Итп индивидуальный тепловой пункт что это такое: Индивидуальный тепловой пункт: схемы и решения

Содержание

итп индивидуальный тепловой пункт — что это такое?

В последнее время особенно остро возникла проблема энергосбережения, в частности, сбережения тепловой энергии. Для решения этой задачи в зданиях и сооружениях стали устанавливать итп. Эта аббревиатура означает индивидуальный тепловой пункт что это такое и для чего он нужен – об этом расскажем чуть ниже.

Сфера применения

Индивидуальный тепловой пункт представляет собой установку, посредством которой осуществляется подключение к системам горячего водоснабжения и теплоснабжения и подача этих ресурсов конечному потреблению. Эта установка обеспечивает выполнение следующих задач:

Мониторинг основных значений циркуляции жидкости в системе (давление, температура объемы).
Учет расхода теплоносителя.
Защита система при возникновении аварийных ситуаций.
Равномерное распределение теплоносителя по трубопроводной системе здания.
Удобное и безопасное включение и отключение теплоснабжения.
Для того чтобы обеспечить выполнение столь широкого набора функций, индивидуальный тепловой пункт должен быть оснащен следующим набором оборудования:

Элеватор – обеспечивает смешивание воды из централизованной сети и теплоносителя из обратного трубопровода.
Запорная арматура – вентили и задвижки обеспечивают подачу и отключение тепла.
Манометры – обеспечивают контроль давления в трубопроводной системе.
Термометры – контролируют заданный уровень температуры теплоносителя.
Фильтры – обеспечивают первичную и вторичную очистку теплоносителя от загрязнений (используются сетчато-магнитные фильтры).
Счетчики тепловой энергии – обеспечивают учет объемов потребленного тепла.
Преимущества

Если вы хотите знать, индивидуальный тепловой пункт что это такое, то нужно знать, какие преимущества дает использование этого устройства. А этих преимуществ не так уж и мало:

Высокая экономичность – в отличие от других способов подачи теплоносителя использование итп позволяет сэкономить до 30% тепловой энергии.
Миниатюрные габариты – размеры итп позволяют без труда разместить установку в подвальном помещении, правда, габариты устройства будут зависеть от её пропускной способности.
Полностью автоматизированный процесс подачи теплоносителя.
Бесшумная работа.
Легкость в обслуживании – этот процесс не потребует от исполнителя высокой квалификации.
Подытоживая эти преимущества, можно сказать, что использование ИТП позволяет минимизировать расходы как конечных потребителей тепла, так и ресурсоснабжающих организаций.

Разновидности итп

В зависимости от назначения, итп делятся на установки ГВС и для обеспечения помещений теплом в холодное время года. В первом случае используется независимая одноступенчатая схема с двумя теплообменниками пластинчатого типа (рассчитаны на 50% номинальной мощности). В таком типе устройства используются также и понижающие насосы. Второй тип устройства используется независимая схема с двумя теплообменниками (один для отопления, а другой для водоснабжения), оба теплообменника рассчитаны на 100-процентную нагрузку. Помимо двух указанных типов ИТП, существуют модификации для ГВС, отопления и вентиляции. Вне зависимости от типа, устройства этого типа изготавливается по персональному заказу, параметры устройства зависят от схемы отопления и водоснабжения, объемов потребляемых ресурсов и других характеристик. Теперь вы знаете, индивидуальный тепловой пункт что это такое, его назначение, преимущества и сфера применения, а значит, сможете использовать эти знания при организации отопления или водоснабжения частного домовладения или многоквартирного дома.

ИТП — индивидуальный тепловой пункт, принцип работы » АСД Екатеринбург

Когда речь заходит о рациональном использовании тепловой энергии, все сразу же вспоминают о кризисе и неимоверных счетах по «жировкам», им спровоцированных. В новых домах, где предусмотрены инженерные решения, позволяющие регулировать потребление тепловой энергии в каждой отдельной квартире, можно найти оптимальный вариант отопления или горячего водоснабжения (ГВС), который устроит жильца. В отношении старых строений дело обстоит куда сложнее. Индивидуальные тепловые пункты становятся единственным разумным решением задачи экономии тепла для их обитателей.


Определение ИТП — индивидуальный тепловой пункт

Согласно хрестоматийному определению ИТП — это не что иное, как тепловой пункт, предназначенный для обслуживания целого здания или отдельных его частей. Эта сухая формулировка требует пояснения.

Функции индивидуального теплового пункта заключаются в перераспределении энергии, поступающей из сети (центральный тепловой пункт или котельная) между системами вентиляции, ГВС и отопления, в соответствии с потребностями здания. При этом учитывается специфика обслуживаемых помещений. Жилые, складские, подвальные и другие их виды, разумеется, должны отличаться и по температурному режиму и параметрам вентиляции.

