Отопление от: Электрическое отопление дома: какие нагревательные электроприборы эффективнее и экономичнее

Содержание

Как сделать отопление из бойлера: хозяину на заметку

Домашняя техника может выйти из строя, а вы не знаете, куда ее деть? Есть идея быстро и без затрат обеспечить дом резервным отоплением. Для этого понадобится старый бойлер и желание творить чудеса. Почитайте полезные рекомендации к руководству как сделать отопление из бойлера далее в материале. Изготовленное нестандартное оборудование придаст дому больше уюта и тепла. А если сделать его самостоятельно – не придется тратить средства на покупку дорогих обогревателей.

Плюсы и минусы отопления на базе бойлера

Тепловые системы на базе электрических нагревателей

Бойлер – это конструкция закрытого типа, его основная цель: нагревать воду. Установка имеет два отверстия (для холодной и горячей воды). Внутри бойлера расположен тэн, он служит нагревателем. Чтобы использовать механизм для отопления помещения, в его конструкцию надо внести изменения. На эффективную поставку ресурсов может влиять много факторов, к их основному ряду относят:

Мощность водонагревателя. Чтобы определить нужную мощность, рассчитайте 1 кВт на 10 квадратных метров отапливаемой территории.
Объемная подача циркуляционного насоса (он влияет на скорость циркуляции воды в отопительной установке).
От разветвленности системы. Приспособление рекомендуется использовать на небольшое количество отраслей.

Информация! От объема бака также зависит эффективность работы устройства. В промышленных водонагревателях емкость бака достигает 500 литров.

Производительные компании промышленной техники разработали специальные бойлеры для системного обогревания. Главное их отличие заключается в расположении трубок, нижний вход предназначен для холодной воды, а верхний – для горячей. Еще одна различность состоит в диаметре вхождений (в водонагревателей для бытовых целей (купания или мытья посуды) дюйм трубок не большее 2 дюйм). Однако обычные бойлеры для отопительных целей использовать также можно.

Читайте также: Какие бывают основные неисправности бойлера

Особенности и схема конструкции

Рассмотрим особенности конструирования бойлера для отопления. Во первых, для меньших затрат тепла корпус механизма укрепляют минватой или пенополистирольной прокладкой, которая не подвергается гниению и почти не поглощает воду. Основной элемент конструкции (ТЭН) должен пребывать в ее центре. Для замыкания и размыкания электрической цепи используют прибор реле.

Реле переключает режимы в теплообменнике и направляет воду на отопление. Если данная деталь отсутствует в механизме – прибор отключается. Для отвода жидкости по трубам надо прикрепить патрубок, он будет осуществлять циркуляцию по контуру.

Совет: На нагрев влияет состояние тэна, труб и радиатора. Именно поэтому надо следить за их работой и периодически проводить чистку.

Обязательным элементом в таких конструкциях есть циркуляционный насос. Он принудительно заставляет двигать жидкость по типу замкнутой циркуляции. Без насоса система работать не будет. К основным его преимуществам относят:

Не требовательный к системе. Уклоны и зауженные участки не повлияют на работу механизма.
Моментальная разгонка жидкости. Он способен ускорить подачу ресурса за несколько минут.
Надежность и длительная эксплуатация. Насосы характерны чрезмерной стойкостью к температуре, режимом работы и другими факторами.
Коэффициент полезного действия у насосов увеличен к максимальному показателю.

Совет: Поскольку процесс монтажа циркуляционного насоса сложный и включает в себя много мелких деталей, доверить его лучше специалистам. Это надо, чтобы учесть полную систему отопления.

Читайте также: Что нужно знать о бойлерах: то, что для многих было тайной

Выбор электрического бойлера

Как уже упоминалось, некоторые производительные компании выпускают бойлеры специально разработанные под домашнюю отопительную систему. Если вы собираетесь приобрести водонагреватель, лучше обращать внимание именно на такие модели (например, водонагреватели “GORENJE” ,“ARISTON” и другие). Главные преимущества таких механизмов заключаются в:

Поскольку трубы для воды находятся снизу и сверху, водный ресурс будет максимально быстро поступать в производную трубу.
При выборе модели обращайте внимание на диаметр входов и выходов, он должен быть не меньше 2 дюймов.
Чем больше корпус механизма, тем больше воды он способен обогреть. Поэтому бак бойлера лучше выбирать больших размеров.

Читайте также: Топ 10 бойлеров: достоинства и “узкие места” моделей популярных брендов

Еще один критерий, по которому стоит выбирать водонагреватель – мощность ТЭНа. Из-за недостаточной мощности некоторые бойлеры отопительной системы могут не подойти.

Совет: Механизмы в которых мощность ТЭНа составляет от 6 до 10 кВт подходят для заданной цели.

Итак, в материале была рассмотрена конструкция для установки бойлера в качестве отопительной системы. Можно сказать, что данная установка будет выгодна, если площадь отапливаемого помещения не будет велика. Такие системы отлично подойдут для дачи или однокомнатной квартиры. В противном случае, производного тепла не хватит.

Подытоживая, можно отметить, система имеет плюсы и минусы, главным ее достоинством считается низкая потребительность энергии и малозатратность. Если вы решили установить водонагреватель для отопления, выбирайте специально приспособленные для такой работы механизмы. Процесс монтажа не затратит много времени, однако во время сборки будьте внимательны с мелкими деталями.

Смотрите также видеоролик Как установить бойлер для отопления

Аварийное отопление от Termal.

Любая система водяного отопления требует учета аварийной ситуации. Замерзание контура влечет за собой повреждение не только труб и радиаторов, но и котла отопления. Риск особенно велик, если теплоносителем является вода, а не антифриз.

Аварийная система отопления не всегда рассчитана на поддержание комфортной температуры в помещении. Ее основная задача — предотвратить замерзание теплоносителя в контуре или баке. Возьмем в качестве примера ситуацию, произошедшую во время крещенских морозов у одного из наших клиентов.

В дачном поселке, при отрицательной температуре, произошла авария на газораспределительной станции. Сработавшая автоматика перекрыла подачу газа потребителям, отопительные котлы отключились. Наш клиент находился в командировке и с момента получения информации об аварии до его приезда на дачу прошло трое суток.

Система отопления у него была дополнена баком косвенного нагрева Termal на 200л. Бак оснащён встроенным ТЭНом и многофункциональным электронным контроллером. Задача бака — обеспечивать горячее водоснабжение. Через теплообменник тепловая энергия из отопительного контура поступает в бак.

Клиент был уверен, что за прошедшие трое суток отопительный контур замерз. НО… этого не произошло. Температура в помещении составила +5 С, температура теплоносителя +12 С, а температура в верхней точке бака косвенного нагрева +32 С.

Так в чём же дело?

Баки Termal предусматривают в алгоритме работы контроллера аварийный режим, предотвращающий замерзание воды в баке. При падении температуры в контуре, после отключения газоснабжения, постепенно стала падать температура в баке. Сработала автоматика контроллера, включился ТЭН,и стал поднимать температуру в баке до заданной пользователем. А так как насос на контуре котёл-бак работал постоянно, то произошла передача тепла от нагретой воды в баке, через теплообменник, к воде в системе отопления.

Баки Termal универсальны. Существуют модели с двумя теплообменниками -двухконтурные, что позволяет подключать ко второму контуру вакуумный или плоский солнечный коллектор. Стоят они не намного дороже, чем одноконтурные баки, а экономия на газе позволит окупить эти затраты. Вакуумный солнечный коллектор работает круглогодично, летом он обеспечивает бесплатное горячее водоснабжение, а зимой может служить в качестве «помощника» для отопительного контура.

В настройках контроллера бака-аккумулятора существует несколько схем подключения бака с коллектором и котлом. Пользователю нужно просто выбрать схему и задать необходимую температуру. Дальше автоматика сделает всё сама. И проследит за поддержанием температуры, и предотвратит замерзание теплоносителя в коллекторе, и выстроит почасовую диаграмму расхода электроэнергии при работе ТЭНа, и даже, во время вашего отпуска не даст системе с солнечным коллектором перегреть и воду и теплоноситель.

