной высоте (1,7 м, 1,9 м, 2,46 м), перпендикулярно ИК обогревателю температура на экспериментальной поверхности изменяется с разницей в 1-2°С. На те места, куда не попадают инфракрасные лучи обогревателя, температура на разных высотах остается практически неизменной. Графически, это изображение напоминает трапецию.
Также были произведены расчеты теплопотерь, мощности обогревателя для жилого дома для различных погодных условий, при помощи онлайн калькулятора
ВЫВОДЫ
Инфракрасный обогреватель это нагревательный прибор обеспечивающий передачу тепла от излучателя, имеющего высокую температуру к телам с более низкой температурой посредством электромагнитного (инфракрасного) излучения. Инфракрасное излучение поглощается поверхностями, встречающимися на его пути превращаясь в тепловую энергию, и от этих поверхностей нагревается воздух. Что позволяет существенно экономить энергию на обогрев пространства по сравнению с конвекционным отоплением.
В данной работе я решила поставленные передо мной задачи, такие как:
- Изучение системы инфракрасного обогрева.
- Расчет мощности инфракрасных обогревателей.
- Проведение экспериментальных измерений.
- Применение инфракрасной системы отопления в энергосберегающий дом.
В результате работы был проведен технический расчет теплопотерь обычного жилого здания, представлены анализ и сравнение такого здания с аналогичным по размерам пассивным жилым домом нового типа.
Наряду с приведенными расчетами в работе представлены основные графики, таблицы, закономерности и иллюстрации, несущие в себе необходимую наглядную информацию.
И пришла к выводу, что инфракрасное тепло позволяет человеку комфортно чувствовать себя при довольно низких температурах окружающей его среды. С помощью одежды и отопления мы стараемся выровнять разницу между производством тепла организмом и отдачей её. Отдача тепла происходит в первую очередь путём излучения и конвекции. Чем больше скорость воздуха и разница температуры между телом человека и окружающим воздухом, тем больше отдача.
Из проведенных мною экспериментов с ИК обогревателем в жилом помещении, могу сказать, что такие обогреватели могут использоваться в роли дополнительного (локального) отопления, так как в момент нахождения людей в зоне обогрева создается комфортное пребывание. Также прогревается и помещение, но после того момента, когда температура окружающих предметов в зоне обогрева ИК обогревателем станет значительно больше комнатной.
Время обогрева этих окружающих предметов ≈30 мин., с учетом того, что в работе был использован обогреватель мощностью 0,5 кВт, высота на которой подвешен ИК обогреватель ≈3 м. Сокращение времени работы обогревателя ведёт к экономии электроэнергии. Поэтому обогреватели инфракрасные на сегодняшний день являются наиболее эффективными электронагревательными приборами способными дать экономию электроэнергии порядка 50% от расчётной мощности.
Список использованных источников
1. Точка доступа: <http://eco-domishko.blogspot.ru/2012/12/blog-post.html>
2. Точка доступа: <http://www.colady.ru/kakoj-obogrevatel-vybrat-dlya-kvartiry-na-xolodnyj-sezon.html>
3. Точка доступа: <http://www.teploplan.ru/catalog/overhead-plan.html>
Нужна помощь в написании отчета?
Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Наша система гарантирует сдачу работы к сроку без плагиата. Поможем с характеристой и презентацией. Правки внесем бесплатно.
4. Точка доступа: http://garosng.myjino.ru/blog/6/
5· http://www.angaraenergo.ru/kalk_2.html
6· <http://www.pakole.ru/mainmenu/all-articles/290-2012-03-14-07-27-42.html>