Установка ИТП подразумевает наличие отдельного помещения. Чаще всего оборудование монтируется в подвальных или технических помещениях многоэтажек, пристройках к многоквартирным домам или в отдельно стоящих строениях, находящихся в непосредственной близости.

Модернизация здания путем установки ИТП требует существенных финансовых затрат. Несмотря на это, актуальность ее проведения продиктована преимуществами, сулящими несомненные выгоды, а именно:

  • расход теплоносителя и его параметры подвергаются учету и оперативному контролю;
  • распределение теплоносителя по системе в зависимости от условий теплопотребления;
  • регулирование расхода теплоносителя, в соответствии с возникшими требованиями;
  • возможность изменения вида теплоносителя;
  • повышенный уровень безопасности в случаях аварий и прочие.

Возможность влиять на процесс расхода теплоносителя и его энергетические показатели привлекательна сама по себе, не говоря об экономии от рационального использования тепловых ресурсов. Единовременные же затраты на оборудование ИТП с лихвой окупятся за весьма скромный промежуток времени.


Состав индивидуального теплового пункта

Структура ИТП зависит от того, какие системы потребления он обслуживает. В общем случае в его комплектацию могут входить системы обеспечения отопления, ГВС, отопления и ГВС, а также отопления, ГВС и вентиляции. Поэтому в состав ИТП обязательно входят следующие устройства:

  1. теплообменники для передачи тепловой энергии;
  2. арматура запорного и регулирующего действия;
  3. приборы для контроля и измерения параметров;
  4. насосное оборудование;
  5. щиты управления и контроллеры.

Здесь приведены лишь устройства, присутствующие на всех ИТП, хотя каждый конкретный вариант может иметь и дополнительные узлы. Источник холодного водоснабжения, обычно находится в том же помещении, например.

Схема теплового пункта отопления построена с использованием пластинчатого теплообменника и является полностью независимой. Для поддержания давления на требуемом уровне устанавливается сдвоенный насос. Предусмотрен простой способ «доукомплектации» схемы системой горячего водоснабжения и другими узлами, и агрегатами, включая приборы учета.

Работа ИТП для ГВС подразумевает включение в схему пластинчатых теплообменников, работающих только на нагрузку по ГВС. Перепады давления в этом случае компенсируются группой насосов.

В случае организации систем для отопления и ГВС выше рассмотренные схемы объединяются. Пластинчатые теплообменники отопления работают вместе с двухступенчатым контуром ГВС, причем подпитка системы отопления осуществляется от обратного трубопровода теплосети посредством соответствующих насосов. Сеть холодного водоснабжения же является подпитывающим источником для системы ГВС.

Если к ИТП необходимо подключить и систему вентиляции, то он оснащается еще одним пластинчатым теплообменником, связанным с ней. Отопление и ГВС продолжают работать по ранее описанному принципу, а контур вентиляции подключается аналогично отопительному с добавлением необходимых контрольно-измерительных приборов.


Индивидуальный тепловой пункт. Принцип работы

Центральный тепловой пункт, являющийся источником теплоносителя, подает горячую воду на вход индивидуального теплового пункта через трубопровод. Причем эта жидкость никоим образом не попадает ни в одну из систем здания. Как для отопления, так и для подогрева воды в системе ГВС, а также вентиляции используется исключительно температура подаваемого теплоносителя. Передача энергии в системы происходит в теплообменниках пластинчатого типа.

Температура передается магистральным теплоносителем воде, забранной из системы холодного водоснабжения. Итак, цикл движения теплоносителя начинается в теплообменнике, проходит через тракт соответствующей системы, отдавая тепло, и по обратному магистральному водопроводу возвращается для дальнейшего использования на предприятие, обеспечивающее теплоснабжение (котельную). Часть цикла, предусматривающая отдачу тепла, обогревает жилища и делает воду в кранах горячей.

Холодная вода поступает в подогреватели из системы холодного водоснабжения. Для этого используется система насосов, поддерживающих требуемый уровень давления в системах. Насосы и дополнительные устройства необходимы для снижения, либо повышения, давления воды из снабжающей магистрали до допустимого уровня, а также его стабилизации в системах здания.


Преимущества использования ИТП

Четырехтрубная система теплоснабжения от центрального теплового пункта, применявшаяся раньше достаточно часто, имеет массу недостатков, которые отсутствуют у ИТП. Кроме того, последний имеет ряд весьма значительных преимуществ перед конкурентом, а именно:

  • экономичность, обусловленная значительным (до 30%) снижением потребления тепла;
  • доступность приборов упрощает контроль как за расходом теплоносителя, так и количественными показателями тепловой энергии;
  • возможность гибкого и оперативного влияния на расход тепла путем оптимизации режима его потребления, в зависимости от погоды, например;
  • простота монтажа и довольно скромные габаритные размеры устройства, позволяющие размещать его в небольших помещениях;
  • надежность и стабильность работы ИТП, а также благоприятное влияние на те же характеристике обслуживаемых систем.