пеллетное отопление от компании ЭкоФЕН

Преимущество: пеллетное отопление от компании ЭкоФЕН

Рециркуляционное горение ,RCB — эффективное сгорание
Управление котлом — специальные разработки ЭКОФен
Самоочищающаяся система и удобный доступ для обслуживания
Kомпактный пульт управления (регулятор температуры): простые текстовые команды ,простая система управления, управление системой ГВС и солнечными батареями
Камера из высококачественной стали: круглая форма котла, три ступени очистки пепла, быстрая подача топлива в камеру
Тарелка для сжигания: не требует механической очистки (не образуется коррозия от царапин)
Встроенная автоматическая система очистки: очистка происходит постоянно с высокой эффективностью, автоматически в зависимости от срока эксплуатации
Электронный поджиг топлива — позволяет снизить энергозатраты до 250 W
Горелка может быть как слева, так и справа — оптимальное использование помещения котельни
Испытанная система пожарной безопасности — надежность благодаря 2 огнестойким плотным кожухам
Интегрированный бокс для пепла — устанавливается по желанию заказчика
Автоматическая подача топлива

1.

КПД

Котлы на пеллетах, производства «OkoFEN» (Австрия) достигают КПД 94,7%. Более дешевые котлы на пеллетах имеют реальный КПД не более 85%. Специалисты других компаний будут Вас убеждать, что твердотопливные котлы, пеллетные котлы не могут иметь КПД более 90%. Но это не так. Напомним Вам, что основная продажа пеллетных котлов происходит в Европе, и любая информация, любая техническая характеристика пеллетных котлов проверена многочисленными испытаниями; любой сертификат, который мы получаем, основывается не на простых словах, а на лабораторных и практических опытах, проводимых независимыми государственными экспертными организациями.

Что такое КПД? Объясним это в цифрах. Проще говоря, там, где отопительный котел с более низким КПД будет потреблять 1,3 кг топлива (пеллеты, древесные гранулы), пеллетный котел с более высоким КПД будет потреблять 1 кг такого же топлива (древесные пеллеты, древесные гранулы). То есть Вы уже изначально будете тратить на отопление до 30% меньше. Обратитесь к нашим специалистам-экспертам в такой области как пеллетное отопление.

2. ЭКСПЛУАТАЦИЯ. Отопительный котел на пеллетах компании «Okofen»

Компания «Экофен» (Австрия) одна из первых в мире стала производить пеллетные котлы, и первая запустила в серийное производство самоочищающиеся пеллетные котлы (полностью автономное отопление на пеллетах).

Главное отличие системы отопления на пеллетах нашего производства в том, что Вы, инсталлировав данный отопительный пеллетный котел в свою систему отопления, можете о нем просто забыть. У Вас нет необходимости в постоянной очистке (каждые 2-3 дня) таких основных узлов пеллетного котла как пеллетная горелка, теплообменник на пеллетах и камеры сгорания пеллетного котла, как это происходит в других отопительных системах, работающих на пеллетах.

Основная проблема пеллетного отопления (основная проблема пеллетных котлов) – это необходимость в его постоянной чистки от продуктов сгорания древесной гранулы. И если чистка камера сгорания пеллетного котла процедура довольно простая, но тоже требующая достаточного количества времени , остановки оборудования (считайте полное отключение отопления на пеллетах) и последующей долгой уборки помещения котельной, то очистка таких узлов как теплообменник на пеллетах и пеллетная горелка (а эту процедуру необходимо производить не реже , чем раз в две недели, иначе Ваш котел на пеллетах быстро потеряет свою мощность) занимает 5-6 часов и требует определенных навыков , при этом Ваш пеллетный котел все это время должен быть в выключенном состоянии.

Наши пеллетные котлы от компании Экофен имеют такое неоспоримое достоинство как полностью автоматическая система очистки пеллетного котла ( пеллетный теплообменник , пелетная горелка , камера сгорания) , которая включает в себя выведение отходов горения (пепла) и выведение золы в специальный бокс-пеплоудалитель. В результате процесс очистки пеллетного котла очень чистый и удобный, а главное занимает 3 минут Вашего времени в 1- 1,5 месяца.

— Автоматический поджиг и интеллектуальная дозированная система подачи топлива (пеллеты) в пеллетном котле

Австрийский пеллетный котел системы Pellematic (производство Okofen) сам знает (в зависимости от режима работы, который Вы ему задаете), когда ему необходимо включиться и сколько времени работать. При этом австрийский котел на пеллетах сам следит за температурой в камере сгорания , эти показания дают пеллетному котлу понимание насколько качественные пеллеты , он анализирует внешнюю температуру за последние сутки, анализирует температуру в теплоносителях определенного отопительного контура и всей отопительной системой на пеллетах , и исходя из этих показателей очень дозировано подает топливо в горелку пеллетного котла. (пеллеты, древесные гранулы). Другая основная проблема пеллетного отопления – это необходимость в постоянной (раз в неделю или две ) загрузке топливом (пеллет).

— Хранение пеллет или пеллетные хранилища (пеллетные бункера)

Австрийская система отопления на пеллетах компании Okofen имеет целый ряд различных систем хранения пеллет. Бункер для хранения пеллет и другие виды хранения топлива (пеллеты, древесные гранулы), как правило, рассчитываются для трехмесячной бесперебойной работы системы пеллетное отопление. Бункер комплектуется датчиками расхода топлива (пеллеты, древесные гранулы), которые сами Вам сообщат посредством СМС-сообщения или вывода информации на тач-панель управления отопительной системы об остатке топлива (пеллеты, древесные гранулы) и о времени, необходимом для дозаправки. Подача из помещения пеллетного хранилища производится автоматически. Наше пеллетное отопление позволяет разместить бункер для пеллет или другие виды складирования и хранения пеллет на расстоянии до 20 метров от места , где находится пеллетный котел или пеллетные котлы.

Наши котлы на пеллетах обладают еще немалым количеством преимуществ. Мы не без оснований считаем что австрийские пеллетные котлы от компании Экофен – это лучшие пеллетные котлы , производимые на сегодняшний день. Для более подробной информации обращайтесь к нашим специалистам в пеллетном отоплении.

Сравнительная таблица по разным видам отопления

Системы домашнего отопления | Министерство энергетики

Отопление вашего дома потребляет больше энергии и стоит больше денег, чем любая другая система в вашем доме, обычно составляя около 29% ваших счетов за коммунальные услуги.

Независимо от того, какая у вас система отопления в вашем доме, вы можете сэкономить деньги и повысить свой комфорт, правильно обслуживая и модернизируя свое оборудование. Но помните, что сама по себе энергоэффективная печь не окажет такого большого влияния на ваши счета за электроэнергию, как использование всего дома.Сочетая надлежащее обслуживание и модернизацию оборудования с рекомендуемыми настройками изоляции, воздушного уплотнения и термостата, вы можете сэкономить около 30% на счетах за электроэнергию при одновременном снижении выбросов в окружающую среду.

Наконечники для обогрева

Установите программируемый термостат на настолько низкое значение, которое комфортно зимой, и понизьте уставку, когда вы спите или вдали от дома.
Очищайте или заменяйте фильтры на печах один раз в месяц или в соответствии с рекомендациями.
Очистите регистры теплого воздуха, обогреватели плинтуса и радиаторы по мере необходимости; убедитесь, что они не заблокированы мебелью, ковровым покрытием или шторами.
Удаляйте воздух из радиаторов горячей воды один или два раза за сезон; , если не знаете, как выполнить эту задачу, обратитесь к профессионалу .
Поместите термостойкие отражатели радиатора между наружными стенами и радиаторами.
Выключите кухню, ванну и другие вытяжные вентиляторы в течение 20 минут после того, как вы закончили готовить или принимать ванну; при замене вытяжных вентиляторов подумайте об установке высокоэффективных малошумных моделей.
Зимой держите шторы и шторы на окнах, выходящих на юг, открытыми в течение дня, чтобы солнечный свет проникал в ваш дом, и закрывайте их на ночь, чтобы уменьшить холод, который вы можете ощущать от холодных окон.

Выбирайте энергоэффективные продукты при покупке нового отопительного оборудования. Ваш подрядчик должен иметь возможность предоставить вам информационные бюллетени по энергопотреблению для различных типов, моделей и конструкций, чтобы помочь вам сравнить энергопотребление. См. Стандарты эффективности для получения информации о минимальных номинальных значениях и ищите ENERGY STAR при покупке новых продуктов.

Отопление | процесс или система

Отопление , процесс и система повышения температуры замкнутого пространства с основной целью обеспечения комфорта жителей.Регулируя температуру окружающей среды, отопление также служит для поддержания структурных, механических и электрических систем здания.

Историческая застройка

Самым ранним способом обогрева салона был открытый огонь. Такой источник, наряду с соответствующими методами, такими как камины, чугунные печи и современные обогреватели, работающие на газе или электричестве, известен как прямое отопление, поскольку преобразование энергии в тепло происходит на обогреваемом участке. Более распространенная форма отопления в наше время известна как центральное или косвенное отопление.Он заключается в преобразовании энергии в тепло в источнике вне, отдельно от обогреваемого объекта или объектов или расположенных внутри них; Получающееся тепло передается на объект через текучую среду, такую как воздух, вода или пар.

За исключением древних греков и римлян, большинство культур полагалось на методы прямого нагрева. Древесина была первым топливом, которое использовалось, хотя в местах, где требовалось только умеренное тепло, таких как Китай, Япония и Средиземноморье, использовался древесный уголь (сделанный из дерева), потому что он производил гораздо меньше дыма.Дымоход, или дымоход, который сначала был простым отверстием в центре крыши, а затем поднимался прямо из камина, появился в Европе в 13 веке и эффективно устранял дым и испарения огня из жилого помещения. Закрытые печи, по-видимому, впервые использовались китайцами около 600 г. до н.э. и в конечном итоге распространились по России в северную Европу, а оттуда в Америку, где Бенджамин Франклин в 1744 году изобрел улучшенную конструкцию, известную как печь Франклина. Печи гораздо менее расходуют тепло, чем камины, потому что тепло огня поглощается стенками печи, которые нагревают воздух в комнате, а не пропускают вверх по дымоходу в виде горячих дымовых газов.

Центральное отопление, кажется, было изобретено в Древней Греции, но именно римляне стали лучшими инженерами-теплотехниками древнего мира с их системой гипокауста. Во многих римских зданиях полы из мозаичной плитки поддерживались колоннами внизу, которые создавали воздушные пространства или каналы. На участке, расположенном в центре всех отапливаемых комнат, сжигали древесный уголь, хворост и, в Британии, уголь, а горячие газы распространялись под полом, согревая их в процессе. Однако система гипокауста исчезла с упадком Римской империи, и центральное отопление было восстановлено только 1500 лет спустя.

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

Центральное отопление снова стало использоваться в начале 19 века, когда промышленная революция вызвала увеличение размеров зданий для промышленности, жилых помещений и сферы услуг. Использование пара в качестве источника энергии предложило новый способ обогрева фабрик и заводов, когда пар передавался по трубам. Котлы, работающие на угле, подавали горячий пар в помещения с помощью стоячих радиаторов. Паровое отопление долгое время преобладало на североамериканском континенте из-за очень холодных зим.Преимущества горячей воды, которая имеет более низкую температуру поверхности и более мягкий общий эффект, чем пар, начали осознаваться примерно в 1830 году. В системах центрального отопления двадцатого века обычно используется теплый воздух или горячая вода для передачи тепла. В большинстве недавно построенных американских домов и офисов теплый воздух вытеснил пар, но в Великобритании и на большей части европейского континента горячая вода заменила пар в качестве предпочтительного метода отопления; канальный теплый воздух там никогда не был популярен. Большинство других стран приняли американские или европейские предпочтения в методах отопления.

Системы центрального отопления и топливо

Важнейшими компонентами системы центрального отопления являются устройства, в которых можно сжигать топливо для выработки тепла; среда, транспортируемая по трубам или каналам для передачи тепла в обогреваемые помещения; и излучающее устройство в этих пространствах для выделения тепла либо конвекцией, либо излучением, либо обоими способами. Принудительное распределение воздуха перемещает нагретый воздух в пространство с помощью системы воздуховодов и вентиляторов, которые создают перепады давления. Лучистое отопление, напротив, предполагает прямую передачу тепла от излучателя к стенам, потолку или полу замкнутого пространства независимо от температуры воздуха между ними; излучаемое тепло устанавливает цикл конвекции во всем пространстве, создавая в нем равномерно нагретую температуру.

Температура воздуха и влияние солнечного излучения, относительной влажности и конвекции — все это влияет на конструкцию системы отопления. Не менее важным соображением является объем физической активности, который ожидается в конкретной обстановке. В рабочей атмосфере, в которой напряженная деятельность является нормой, человеческое тело выделяет больше тепла. В качестве компенсации поддерживается более низкая температура воздуха, позволяющая рассеивать лишнее тепло тела. Верхний предел температуры 24 ° C (75 ° F) подходит для сидячих рабочих и домашних жилых помещений, а нижний предел температуры 13 ° C (55 ° F) подходит для лиц, выполняющих тяжелую ручную работу.

При сгорании топлива углерод и водород реагируют с атмосферным кислородом с выделением тепла, которое передается из камеры сгорания в среду, состоящую из воздуха или воды. Оборудование устроено так, что нагретая среда постоянно удаляется и заменяется охлаждающей системой , т. Е. путем циркуляции. Если среда является воздухом, оборудование называется топкой, а если среда — водой, бойлером или водонагревателем. Термин «бойлер» более правильно относится к сосуду, в котором производится пар, а «водонагреватель» — к сосуду, в котором вода нагревается и циркулирует ниже ее точки кипения.

Природный газ и мазут являются основными видами топлива, используемыми для производства тепла в котлах и печах. Они не требуют труда, за исключением периодической очистки, и работают с ними с помощью полностью автоматических горелок, которые могут регулироваться термостатом. В отличие от своих предшественников, угля и кокса, после использования не остается остаточной золы для утилизации. Природный газ вообще не требует хранения, а нефть перекачивается в резервуары для хранения, которые могут быть расположены на некотором расстоянии от отопительного оборудования.Рост объемов отопления на природном газе был тесно связан с увеличением доступности газа из сетей подземных трубопроводов, надежностью подземных поставок и чистотой сжигания газа. Этот рост также связан с популярностью систем теплого воздуха, к которым особенно хорошо подходит газовое топливо и на которые приходится большая часть природного газа, потребляемого в жилых домах. Газ легче сжигать и контролировать, чем нефть, пользователю не нужен резервуар для хранения и он платит за топливо после того, как он его использовал, а доставка топлива не зависит от капризов моторизованного транспорта.Газовые горелки обычно проще, чем те, которые требуются для жидкого топлива, и имеют мало движущихся частей. Поскольку при сжигании газа выделяются ядовитые выхлопные газы, газ из обогревателей должен выводиться наружу. В местах, недоступных для трубопроводов природного газа, сжиженный нефтяной газ (пропан или бутан) доставляется в специальных автоцистернах и хранится под давлением в доме до тех пор, пока он не будет готов к использованию так же, как природный газ. Нефтяное и газовое топливо во многом обязано своим удобством автоматической работе их теплоцентралей.Эта автоматизация основана в первую очередь на термостате, устройстве, которое, когда температура в помещении упадет до заданного значения, активирует печь или котел до тех пор, пока потребность в тепле не будет удовлетворена. Автоматические отопительные установки настолько тщательно защищены термостатами, что предвидятся и контролируются почти все мыслимые обстоятельства, которые могут быть опасными.

Системы тепловых насосов для домов в штате Мэн

Десятки тысяч тепловых насосов были установлены в домах и на предприятиях штата Мэн.Они являются самой популярной системой отопления среди всех скидок Efficiency Maine, поскольку они предлагают высокоэффективное отопление, кондиционирование воздуха и осушение. Efficiency Maine предлагает скидки на тепловые насосы для жилых, малообеспеченных и коммерческих потребителей. Щелкните здесь, чтобы найти ближайшего к вам подрядчика.

Наружный блок с тепловым насосом

Как они работают?

Тепловые насосы состоят из наружного блока, подключенного к одному или нескольким внутренним блокам с помощью линейки, которая передает тепло между ними.Тепловые насосы способны обеспечить эффективное отопление в холодном климате даже при температуре наружного воздуха до -15 ° F.

Есть четыре типа внутренних блоков:

1) Секции
2) Единицы этажа
3) Потолочные кассеты
4) Канальный

Финансовый пример 1

Один внутренний блок

	Установленная стоимость	$ 3 750
	Скидка	800
	Чистая стоимость	$ 2 950
	Стоимость в месяц (10 лет 4.9% годовых)	$ 31

Примечание. Ваши расходы и экономия могут отличаться.

Финансовый пример 2

Два внутренних блока

	Отдельные зоны	Многозонный
Установленная стоимость	7 500 долл. США	7 100 долл. США
Скидка	1200 долларов США	$ 600
Чистая стоимость	$ 6 300	$ 6 500
Стоимость в месяц (10 лет 4.9% годовых)	$ 66	$ 64

Примечание. Ваши расходы и экономия могут отличаться.

Какие преимущества?

Недорогое тепло — Тепловые насосы — один из самых дешевых источников тепла. Щелкните здесь, чтобы сравнить затраты на отопление различных систем отопления.
Недорогое кондиционирование воздуха — Лучшие современные тепловые насосы вдвое эффективнее обычных кондиционеров.
Управление по помещению — При установке с несколькими внутренними блоками тепловые насосы позволяют регулировать температуру по каждому помещению.
Безопасность — Поскольку тепловые насосы имеют электропитание, риск утечки продуктов сгорания отсутствует.
Качество воздуха — Тепловые насосы фильтруют воздух в помещении круглый год и осушают его летом, улучшая качество воздуха.