Этот перечень можно продолжать сколь угодно долго. Он отражает лишь основные, лежащие на поверхности, преимущества, получаемые при использовании ИТП. В него можно добавить, например, возможность автоматизации управления ИТП. В этом случае его экономические и эксплуатационные показатели становятся еще более привлекательными для потребителя.

Наиболее существенным недостатком ИТП, если не считать транспортных расходов и затрат на погрузочно-разгрузочные мероприятия, является необходимость улаживания всевозможного рода формальностей. Получение соответствующих разрешений и согласований можно отнести к очень серьезным задачам.

Фактически, такие задачи сможет решить только специализированная организация.

Этапы установки теплового пункта

Понятно, что одного решения, пусть и коллективного, основанного на мнении всех жильцов дома, недостаточно. Кратко процедуру оснащения объекта, многоквартирного дома, например, можно описать следующим образом:

  1. собственно, позитивное решение жильцов;
  2. заявка в теплоснабжающую организацию для разработки технического задания;
  3. получение технических условий;
  4. пред проектное обследование объекта, для определения состояния и состава имеющегося оборудования;
  5. разработка проекта с последующим его утверждением;
  6. заключение договора;
  7. реализация проекта и проведение пусконаладочных испытаний.

Алгоритм может показаться, на первый взгляд, достаточно сложным. На самом же деле, всю работу начиная от решения и заканчивая принятием в эксплуатацию можно сделать менее чем за два месяца. Все заботы нужно возложить на плечи ответственной компании, специализирующейся на оказании подобного рода услуг и позитивно зарекомендовавшей себя. Благо, сейчас таковых предостаточно. Останется лишь дожидаться результата.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter

Ещё больше интересного материала

определение, виды, устройство, принцип работы

Содержание статьи

Введение

Горячая вода, отопление, теплый пол, чистый приточный воздух, нагретый до нужной температуры – все это составляющие не только комфорта, но и требование санитарных норм (для больниц, детских садов, школ, интернатов).

Для всех этих систем необходим теплоноситель. Его подготовка для подачи конечному потребителю с требуемыми параметрами осуществляется в Тепловых пунктах. Что такое тепловой пункт, какие виды ТП бывают и чем они отличаются – об этом читайте далее.

Что такое тепловой пункт – определение

Тепловой пункт (ТП) – это помещение, либо здание, в котором происходит подключение систем отопления, вентиляции, горячего водоснабжения к тепловой сети.

Рис. 1. Тепловой пункт

Что входит в тепловой пункт?

Тепловые пункты включают в себя следующее оборудование:

  • Запорную арматуру;
  • Теплообменники;
  • Насосы;
  • Расширительные баки;
  • Регуляторы давления;
  • Приборы для контроля, управления, автоматизации.

Назначение тепловых пунктов

Тепловые пункты предназначены для:

  • Подготовки теплоносителя для внутренних систем до необходимого уровня давления и температуры;
  • Контроля значений температуры и давления теплоносителя;
  • Учета потребленного тепла;
  • Регулирования температуры, либо количества теплоносителя;
  • Распределения теплоносителя по отдельным системам;
  • Защиты систем здания от повышения температуры или давления теплоносителя;
  • Подготовки горячего водоснабжения.

Принцип работы теплового пункта

Рис. 2. Устройство теплового пункта

  1. ТЭЦ или котельные, как источники тепла, нагревают теплоноситель, далее по магистральным сетям он поступает в тепловой пункт.
  2. Температура теплоносителя от ТЭЦ, как правило, составляет 150/70 ᵒС. Воду с такой высокой температурой подавать в системы отопления здания и ГВС нельзя, так как будут нежелательные последствия, такие как ожоги. В связи с этим необходимо понизить температуру теплоносителя. Это решается следующими вариантами:
  • При зависимом присоединении используются элеваторы, либо насосы, которые подмешивают воду из обратной магистрали в подающую.
  • При независимом присоединении используются теплообменники. Таким образом, вода из тепловой сети циркулирует через теплообменник, нагревая внутренний контур.

Подробно о зависимой и независимой системах теплоснабжения можно прочитать в данной статье.