Какие еще соображения?

Характеристики при низких температурах — Поскольку тепловые насосы отбирают тепло снаружи, чтобы обеспечить теплый воздух внутри в течение отопительного сезона, по мере того, как на улице становится холоднее, тепловые насосы усерднее работают, чтобы не отставать, что снижает их эффективность.Например, система, которая поставляет четыре единицы тепла на каждую единицу электроэнергии при температуре 50 ° F, может поставлять только две единицы тепла на каждую единицу электроэнергии при температурах ниже нуля. Есть свидетельства того, что на Преск-Айл работают агрегаты с наивысшей производительностью и выдают тепло даже при температуре ниже -15 ° F. Но если температура упадет достаточно низко, система может полностью отключиться. Обязательно проверьте минимальную рабочую температуру, указанную для вашего теплового насоса. Если вы испытываете длительные периоды ниже этой температуры, подумайте о дополнительной резервной системе отопления, чтобы поддерживать желаемый уровень комфорта в самые холодные ночи.Если вы используете резервную систему, просто не забудьте снова переключиться на тепловой насос при повышении температуры, иначе вы можете быстро потерять экономию энергии.
Движение воздуха — Тепловые насосы не подают свежий воздух в дом, но рециркулируют воздух. Воздух, обдувающий вас, может повысить комфорт во время сезона охлаждения, но может быть неудобным во время отопительного сезона. Ознакомьтесь с советами пользователей тепловых насосов Efficiency Maine, чтобы узнать о рекомендуемых настройках вентиляторов для сезона отопления и охлаждения.
Распределение тепла — Тепловые насосы распределяют тепло за счет движения воздуха. Это может затруднить попадание тепла из-за углов и в тупик. Ознакомьтесь с советами пользователя и рекомендациями по установке теплового насоса Efficiency Maine, чтобы узнать, как получить максимальную отдачу от теплового насоса.
Взаимодействие с основной системой отопления — Если вы думаете об использовании теплового насоса вместе с другой системой отопления, убедитесь, что тепловой насос установлен так, чтобы он не конфликтовал с термостатом другой системы.Конфликт такого рода может привести к тому, что одна система будет препятствовать работе другой. Это не представляет опасности, если вы используете тепловой насос в качестве единственной системы отопления. Ознакомьтесь с рекомендациями по установке теплового насоса Efficiency в штате Мэн, чтобы узнать, где установить тепловой насос.
Эстетика — Внутренние и внешние блоки могут быть более заметными, чем компоненты других систем отопления.

Полезные ссылки для теплового насоса

Является ли водород решением проблемы отопления дома с нулевым расходом? | Энергетические исследования

27 июня 2019 года министр энергетики и чистого роста Крис Скидмор подписал документы, обязывающие Великобританию сократить выбросы углерода до нуля к 2050 году.Если у нас есть хоть какие-то шансы достичь этой цели, известной как «чистый ноль», нам придется решить одну огромную проблему: отопление дома.

На обогрев наших домов приходится от четверти до трети выбросов парниковых газов в Великобритании. Это более чем в 10 раз превышает количество CO ₂, созданное авиационной промышленностью. Около 85% домов сейчас используют центральное отопление, работающее на газе, и большая часть приготовления пищи на газе все еще используется. По любым меркам экологизация этой системы — огромная проблема.Но если верить недавним отчетам, может быть простой и эффективный способ сделать это: перейти от использования природного газа к водородному газу.

Водород находится в изобилии в мире природы и, по мнению его сторонников, может обеспечить чистое и эффективное питание следующего поколения газовых приборов.

«Водород привлекает тем, что многие потребители не заметят никакой разницы. Клиенты будут продолжать использовать котлы для обогрева своих домов аналогично природному газу », — говорит Роберт Сансом из группы по энергетической политике Института инженерии и технологий.Он является ведущим автором исследования, проведенного институтом под названием «Переход на водород».

Вместе с коллегами Sansom оценил инженерные риски и неопределенности, связанные с переводом нашей газовой сети на водород. Их вывод состоит в том, что нет никаких причин, по которым невозможно было бы перепрофилировать газовую сеть на водород.

Но это не значит, что это будет легко. Существуют технологические и практические препятствия, потому что не существует плана для такого преобразования: нигде в мире нет места, где можно было бы поставлять чистый водород в дома и на предприятия.Великобритании придется стать пионером во всем.

Интерес к водороду как к способу обогрева домов начался в 2016 году с доклада под названием h31. Он проводился компанией Northern Gas Networks, газораспределителем на севере Англии, и рассматривал вопрос о том, было ли технически возможно и экономически целесообразно преобразовать Лидс на 100% водород вместо природного газа.

«Они рассмотрели множество деталей, от заводов по производству водорода до домов людей», — говорит Сансом.

В отчете проводится параллель с тем, как газовая промышленность перешла с городского газа на природный в 1960-х и 1970-х годах.Городской газ представлял собой комбинацию водорода, окиси углерода и метана. В основном он производился путем перегонки угля и нефти и использовался в течение первых 150 лет газовой промышленности Великобритании. С открытием в Северном море природного газа, состоящего преимущественно из метана, Великобритания в течение десятилетия предприняла общенациональную программу по конверсии 40-метровой техники.

Одновременно будут преобразованы целые улицы. Инженеры осматривали бы газовые приборы, а затем перестраивали их. Одновременно отключили городской газ и продули трубопроводы инертным газом.Наконец, в систему был закачан природный газ, и инженеры должны были убедиться, что каждое устройство работает правильно, прежде чем перейти на следующую улицу.

Некоторые производители теперь настолько убеждены, что подобное может случиться с водородом, что они уже начали разрабатывать новые бытовые приборы. В феврале компания Worcester Bosch представила прототип своего водородного котла. Сначала он будет работать на природном газе, а затем, после технического обслуживания, на водороде.

В пользу водорода также работает то, что в течение последних 20 лет газовая промышленность систематически заменяла металлические трубы в своей «железной магистрали» на желтые полиэтиленовые.Около 90% труб будет заменено к 2030 году. Это хорошая новость для водорода, потому что газ вступает в реакцию со старыми металлическими трубами, делая их хрупкими. Но полиэтилен безопасен.

«Фактически мы начали программу водородонепроницаемости нашей газовой сети, даже не зная, что мы делаем это», — говорит Сансом, которого эта концепция все больше и больше впечатляет. «С личной точки зрения, я был в напряжении, когда приступил к этой работе. Но я обнаружил, что соскользнул на сторону водорода с точки зрения его жизнеспособности как низкоуглеродной альтернативы природному газу », — говорит он.

Водородный котел Worcester Bosch. Фотография: Worcester Bosch

Но не всех убедил этот внезапный интерес к водороду. Ричард Лоус из Группы по энергетической политике Университета Эксетера говорит, что до недавнего времени считалось, что отопление необходимо каким-то образом электрифицировать, чтобы выполнить наши обязательства в отношении климатического кризиса. «Это в основном явилось результатом многих лет технического и экономического моделирования, чтобы посмотреть, как добиться полного обезуглероживания отопления в Великобритании», — говорит Лоуз.

Переключение отопления с газа на электричество означало бы использование тепловых насосов. Они используют электричество для извлечения тепла из воздуха или земли. В случае теплового насоса с воздушным источником он работает как холодильник, но вместо того, чтобы высасывать тепло из отделения для пищевых продуктов, он вытягивает его из воздуха и направляет в дом, где он используется для нагрева воды, т.е. подключен к радиаторам центрального отопления и хранится в баке для горячей воды.

Но поскольку эта технология работает при более низких температурах, чем существующие котлы, она требует, чтобы многие дома были лучше изолированы или имели радиаторы большего размера, способные обеспечивать большую тепловую мощность.Для тех, кто перешел на комбинированные котлы с непрерывным обогревом, потребуется переустановка бака для горячей воды.

Это обширная работа, но она того стоит, по словам Лоуза, который снял свой собственный газовый котел и теперь использует тепловой насос с воздушным источником тепла для обогрева своего дома. «Это было много работы, но мой дом и система отопления теперь намного эффективнее. Здесь всегда тепло, всегда есть горячая вода, и расходы на эксплуатацию в основном такие же, как и на газ », — говорит он.

Со стороны газовой промышленности несколько лицемерно говорить, что мы не можем рыть дороги, когда они делали это в течение 20 лет

Ричард Лоуз

Третий подход называется централизованным теплоснабжением.Он предусматривает нагрев воды на центральном предприятии с использованием отработанного тепла промышленных предприятий или экологически чистых источников, таких как солнечная энергия. Затем горячая вода подается во многие дома одновременно по сети надежно изолированных подземных труб. Оба метода могут значительно снизить углеродный след домашнего отопления, но обратная сторона заключается в том, что они требуют большой работы для их внедрения в национальном масштабе.

Централизованное теплоснабжение потребует прокладки водопроводных труб под домами, а широкое использование тепловых насосов потребует модернизации электрических цепей Национальной сети.Сторонники водорода утверждают, что именно такого рода сбоев можно избежать, потому что большая часть национальной инфраструктуры уже модернизирована. Этот аргумент не подходит для Лоуза. «Со стороны газовой отрасли кажется немного лицемерным утверждать, что мы не можем рыть дороги, хотя они делали это последние 20 лет», — говорит он.

Он указывает, что, хотя потребитель может не испытывать таких серьезных сбоев, серьезные проблемы для газовой отрасли остаются. Например, Национальная система передачи, представляющая собой сеть трубопроводов, по которым газ от прибрежных терминалов поступает к газораспределительным компаниям и другим крупным потребителям, сделана из металла.Это должно быть каким-то образом защищено от охрупчивания, прежде чем произойдет переход на водород.

«Водород, конечно, не серебряная пуля», — говорит Лоуз. А если мы отвлечемся на это, мы можем столкнуться с еще большими проблемами, полностью пропустив энергетический план на 2050 год.

Но если с водородом так много неуверенности, почему газовая промышленность, которая финансирует многие исследования, так сильно его продвигает? По словам Криса Гудолла, экономиста в области энергетики и автора книги «Что нам нужно делать сейчас для будущего без углерода» , это вопрос выживания.

«Они не хотят, чтобы их промышленность была съедена переключением на электричество для отопления. Поэтому они действуют так быстро, как могут, чтобы убедить нас в использовании водорода », — говорит он. И все сводится к тому, как добывается газ.

Водород в чистом виде не встречается на Земле. Вместо этого его нужно извлекать из других веществ, и лучше всего его извлекать из метана, то есть из природного газа. Таким образом, газовые компании могли эффективно поддерживать свою текущую деятельность.

Но дополнительные этапы извлечения водорода поднимут цену. Кроме того, при экстракции в качестве побочного продукта образуется диоксид углерода, поэтому необходимо разработать крупномасштабную технологию улавливания углерода, чтобы предотвратить его утечку в атмосферу. Хотя это технология, которую Великобритании все равно придется разработать, чтобы достичь нулевого уровня к 2050 году, она увеличит стоимость.

Первый в Северной Ирландии автобус, работающий на водородных топливных элементах, Wrightbus, представлен в январе.Фотография: Лиам МакБерни / PA

Но природный газ — не единственное вещество, содержащее водород. Вода тоже, и водород можно освободить с помощью процесса, называемого электролизом, при котором не образуется диоксид углерода. Чтобы сделать его полностью экологически чистым, что является высшей надеждой, электролиз можно было бы использовать с помощью ветряных электростанций. Однако в настоящее время цена на такую электроэнергию высока, и это приведет к еще большему росту цен на водород.

Гудолл надеется, что стоимость будет снижаться по мере совершенствования технологий, но предупреждает: «Вы можете обвиниться в бессмысленном оптимизме, просто сказав это.”

В энергетическом ландшафте Великобритании будущего, без сомнения, сложно ориентироваться. Возможно, лучший путь будет открыт, если не противопоставлять различные решения друг другу. «У всех трех есть сильные и слабые стороны, и я ожидаю, что каждая из них будет играть важную роль в качестве замены природного газа», — говорит Сансом. Даже противники водорода признают это. «Как нишевая технология она может иметь реальную ценность», — говорит Лоус. Далее он перефразирует рекламу пива Heineken 70-х и 80-х годов, заявив, что водород потенциально может достичь тех частей страны, которые не могут достичь другие решения в области энергетики.

Гудолл также видит роль водорода в «хранении» энергии, вырабатываемой из возобновляемых источников, таких как энергия ветра и солнца. Идея состоит в том, что в ветреные месяцы любая дополнительная электроэнергия, произведенная из возобновляемых источников энергии, будет использоваться для производства водорода, который затем будет храниться. Когда возникает повышенный спрос на национальную энергосистему или сезонное падение мощности, производимой из возобновляемых источников энергии, водород можно сжигать для производства электроэнергии.

Дело в том, что все варианты обезуглероживания наших систем отопления потребуют значительных сбоев и затрат.И пока правительство продолжает размышлять, время идет к 2050 году.

«Нет необходимости ждать. Теперь мы можем развернуть то, что работает нормально », — говорит Лоуз, имея в виду свой собственный опыт замены газового котла на тепловой насос. «Безотлагательность изменения климата означает, что на самом деле нет причин откладывать».

Другие считают, что водород играет определенную роль, и полагают, что на его рассмотрение стоит потратить немного больше времени. Но есть одна истина, с которой все согласны. «Все это нелегко.Если кто-то говорит вам, что это легко, они вводят вас в заблуждение », — говорит Лоуз.

Автомобили с водородным двигателем

Водородная заправочная станция в Сеуле, Южная Корея. Фотография: Kim Hong-Ji / Reuters

Водород также может приводить в действие транспортные средства, но не так, как он обогревает дома. Вместо того, чтобы сгореть, водород вступает в реакцию с кислородом внутри устройства, называемого топливным элементом. Электричество и вода производятся. Электричество запускает машину, из выхлопной трубы капает вода.

Попытке перейти на водородные транспортные средства в 1990-х годах помешали электрические автомобили, которые накапливают свою энергию в бортовой батарее.Но новый толчок для водородных транспортных средств исходит из Азии. Китай, Япония и Южная Корея поставили перед собой амбициозные цели — к 2030 году использовать на своих дорогах миллионы автомобилей с водородным двигателем.

Toyota и Hyundai предлагают автомобили на водороде в Великобритании, но в настоящее время в стране имеется менее 20 водородных заправочных станций. Великобритания, в основном сосредоточенная вокруг M25.

«Будет действительно интересно посмотреть, что произойдет», — говорит Лоус. Но сам он не убежден: «Водород намного дороже электричества, а автомобиль дороже электромобиля.”

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

Система снизила температуру внутри тестовой системы на открытом воздухе под прямыми солнечными лучами более чем на 12 градусов по Цельсию (22 градуса по Фаренгейту). Предоставлено: Университет Буффало

Исследование описывает пассивную систему охлаждения, которая направлена на помощь бедным общинам, снижение затрат на охлаждение и отопление, снижение выбросов CO2.

Пассивное охлаждение, как тень от дерева, существует всегда.

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

Новое исследование, проведенное инженерами Университета Буффало, позволило значительно продвинуться в этой области.

В исследовании, опубликованном 8 февраля 2021 года в журнале Cell Reports Physical Science , описана уникальная система радиационного охлаждения, которая:

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

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

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

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

Новая технология, обеспечивающая как радиационное охлаждение, так и солнечное отопление — все это одна система без использования электричества или топлива. Предоставлено: Университет Буффало

Дизайн системы и материалы залог успеха

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

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

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

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

Компания Spinoff нацелена на коммерциализацию технологий

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

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

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

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

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

Исследовательская группа продолжит изучать способы улучшения технологии, включая изучение того, как улавливать достаточно солнечной энергии, чтобы вскипятить воду, сделав ее пригодной для питья.

Ссылка: «Гибридное концентрированное радиационное охлаждение и солнечное отопление в единой системе» Лю Чжоу, Хаомин Сун, Нан Чжан, Джейкоб Рада, Мэтью Сингер, Хуафан Чжан, Бун С. Оой, Цзунфу Ю и Цяоцян Ган, 8 февраля 2021 г., Ячейки отчетов по физическим наукам .
DOI: 10.1016 / j.xcrp.2021.100338

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

Большинство американских домов по-прежнему отапливаются ископаемым топливом.Пора электрифицировать.

Около пяти лет назад мы с женой решили сразу заняться кучей более скучных работ по обслуживанию дома, просто чтобы убрать их с дороги. Мы оснастили наш домик новой сантехникой, улучшенной изоляцией, новой электрической коробкой, новым водонагревателем и новой печью. (Да, мы все еще оплачиваем.)