  1. Для того чтобы теплоноситель циркулировал по системам отопления, в тепловом пункте устанавливаются циркуляционные насосы.
  2. С целью исключения нежелательных последствий аварийного повышения давления в магистральных тепловых сетях предусматривают установку регуляторов давления.
  3. Количество тепла, которое подается от магистральных тепловых сетей, рассчитывается на максимальную нагрузку, чтобы в самые холодные зимние дни потребители не замерзли. Когда температура наружного воздуха повышается, то необходимо уменьшить количество тепла, которое подается в отопительные приборы, иначе произойдет перегрев внутреннего воздуха помещений. Таким образом, в тепловом пункте происходит регулирование отпуска тепла.
  4. Вода для систем ГВС также подготавливается в тепловом пункте в теплообменнике.
  5. Обязательным элементом является узел учета тепла. Его наличие обусловлено законом об энергосбережении № 261-ФЗ.
  6. Заключительным элементом является распределительная гребенка, от которой теплоноситель распределяется по необходимым системам.

Виды тепловых пунктов

Тепловые пункты подразделяются на:

  • ЦТП – центральные тепловые пункты. Обслуживают несколько зданий, микрорайон.
  • ИТП – индивидуальные тепловые пункты. Обслуживают только одно здание. Чаще всего размещаются в специальном помещении подвала обслуживаемого здания.
  • БТП – блочные тепловые пункты. Представляют из себя готовое изделие, которое поставляется в здание несколькими блоками – остается только присоединить посредством фланцев. За счет этого сокращаются сроки монтажа и ввода в эксплуатацию ТП. Могут применяться как для ЦТП, так и для ИТП.

Все эти тепловые пункты имеют одно назначение и принцип работы у всех одинаков. Единственное различие – это количество обслуживаемых зданий.

Что лучше: ИТП или ЦТП?

В настоящее время для присоединения здания к наружным тепловым сетям применяют в основном индивидуальные тепловые пункты.

Различия между этими тепловыми пунктами представлены в таблице:

ЦТП

ИТП

Средний температурный режим для всех обслуживаемых зданий. В связи с этим здание, которое расположено ближе к ЦТП будет перегрето, а здание, которое расположено дальше от ЦТП, будет недогрето.

Температурный режим устанавливается индивидуально для конкретного здания.

Невозможно установить оптимальную температуру ГВС для конкретного здания.

Так как все здания, подключенные к ЦТП, имеют различную длину трубопроводов, то горячая вода по-разному остывает по пути от ЦТП до конкретного дома.

Температура горячей воды оптимальна, т.к. теплообменник ГВС установлен  непосредственно в доме, а значит, исключены потери тепла по трубопроводам.

Циркуляция ГВС не обеспечивается должным образом, поэтому в некоторых квартирах из крана с горячей водой некоторое время бежит холодная вода.

Постоянная циркуляция ГВС в доме, следовательно,  у потребителя из крана с горячей водой всегда поступает горячая вода.

Большие потери тепла по трубопроводам от ЦТП до потребителя.

Меньшие потери тепла, так как длина магистральных труб от точки врезки в тепловые сети до ИТП минимальна.

В случае какой либо неисправности в ЦТП без горячей воды и тепла окажутся жители сразу нескольких домов.

Меньшее количество аварийных отключений тепла у потребителей.

Каждый год летом происходит плановое отключение горячей воды у потребителей на продолжительное время для проведения технического обслуживания и профилактического ремонта.

Отключение ГВС не затрагивает сразу большое количество абонентов, профилактическое обслуживание не занимает продолжительное время.

Заключение

  1. Тепловые пункты – это необходимая часть инженерного обеспечения любого здания.
  2. В новом строительстве применяются в основном ИТП, так как они:
  • Обеспечивают наиболее оптимальные параметры теплоносителя;
  • Минимизируют потери тепла при транспортировке теплоносителя по магистралям;
  • Проще в обслуживании и эксплуатации;
  • Обладают более точной регулировкой.
  1. Производители БТП существенно облегчили жизнь монтажным бригадам, так как после того, как модули БТП поставляются на объект, монтажникам остается лишь подключить БТП к трубопроводам и электрическим сетям.

ИТП

ИТП (индивидуальный тепловой пункт) — это комплекс технических устройств, предназначенный для присоединения систем теплопотребления здания (отопление, вентиляция, горячее водоснабжение (ГВС)) к тепловой сети и для передачи и распределения тепловой энергии теплоносителя (горячей воды) от тепловой сети к системам теплопотребления жилых, производственных, складских и др. зданий.

Индивидуальный тепловой пункт включает в себя:

  • систему горячего водоснабжения (ГВС), предназначенную для обеспечения дома горячей водой;
  • систему холодного водоснабжения, обеспечивающую необходимое давление в системе водоснабжения жилых помещений;
  • систему отопления, которая поддерживает в помещениях заданную температуру воздуха;
  • систему вентиляции, которая обеспечивает подогрев воздуха, поступающего в вентиляционные системы зданий.

Схема работы ИТП

Индивидуальный тепловой пункт работает по следующей схеме. Котельная отдает теплоноситель (чаще всего это вода) по трубопроводу в подогреватели систем горячего водоснабжения и отопления в квартиры, далее теплоноситель идет в обратный трубопровод и возвращается на котельную для вторичного использования.
Система холодного водоснабжения через насосы поставляет воду в систему, где происходит ее распределение: одна часть уходит в квартиры, другая переводится в циркуляционный контур системы горячего водоснабжения для подогрева и дальнейшего распределения горячей воды и отопления.

Индивидуальный тепловой пункт состоит из множества устройств – входные и выходные коллекторы, трубопроводы, насосы, теплообменные аппараты (теплообменники), контрольно-измерительные приборы (КИП), терморегуляторы и прочее. Как видно, ИТП довольно сложная система, поэтому требует тщательного обслуживания.

Обслуживание индивидуального теплового пункта включает в себя:

  • осмотр элементов системы отопления (теплообменников, насосов, КИП). При необходимости производится ремонт и замена этих узлов, а также промывка и очистка теплообменников.
  • осмотр системы вентиляции (приборы автоматической регуляции, КИП, запорная арматура)
  • осмотр системы ГВС
  • контроль параметров теплоносителя (давление, температура, расход)
  • проверка узла подпитки
  • осмотр терморегуляторов ГВС
  • а также осмотр других устройств в составе ИТП.

ИНДИВИДУАЛЬНЫЕ ТЕПЛОВЫЕ ПУНКТЫ (ИТП или МТП)

Применение:

— в новом строительстве;

— при реконструкции и капитальном ремонте;

— термомодернизации зданий для комплектации узлов ввода тепловых сетей.

 

Функции:

— приготовление горячей воды для ГВП;

— регулировка спуск тепла в системы отопления, вентиляции и на технологические надобности;

— поддержка нормированных значений давления теплоносителя как в внутренних системах, так и в системе подачи теплоносителя.

 

Преимущество применения:

  1. Экономия до 15% тепла при модернизации тепловых пунктов с морально устаревшими приборами автоматики и контроля за счет:

— программирования современного контроллера на уменьшения температуры подачи теплоносителя в систему отопления  в не рабочие (ночные) часы и праздничные дни до 10%;

— меньшей погрешности измерений датчиков температуры и давления – до 2%; 
 — уменьшения частоты вращения циркуляционных насосов при увеличении сопротивления системы отопления (закрываются радиаторные термоголовки) – до 50% электрической энергии; 

— фактора оплаты потребителем за учетную тепловым счетчиком энергию и, связанным с этим, психологическим фактором ограничения непродуктивных потерь тепла самим потребителем – до 4%.

  1. При замене элеваторных узлов современный контроллер ИТП регулирует температуру подачи теплоносителя строго в зависимости от внешней температуры воздуха.

Как практиковалось ранее, в переходной период года теплосеть производила теплоноситель с завышенной температурой, что приводило к перегреву помещений и влекло непродуктивные траты тепла. Экономия, связанная с заменой элеваторных узлов на тепловые сети, в годовом выражении — до 4% тепла.

  1. Дополнительно уменьшения потерь в тепловых системах, до 2 раз, можно при переходе с 4-трубной системы теплоснабжения на 2-трубную с приготовлением горячей воды в теплообменнике горячего водоснабжения ИТП. В количественном выражении экономия зависит от длины тепловых сетей между ИТП и источником тепла (в среднем – до 15%).
  2. Регуляторы перепада давления, которые установленные в ИТП, в автоматическом режиме балансируют потери теплоносителя между ИТП одного микрорайона (ИТП котельной), что экономит электрическую энергию на перекачку теплоносителя циркуляционными насосами котельной до 30%.
  3. Современные комплектующие теплового пункта более надежны, которые не требуют постоянного обслуживания, комплектация конструкции ИТП приборами контроля, датчиками и реле позволяют перевести обслуживания в режим мониторинга квалификационным инженерно-техническим персоналом, потери от быстрого износа оборудования уменьшаются на 30%.

Объединение ИТП системами мониторинга и управления позволяет отказаться от трат на дежурных и контрольно-обслуживающие подразделения теплоснабжающих компаний. 

6. Индивидуальные тепловые пункты могут иметь дополнительную функции использования в летний и переходной период с применением альтернативных источников тепла (солнечные коллектора, электрическая энергия и прочее).

Индивидуальный тепловой пункт,центральный тепловой пункт,теплопункт,автоматизированный тепловой пункт,автоматизация тепловых пунктов,блочный тепловой пункт,модульный тепловой пункт

Тепловой пункт (теплопункт) представляет собой автоматизированную модульную установку, передающую при помощи теплоносителя тепловую энергию к системам отопления, горячего водоснабжения помещения и вентиляции.