Печь, которую мы заменили, представляла собой оригинальную масляную печь, установленную при строительстве дома в 1954 году, и питавшуюся от масляного бака, закопанного во дворе.Он был гигантским, больше, чем я мог бы обнять, и намного выше меня, и имел тот неудачный цвет лосося, который был популярен в то время. Когда он включился, это звучало так, как будто из туалета взлетела струя. Дом задрожал.

Вот. DR

Итак, мы хотели отказаться от нефти. И я живу в Сиэтле, где электричество и чистое (в основном гидро), и дешевое, поэтому я хотел перейти на электричество. Конечно, последнее, что я хотел сделать, это принести в свой дом новых ископаемых видов топлива .

Но вот в чем дело. Здесь есть скидки за переход с нефти на природный газ, благодаря нашей газовой компании Puget Sound Energy. Но несмотря на то, что были доступны скидки на электрические тепловые насосы «без воздуховодов, мини-сплит» — не подходящие как для моего дома, так и для моего бюджета — на обычный электрический тепловой насос, который я хотел, не было ничего. (Насколько я могу судить, скидки за переход с нефти на электричество до сих пор отсутствуют, вероятно, из-за того, что задействованы два отдельных коммунальных предприятия.)

[ Correction, 20 июня: Я заговорил слишком рано. Несколько проницательных читателей Сиэтла написали, чтобы сообщить мне, что город Сиэтл (не, что интересно, ни одно коммунальное предприятие) предлагает скидку в размере 2000 долларов в партнерстве с Mitsubishi специально для людей, переходящих с масла на тепловой насос. Хотелось бы, чтобы это было лет пять назад!]

Я избавлю вас от месяцев размышлений и мучений, но, в конце концов, даже в нашем умеренном климате, даже с нашей дешевой электроэнергией, продление газопровода до нашего дома и покупка газовой печи обошлось примерно на 7000 долларов дешевле, чем приобретение электрического теплового насоса.

Тепловому насосу потребовалось бы 20 с лишним лет, чтобы окупить разницу, а ставка дисконтирования моей жены, даже с учетом корректировок во имя гармонии в браке, несколько выше.

Итак, теперь моя семья согревается холодной зимой Сиэтла с помощью ископаемого топлива. Мы остаемся частью проблемы. Меня это раздражает по сей день.

Я обнаружил, что в своем стремлении отказаться от нефти в обмен на электричество практически не было поддержки, помощи или указаний со стороны какого-либо агентства или организации.И это похоже на то, что многие семьи пытаются электрифицировать. В апреле Джастин Гердес написал фантастический материал для Greentech Media о попытках защитника окружающей среды из Калифорнии и его семьи полностью перейти на электричество. Они столкнулись с некоторыми из тех же извращенных стимулов, того же лабиринта бюрократических хлопот и сбитых с толку подрядчиков (даже в левом Калифорнии!), Но они были менее ленивы, чем я, и в конце концов победили. Тем не менее, это была сага.

Их и мой опыт иллюстрируют одну из наиболее сложных проблем декарбонизации экономики: сейчас большинство домов отапливаются и охлаждаются за счет ископаемого топлива, и изменить это будет сложно и кропотливо.В новом отчете цифры разбиваются (подробнее об этом чуть позже), но сначала давайте быстро разберемся, почему это вообще должно происходить.

Обезуглероживание означает электризацию — да, включая вашу печь

Мы знаем, что со временем нам нужно все электрифицировать! Иными словами, важнейшей частью сокращения выбросов углерода является переключение видов использования энергии, которые в настоящее время работают на сжигаемом ископаемом топливе, в частности, транспорт, отопление и охлаждение, а также тяжелая промышленность, на электричество, насколько это возможно, чтобы они могли работать. на безуглеродной энергии.

На отопление и охлаждение зданий приходится около 10 процентов выбросов в США. Хотя это не такая большая проблема выбросов углекислого газа, как, скажем, транспорт (28 процентов), во многих отношениях электрификация жилого сектора сложнее.

В настоящее время около 37 процентов домов в США электрифицированы, в основном на юге, в основном с использованием неэффективного отопления плинтусов, а не эффективных тепловых насосов. (Только около 1 процента американских домов в настоящее время имеют тепловые насосы.) Около 48 процентов домов используют природный газ, который преобладает во всех регионах, кроме Юга.А 14 процентов используют «прочее», то есть мазут или керосин, почти полностью на Северо-Востоке. (У Climate Central в США большой дефицит топлива для отопления, как и у Министерства энергетики.)

Надо вырастить эти синие полосы. DOE

В сумме миллионы и миллионы печей, работающих на ископаемом топливе, нуждаются в замене. А новые газовые печи по-прежнему появляются каждый день. До недавнего времени считалось, что высокоэффективные печи на природном газе были более предпочтительным вариантом с экологической точки зрения, учитывая, что электрические приборы часто потребляют энергию из энергосистемы с большим содержанием угля (а мазут просто грязный).Отопление на природном газе по-прежнему считается более дешевым вариантом (хотя, как мы увидим ниже, это не всегда так).

Короче говоря, за расширением сети природного газа по-прежнему стоит большой импульс. Общепринятая мудрость в отрасли и среди политиков отстает от последних достижений в области декарбонизации.

Итак, как мы можем запустить электрификацию в американских домах? Забавно, что вы спросите.

Тепловой насос зимой. Shutterstock

Экономика электрификации домов сильна и крепнет

Ранее в этом месяце Институт Скалистых гор выпустил отчет «Экономика электрификации зданий». Это пристальный взгляд на текущую экономику перехода с ископаемого топлива на электрические тепловые насосы в жилищном секторе, а также ряд рекомендаций по ускорению этого процесса.

Для начала, RMI рассчитывает затраты на электрификацию при различных тарифах на коммунальные услуги, как для нового строительства, так и для модернизации, на четырех рынках: Окленд, Калифорния; Хьюстон, Техас; Провиденс, Род-Айленд; и Чикаго, штат Иллинойс.

Есть три важных фактора, которые определяют разницу в стоимости электрификации для индивидуальных домовладельцев. Первый — это новое строительство дома (с новой техникой) или модернизация, т. Е. Замена существующей техники. Второй — хочет ли домовладелец купить / заменить только печь или печь и кондиционер одновременно (тепловые насосы служат обеим целям, поэтому они могут заменить оба прибора).

Третье связано с тарифами на электроэнергию и их структурой — являются ли они фиксированными или меняются в зависимости от времени суток.Различные ставки, как правило, повышают экономичность электроприборов.

Вот краткое изложение общих результатов:

Во многих сценариях, особенно при строительстве большинства новых домов, мы обнаруживаем, что электрификация снижает затраты в течение всего срока службы бытовой техники по сравнению с ископаемым топливом. Однако для многих существующих домов, которые в настоящее время отапливаются природным газом, электрификация приведет к увеличению затрат по нынешним ценам по сравнению с заменой газовых печей и водонагревателей новыми газовыми приборами.

Другими словами, тепловые насосы превосходят природный газ во всех крайних случаях. Вот краткая информация о том, кто может получить финансовую выгоду от электрификации :

Мы считаем, что электрификация является рентабельной для клиентов, переходящих с пропана или топочного мазута, для тех потребителей газа, которым в противном случае пришлось бы заменять печь и кондиционер одновременно, для клиентов, которые объединяют солнечную батарею на крыше с электрификацией, а также для большинства новых жилищное строительство, особенно с учетом избежания затрат на газопровод, услуги и счетчики, которые не нужны в полностью электрических кварталах.

То, что тепловые насосы во всех этих случаях превосходят природный газ, является хорошей новостью, и нуждается в более широкой известности, но на самом деле это еще не все из тех миллионов газовых печей, которые уже установлены и работают.

Нам тоже нужно заменить их, но сейчас у нас есть классическая проблема коллективных действий. Выбросы этих приборов не учитываются в их цене, поэтому они кажутся обманчиво дешевыми. И есть даже некоторые оставшиеся случаи в местах с большим количеством угля в сети, где природный газ содержит меньше углерода, чем электрическое тепло, по крайней мере, на данный момент (например, Чикаго).А строители и подрядчики все еще придерживаются мышления , что природный газ — лучший выбор; многие не знакомы с тепловыми насосами и не знают о них.

Неоднозначная текущая экономика и недостаточная осведомленность делают задачу замены ископаемого топлива в домашних условиях особенно сложной.

Электрификация системы отопления и охлаждения способствует гибкости энергосистемы

Но в долгосрочной перспективе нам нужно, чтобы наши дома были электрифицированы. Дело не только в том, что угольные электростанции повсеместно закрываются, а электросеть становится чище, что повышает экологические преимущества тепловых насосов.И дело не только в том, что в какой-то момент, вероятно, будет цена на углерод, которая сделает всю эту газовую инфраструктуру и эти газовые приборы более дорогими.

Кроме того, подключение большего количества приборов к электрической сети может предложить менеджерам энергосистем гибкость, позволяющую интегрировать больше возобновляемых источников энергии. По мере роста возобновляемых источников энергии такая гибкость будет цениться все больше и больше.

Поскольку ветровую и солнечную энергию нельзя напрямую контролировать — они приходят и уходят по своему собственному графику — объединяющая их сеть требует других источников гибкости, и одним из них является гибкий спрос, т.е.е., спрос на электроэнергию, который можно менять во времени, чтобы лучше соответствовать графикам возобновляемой генерации.

Электрические устройства могут служить этой цели, пишет RMI, «применяя автоматическое управление для непрерывного изменения профиля спроса клиента способами, которые либо невидимы для клиента, либо минимально влияют на него, а также за счет использования более детализированных структур тарифов, которые монетизируют гибкость спроса для снизить затраты как для потребителей, так и для сети ». Проще говоря: они могут изменить свое потребление.

Во-первых, неконтролируемый спрос со стороны бытовой техники; внизу, спрос сместился в сторону более эффективного использования дешевой возобновляемой энергии. RMI

Водонагреватели, в частности, можно запланировать для нагрева воды ночью, когда электроэнергия дешевая, или в полдень, когда в сети больше солнечной энергии. Они также могут предоставлять энергосистеме «вспомогательные услуги», такие как регулирование частоты.

Вот график изменения спроса на водонагреватели на Гавайях:

RMI

Но в настоящее время только 1 процент водонагревателей в США участвует в программах реагирования на спрос.

Кстати, как можно ускорить электрификацию систем отопления и охлаждения жилых помещений?

Повышение квалификации в области электрификации принесет назидание

Итак, вот где обстоят дела с электрификацией американских домов: во многих случаях экономика уже благоприятна, но при небольшой политической координации, о которой можно говорить, и очень слабой осведомленности общественности, это остается чем-то вроде неприятного приключения для индивидуальных домовладельцев.Для этого пока нет социальной или политической поддержки.

Это нужно изменить. Хотя я обычно скептически отношусь к кампаниям по «повышению осведомленности» (непроизвольное закатывание глаз), это действительно похоже на тот случай, когда небольшое общественное просвещение и хороший брендинг могут помочь.

Поскольку нет мощной индустрии, которая могла бы лоббировать такую образовательную кампанию (Big Heat Pump не совсем приносит прибыль), это дело штатов и коммунальных предприятий, которые понимают необходимость, некоммерческих групп по климату и декарбонизации, а также вас, читатели, путем обсуждения с друзьями-домовладельцами.

Пора снова охладить тепловые насосы. Или … круто в первый раз.

А пока, если у вас были свои собственные приключения в области электрификации дома, хорошие или плохие, я хотел бы о них услышать. Напишите мне письмо: [email protected].

Предотвращение нагрева в подвешенных микроканальных резонаторах, вызванного преобразованием, с использованием пьезоэлектричества

Хорошо известно, что резонансная частота SMR зависит от их эффективной массы и, таким образом, зависит от плотности жидкости, протекающей внутри каналов ^10,11,21.Температурное поведение таких устройств, работающих с включением PZE и оптическим считыванием, пустых и заполненных жидкостью, было описано ранее ²⁹. Однако в том предыдущем эксперименте считывающий лазер нагрел SMR и, таким образом, повлиял на рабочую температуру устройства. С полным преобразованием PZE мы можем устранить эффект лазерного нагрева и получить больший контроль над экспериментом. Мы делаем это, герметизируя устройства в вакууме в специальном интерфейсе, а затем изменяя температуру чипа между 25 и 50 ° C.Каждая уставка температуры стабилизируется термоэлектрическим регулятором температуры (ILX Lightwave LDT-5910C, Ньюпорт, США), реализованным с управлением с пропорциональной интегральной производной (ПИД). Контроллер считывает температуру с термистора, расположенного внутри металлического жидкостного соединителя, и, следовательно, регулирует входной ток модуля Пельтье, находящегося в прямом контакте с интерфейсом. После изменения каждой уставки мы ждем ~ 5 минут, чтобы температура на кристалле стала равномерной. Частота контролируется системой фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ) от синхронизирующего усилителя (UHFLI, Zurich Instruments, Швейцария).

На рисунке 1 показаны относительные частотные сдвиги SMR длиной 250 и 500 мкм, заполненные деионизированной водой, измеренные с полным преобразованием PZE. Как и ожидалось, при повышении температуры резонансная частота SMR следует той же тенденции. Действительно, плотность воды обратно пропорциональна температуре и уменьшается быстрее, чем модуль Юнга конструкционного материала резонатора. Примечательно, что данные действительны для любой длины SMR. Чувствительность устройства к температуре зависит только от соотношения площадей поперечного сечения твердого тела и жидкости SMR ²⁹.Рисунок 1 также демонстрирует отличное согласие при сравнении наших экспериментальных данных с результатами моделирования методом конечных элементов без подгонки параметров.

Рис. 1: Частотная зависимость SMR от однородной температуры.

Резонансная частота первой моды SMR длиной 250 и 500 мкм, заполненной деионизированной водой, в зависимости от температуры, применяемой с использованием равномерного нагрева. Несмотря на то, что модуль Юнга конструкционного материала уменьшается с понижением температуры, делая устройство более податливым, в изменении резонансной частоты преобладает уменьшение плотности воды

Следуя этой первоначальной характеристике, мы исследуем тепло, которое передается заполненному SMR из нашей оптической системы обнаружения, состоящей из лазерного доплеровского виброметра (LDV OFV-5000 с OFV-551, Polytec, Германия).Это позволяет нам оценить, насколько лазерное считывание влияет на ранее опубликованные результаты ²⁹. Для этого мы фокусируем лазер на кончике SMR и многократно включаем и выключаем его на разные периоды времени (5, 10 и 20 с), отслеживая частоту. Мощность лазера определялась независимо измерителем мощности (PM100D, ThorLabs, США) и составляла ~ 645 мкВт.

Мы повторяем эту процедуру при различных давлениях на входе в микрожидкостном канале, как показано на рис.2. Давление жидкости измеряется датчиком давления на линии жидкости перед подключением к интерфейсу. Давление создается с помощью шприцевого насоса (модуль низкого давления, CETONI GmbH), управляемого контуром ПИД-регулирования, управляемым с помощью специального коммерческого программного обеспечения (Qmix Elements, CETONI GmbH).

Рис. 2: Влияние лазерного нагрева на частоту SMR.

В то время как резонансная частота SMR непрерывно определяется с помощью пьезоэлектрического преобразования, лазерный луч фокусируется на кончике луча и многократно включается и выключается.Мы наблюдаем положительный сдвиг частоты при включении лазера и восстановление базовой линии после выключения. Величина смещения не зависит от времени освещения. Эксперимент проводится при различных входных давлениях и длится ~ 1 ч.

Как показано на рис. 2, когда луч сталкивается с SMR, сразу же обнаруживается положительный сдвиг резонансной частоты. Этот эффект похож на равномерное повышение температуры системы на 20 ° C по сравнению с рис.1. Резонансная частота возвращается к исходному значению, как только лазерный луч выключается. Мы не признаем какой-либо существенной разницы в сдвиге резонансной частоты в зависимости от того, как быстро лазер включается и выключается и как долго он остается включенным. Мы связываем такое поведение с временным и локальным изменением плотности воды, когда она нагревается лазером. Когда лазер отключается, поток воды внутри SMR уносит излишнее тепло, и система возвращается в исходное состояние.

По мере увеличения давления жидкости мы замечаем две вещи: (i) уменьшение базовой частоты, которое объясняется зависимостью резонансной частоты от давления ⁹, и (ii) уменьшение сдвига (рис. ) за счет лазерной подсветки. Этот последний эффект является четким доказательством того, что вода действует как охлаждающая среда посредством конвекции и что можно повысить эффективность охлаждения за счет более высокой скорости потока.

Первый эффект показывает снижение базовой частоты между началом эксперимента при давлении 0 бар и концом при давлении ~ 1.5 бар. Мы можем охарактеризовать чувствительность нашего SMR к давлению: −24 p.pm / bar. Мы понимаем, что входное давление вызывает расширение объема канала, что приводит к увеличению эффективной массы. Поскольку сдвиг частоты отрицательный, кажется, что этот эффект преобладает над жесткостью балки. Тем не менее, этот эффект незначителен по сравнению с эффектом лазерного освещения.