Индивидуальный тепловой пункт

           Индивидуальный тепловой пункт является совершенно незаменимым при обслуживании одного здания или сооружения. Особенно актуальным можно назвать автоматизированный тепловой пункт современных и качественных производителей, лидирующих на строительном мировом рынке. Строительная компания «Синто» осуществляет проектирование тепловых пунктов для целого здания, определенной части здания или жилого дома. Индивидуальный тепловой пункт также будет идеальным решением вопроса, связанным с обеспечением населения и помещения  горячим водоснабжением.

             Если здание подключено к центральной системе отопления, особенно если речь идет об одной семье, малый индивидуальный тепловой пункт будет актуальным и незаменимым. Крупный индивидуальный тепловой пункт подойдет скорее для многоквартирного дома или многоэтажного здания, чтобы обеспечить достаточным количеством горячей воды. Поэтому теплопункт необходим и для общественных целей, и для промышленного производства.

           В том случае, если заказчику требуется автоматизированный тепловой пункт и его схема, наши специалисты предлагают комплексное проектирование тепловых пунктов, на основании которого будут выполняться все последующие строительно-монтажные мероприятия.

          Проектирование, монтаж и автоматизация тепловых пунктов осуществляется в максимально короткие сроки, установленные договором, и с учетом всех пожеланий и рекомендаций клиента.

 

Центральный тепловой пункт

 

           Центральный тепловой пункт (теплопункт) — это автоматизированный тепловой пункт, который осуществляет обслуживание более чем одного здания или сооружения. Как правило, центральный тепловой пункт обеспечивает горячим водоснабжением группы домов или большие промышленные  предприятия на протяжении года вне зависимости от климатических условий.

         Центральный тепловой  пункт полностью изготавливается  на заводе, поэтому на месте установки практически не требует монтажа. Необходимо только подключить его к действующим сетям.  

            Центральный тепловой пункт включает в себя несколько видов оборудования.

1.      Водомерные и тепловые узлы.

2.      Пластинчатые, многоходовые и другие теплообменники.

3.      Различные виды насосов (противопожарные, циркуляционные хозяйственные и др.)

4.      Запорно-регулирующая арматура.

 

Модульный тепловой пункт

 

           Модульный тепловой пункт является полностью законченным и спроектированным  на заводе тепловым пунктом. Модульный тепловой пункт не требует доработок, и позволяет в максимально сжатые сроки подключить здания к горячему водоснабжению. Автоматизация тепловых пунктов также включена в первоначальную заводскую разработку оборудования.

         Модульный тепловой пункт может использоваться  на объединенной раме с общим автоматическим регулированием. Однако он используется и в качестве отдельного блочного автоматизированного теплового пункта, проектирование тепловых пунктов для полной готовности осуществляется на заводе для систем горячего водоснабжения, вентиляции или отопления.

          Проектирование тепловых пунктов возможно как автоматизированное локальное управление, так и дистанционное управление теплообменным оборудованием. Модульный тепловой пункт проектируется на современной и сертифицированной технологической базе и отечественного, и зарубежного производителя.

Блочный тепловой пункт

     

          Блочный тепловой пункт изготавливается на заводе и доставляется к месту монтажа в виде готовых блоков (как правило, небольшого компактного размера). Блочный тепловой пункт может состоять из одного блока или из комплекса блоков. При установке блочного теплового пункта используется одна общая рама. Традиционно блочный тепловой пункт проектируется в небольших помещениях, в которых нельзя установить большие тепловые пункты. Блочный тепловой пункт может быть как центральным, так и индивидуальным.

        Блочный тепловой пункт собирается очень просто в месте строительства, поэтому практически не требует значительных  материальных затрат, и экономит время. Комплектация, которую предусматривает блочный тепловой пункт, обговаривается с каждым клиентом  индивидуально.

Индивидуальные тепловые пункты (ИТП) | Пермь

Заказать котельную

Индивидуальный тепловой пункт (ИТП) — это комплексная система, предназначенная для перенаправления теплоэнергии из центральной сети в отдельное здание или в его часть, а также для регулирования и учёта потребляемого тепла. Один ИТП обрабатывает только одно здание, поэтому в его названии и фигурирует слово «индивидуальный»: этим индивидуальный тепловой пункт отличается от центрального теплового пункта (ЦТП), который обеспечивает теплом и горячей водой целую группу промышленных или жилых объектов.

Обычно индивидуальные тепловые пункты располагаются в подвале здания, но могут занимать и отдельное помещение.

Состав технологического оборудования ИТП включает в себя:

  • автоматическую систему регулирования и контроля;
  • узел отопления;
  • узел подпитки контура отопления;
  • узел горячего водоснабжения.