В этой статье мы представляем эксперименты, в которых используются SMR двух разных длин (250 мкм и 500 мкм) на разных микросхемах, каждый из которых имеет разную длину канала.В частности, SMR длиной 250 мкм (устройство A) является частью канала с двумя резонаторами, а SMR длиной 500 мкм (устройство B) является частью канала с шестью резонаторами. Следовательно, гидравлические сопротивления микроканалов различны, и одно и то же давление не обеспечивает одинаковую скорость потока в каждой из микросхем. Чтобы надлежащим образом сравнить влияние лазерного нагрева и конвекционного охлаждения на различные устройства, мы наносим измерения на основе расхода, а не входного давления, которое фиксируется экспериментально, поскольку измерения выполняются в установке с регулируемым давлением.Чтобы правильно рассчитать расход, сначала разделим приложенное давление на входе на гидравлическое сопротивление соответствующего канала. Согласно своим геометрическим размерам, канал устройства A имеет гидравлическое сопротивление ~ 5,26 бар / (мкл / мин), тогда как канал устройства B имеет сопротивление в ~ 1,46 раза выше из-за дополнительной длины. Для определения размеров каждого канала мы использовали экспериментально определенные значения после прорезания SMR с помощью технологии сфокусированного ионного пучка и наблюдали его размеры в поперечном сечении с помощью сканирующего электронного микроскопа.Подробности измерений доступны в разделе «Дополнительная информация». Для точной настройки расхода мы используем результаты моделирования переходных процессов с помощью конечно-элементного моделирования (МКЭ) стабилизации температуры в нашей системе по сравнению с экспериментальными результатами. Воспользовавшись нашим отслеживанием частоты с помощью системы ФАПЧ, мы можем изучить постоянную времени перехода. Присмотревшись к очевидно резким изменениям частоты, которые видны на рис. 2, мы действительно можем увидеть поведение экспоненциального затухания, которое можно подогнать для извлечения постоянной времени для каждого события (см. Дополнительную информацию).На рисунке 3 показаны извлеченные постоянные времени в зависимости от расхода как в абсолютном, так и в относительном выражении. Важно отметить, что значения этих постоянных времени зависят от теплопроводности, размеров поперечного сечения и расхода. Таким образом, можно использовать сравнение эксперимента и моделирования, чтобы (i) определить, что теплопроводность нашего нитрида кремния составляет κ _SiN ≈ 4 Вт / (мК) и (ii) точно настроить значения из упомянутых выше гидравлических сопротивлений, которые составляют R _{f, 250 мкм} = 5.26 бар / (мкл / мин) (то же, что рассчитано по размерам) и R _{f, 500 мкм} = 8,63 бар / (мкл / мин) (на 12% больше расчетного по размерам).

Рис. 3: Зависимость тепловой постоянной времени от расхода.

Для обоих устройств исследована постоянная времени τ частотного перехода при включении лазера. Постоянная времени уменьшается с увеличением расхода, подтверждая, что более высокая скорость жидкости в канале более эффективна для охлаждения SMR.Оба устройства ведут себя одинаково, при этом абсолютная постоянная времени SMR длиной 500 мкм в 3,5–3,75 раза выше, чем у SMR длиной 250 мкм ( τ масштабируется с квадратом длины)

Поведение, показанное на рис. 3, можно объяснить с учетом трех источников рассеивания тепла в системе: (i) теплопроводность через ls-SiN _x, (ii) теплопроводность через воду и (iii) конвекцию в воде. из-за потока. Поскольку устройства работают в вакууме (0.01 Па давление), конвекция и теплопроводность воздуха вокруг устройства не учитываются. Мы также пренебрегаем влиянием теплового излучения, потому что изменения температуры не очень велики (см. Дальнейшее обсуждение ниже). Мы замечаем, что результаты МКЭ показывают сглаживание значения времени теплового отклика для расходов ниже 20 нл / мин (рис. 3). При более низких значениях расхода преобладает проводимость, поэтому зависимости от расхода не наблюдается. Для диапазона значений расхода, который мы используем в экспериментах, конвекция из-за внутренней жидкости является доминирующим механизмом передачи тепла.

Используя скорректированные значения гидравлических сопротивлений, мы также можем построить график относительного сдвига частоты для каждого исследуемого SMR в зависимости от скорости потока, который показан на рис. 4. Мы перекрываем экспериментальные результаты (разбросанные данные, с планки погрешностей) с результатами моделирования МКЭ с использованием модального анализа со стационарным тепловым состоянием в качестве граничного условия. Согласование между результатами МКЭ и экспериментами замечательно. Мы можем видеть, как при расходе <20 нл / мин смоделированный отклик выравнивается, как и в случае времени теплового отклика.Для больших расходов смещение частоты уменьшается по величине при увеличении скорости потока. Например, в устройстве A расход 280 нл / мин соответствует частоте на 44% ниже, чем в случае отсутствия расхода. Как обсуждалось выше, скорости потока для каждого устройства различаются, потому что гидравлическое сопротивление различно. Для устройства B невозможно достичь более высоких скоростей потока, потому что в противном случае требуемое входное давление может разрушить входную мембрану.

Рис. 4: Эффект охлаждения внутренней жидкости.

Влияние потока жидкости на локальный нагрев, вызванный лазером, сфокусированным на острие кантилевера. Каждая точка представляет собой относительный сдвиг частоты, вызванный изменением состояния лазера (вкл. / Выкл.), Нормированный на максимальный сдвиг (без расхода). Данные экспериментов и моделирования показаны для двух устройств с двумя различными конфигурациями микросхем. Наблюдается уменьшение частотного сдвига по отношению к скорости потока, что свидетельствует о более эффективном охлаждении устройства по мере увеличения скорости жидкости.Вставки: устройство A имеет длину 250 мкм и является частью массива 2-SMR, в то время как устройство B простирается на 500 мкм, являясь частью более сложного массива 6-SMR

Последний интересный вопрос, который остается, заключается в том, будет ли лазер -эффект нагрева, который влияет на значение резонансной частоты, также влияет на нашу способность определять эту частоту. Чтобы оценить это, мы измеряем стабильность частоты и вычисляем девиацию Аллана, которая прямо пропорциональна чувствительности данного резонирующего датчика и является признанным инструментом для оценки производительности устройства в сообществе M / NEMS ³⁰.Для этого эксперимента мы поддерживаем постоянную скорость потока ~ 50 нл / мин и отслеживаем резонансную частоту с помощью ФАПЧ (полоса пропускания 100 Гц). Мы регистрировали частоту в течение 5 минут при трех различных условиях: без какого-либо внешнего света, при фокусировке стандартного белого света микроскопа на луч и при фокусировке как белого света, так и лазера LDV. На рисунке 5 показано отклонение Аллана для трех разных случаев. Мы замечаем, что дополнительный свет ухудшает производительность устройства.В частности, включение схемы обнаружения LDV ухудшает стабильность на два порядка (при времени интегрирования 1 с). Этот результат указывает на то, что производительность SMR значительно снижается при реализации оптического считывания. Чтобы достичь предельного уровня обнаружения, кажется, что использование встроенных в кристалл методов считывания, таких как пьезорезистивные методы или методы PZE, приведет к более высокой чувствительности.

Рис. 5: Влияние освещения на стабильность частоты.

Отклонение Аллана для SMR длиной 500 мкм при скорости потока воды ~ 50 нл / мин (входное давление 370 мбар).Минимальное отклонение ниже 20 п.п. со временем интегрирования от 2 до 4 с достигается при удалении всего внешнего света. В отличие от этого, светодиод (для визуализации кантилевера) и лазер вносят значительный вклад в шум резонатора.

В этой рукописи мы впервые демонстрируем полное встроенное PZE преобразование изгибных SMR. Эта схема обнаружения позволяет нам анализировать обратное действие альтернативного и широко используемого метода оптического обнаружения — лазерной доплеровской виброметрии — на нашем устройстве.Мы показываем, что лазерный луч передает значительное количество тепла, измеряемое по сдвигу резонансной частоты, в SMR. Степень сдвига частоты может контролироваться скоростью потока жидкого аналита, что указывает на то, что конвекция является важным механизмом рассеивания тепла. Мы даже наблюдаем, что значительное улучшение частотного шума достигается, когда SMR не освещается внешним светом.

Хотя преобразование PZE на кристалле увеличивает сложность изготовления и увеличивает эффективную массу SMR, преимущества перевешивают недостатки, поскольку мы получаем стабильность частоты (компенсируя увеличение эффективной массы) и упрощаем общую экспериментальную установку. что может означать смену парадигмы для области калориметрии одиночных клеток.