Узел отопления поддерживает в системе отопления определённую температуру. Контур отопления по зависимой или независимой схеме подключается к источнику теплогенерации. При зависимой схеме теплофикационная вода от объекта теплогенерации направляется в отопительные батареи напрямую. При независимой схеме она поступает в теплообменники, где нагревает воду для второго контура отопления. После теплообменников нагретая вода циркуляционными насосами перенаправляется в систему отопления. Обычно в такой схеме работают два циркуляционных насоса, активирующихся поочередно, чтобы при поломке одного из насосов автоматика сразу же включала резервный.

Регулирование температуры в системе отопления осуществляет трехходовой клапан с электроприводом, который монтируется на подающем трубопроводе. При зависимой схеме подключения клапан управляет количеством подаваемой теплофикационной воды в систему отопления. Если используется независимая схема, клапан определяет расход теплоносителя, поддерживая нужную температуру на выходе из теплообменников.

Узел подпитки контура отопления поддерживает нужное давление в контуре. Подпитка включается при падении ниже того давления, которое допустимо в контуре отопления. Функцию подпитки контура выполняют трехходовой клапан или подпиточные насосы.

Узел горячего водоснабжения выполняет функцию обеспечения горячей водой 55°С или 60°С. Теплоноситель от объекта теплогенерации проходит через теплообменники ГВС и нагревает в них воду до заданной температуры, затем нагретая вода циркуляционными насосами направляется потребителям. Функцию регулирования температуры ГВС выполняет клапан с электроприводом, который монтируется на подающем трубопроводе и регулирует расход теплоносителя для поддержание определённой температуры на выходе из теплообменников.

Автоматическая система регулирования и контроля предназначена для поддержания заданной температуры теплоносителя, осуществления погодозависимого регулирования, поддерживания требуемого перепада давления теплофикационной воды. Она позволяет избежать перетопов за счет системы регулирования внутренней температуры, которая основывается на температуре воздуха снаружи и на температуре в вентиляции.

Система автоматизация индивидуальных тепловых пунктов обеспечивает совмещение энергосбережения и комфорта в помещениях; задает правильный режим работы, зависящий от погоды, времени суток, праздничных и выходных дней. Автоматизация избавляет от необходимости содержать дефицитный сегодня высококвалифицированный персонал, обеспечивает бесперебойную работу ИТП и более продолжительные сроки его эксплуатации.

Данные аналитических обзоров говорят о том, что использование индивидуальных тепловых пунктов помогает минимизировать затраты на эксплуатацию вплоть до 60% по сравнению с центральными тепловыми пунктами, и до 15% снизить теплопотери за счет возможности выбора режимов теплопотребления и теплоснабжения.

Позвоните нам, если у Вас остались вопросы: 8(495)781-81-55

Для расчёта стоимости котельной, пожалуйста,
заполните опросный лист на котельную.
Опросный лист можно заполнить в онлайн-режиме или скачать.

По всем возникшим вопросам:
телефон: 8 (906) 700-40-55
электронная почта: [email protected]

Система теплообменника: медь, двойная труба и т. Д.

ACT находится на переднем крае разработки инновационных технологий теплообменников, участвуя в нескольких инновационных программах НИОКР по теплообменникам, в том числе:

В этих программах используются различные технологии управления температурным режимом, и они демонстрируют широту технических знаний компании ACT по теплообменникам. Ниже приводится краткое описание каждой из этих передовых технологий.

Теплообменники с прямым контактом для высокоэффективных систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха

ACT разрабатывает вихревой теплообменник с прямым контактом (VDHX) для систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха с более высокой эффективностью и меньшей массой.VDHX представляет собой модификацию вихревого фазового сепаратора с импульсным приводом, который в настоящее время разрабатывается в ACT для применения в условиях микрогравитации.

VDHX показан на рисунке 1. Во время работы воздух входит через входную спиральную камеру, которая центростремительно ускоряет воздушный поток и образует высокоскоростной принудительный воздушный вихрь. Помимо индуцированного вихревого движения, воздушный поток направлен в осевом направлении и движется от входной спиральной камеры в смесительную камеру. Охлажденная вода вводится в смесительную камеру в виде капель, образующихся из распылительных каналов.Распылительные каналы ориентированы таким образом, что капли попадают в распылительную камеру в поперечном потоке с воздушным вихрем. Во время прохождения через распылительную камеру капли обмениваются тепловой энергией с воздушным потоком путем прямого контакта. Длина распылительной камеры рассчитана таким образом, что воздух достигает теплового равновесия с водой перед выходом из этой секции. Это приводит к значительному охлаждению воздуха и небольшому нагреванию воды.

Как и в обычной системе охлаждающего змеевика, конденсация возникает, если воздух охлаждается ниже точки росы.Однако в VDHX конденсация происходит на поверхности капель, а не на медных ребрах. В любом случае, как только произойдет конденсация, выходной воздух достигнет почти 100% относительной влажности (RH). Эта воздушно-водяная смесь, которая поддерживает сильное вихревое движение, затем течет из распылительной камеры в разделительную камеру. Когда водно-воздушная смесь проходит через разделительную камеру, поле центробежного ускорения, развиваемое внутри вихря, отделяет воду, включая конденсат, от воздушного потока.Центробежное ускорение, испытываемое каплями воды внутри VDHX, более чем в 100 раз превышает гравитационное. В результате прохождение капель происходит за десятые доли секунды, а не за десятки секунд, характерные для обычного теплообменника с прямым контактом. Это позволяет VDHX минимизировать объем при максимальной пропускной способности.

В совокупности эти преимущества обеспечивают энергоэффективный теплообменник HVAC, не требующий особого обслуживания, со следующими преимуществами по сравнению с обычными оребренными испарителями.

  • Минимально возможный температурный потенциал теплопередачи. Это снижает требуемый температурный подъем и мощность, потребляемую тепловым насосом.
  • Кондиционирование воздуха за счет испарительного охлаждения при подходящих условиях на входе. Это позволяет теплообменнику обеспечивать охлаждение за счет скрытого теплообмена с воздухом. Работа в этом режиме значительно снизит тепловую нагрузку и энергопотребление теплового насоса.
  • Свобода выбора материала. В материалах с высокой теплопроводностью больше нет необходимости, вместо этого в конструкции могут использоваться некоррозионные, легкие, пригодные для вторичной переработки или недорогие материалы.
  • Постоянная переработка поверхности теплопередачи. Отложение твердых частиц, накопление конденсата и биологический рост, а также связанное с этим ухудшение рабочих характеристик исключаются.
  • Фильтрация субмикронных и более крупных частиц. Эти частицы фильтруются системой рециркуляции воды, что значительно снижает энергопотребление системы рециркуляции воздуха. Было показано, что аналогичные системы фильтрации воды удаляют 99% частиц крупнее 0.5 мкм в диаметре, 96% из них диаметром от 0,3 до 0,5 мкм и 86% из них меньше 0,3 мкм.
  • Биологическая фильтрация. В сочетании с внутренней фильтрацией распыляемой воды, маломощная ультрафиолетовая фильтрация водной системы позволяет удалить биологически активный материал из рециркулирующего воздушного потока. Обычные системы УФ-фильтрации могут уничтожить 99% роста бактерий менее чем за минуту воздействия.

Был изготовлен и испытан VDHX, рассчитанный на 2 тонны кондиционирования воздуха (7 кВт).Схема испытательной установки показана на рисунке 2, а на рисунке 3 показан вид через верх спиральной камеры во время работы. Как показано на рисунке 4, экспериментальная система обеспечивала более 2 тонн кондиционирования воздуха.

Схема демонстрационного испытательного стенда VDHX

Эти данные были использованы для оценки потенциальной производительности VDHX в более чем 70 точках США. Результаты этой оценки демонстрируют потенциал значительных преимуществ в производительности и использовании электроэнергии по сравнению с традиционной системой;
см. Таблицу 1.

Вернуться к началу

Теплообменник ВТЭЦ для пассивного поддержания температуры на выходе в химических реакторах

Военно-морской флот исследует водородные топливные элементы, работающие на реформированном военно-морском дизельном топливе, как средство обеспечения распределенной электрической энергии для судовых служб. Работа водородных топливных элементов с использованием дизельного топлива требует процесса риформинга для удаления серы и парового преобразования дизельного топлива в поток, богатый водородом. Для поддержания химического равновесия необходимо тщательно контролировать рабочую температуру реакторов.Контроль температуры является более трудным, чем в обычных системах риформинга, поскольку изменения в электрической нагрузке топливного элемента и, как следствие, изменения скорости потока реагентов происходят более часто и резко. Система риформинга топлива должна поддерживать температуру на входе и выходе в пределах ± 30 ° C, несмотря на соотношение диапазона 5: 1 в скорости потока реагентов. Пассивная схема управления необходима для контроля температуры реактора в рабочих пределах по всем ожидаемым расходам реагентов.

Компания

ACT разработала теплообменник с тепловой трубкой с переменной проводимостью (VCHP) для обеспечения примерно постоянной температуры подачи в реактор, несмотря на различия в скорости потока и температуре на выходе из предыдущего реактора.Схема теплообменника VCHP показана на рисунке 5. Тепло от газового потока передается VCHP потоку хладагента. Неконденсирующийся газ в VCHP используется для пассивного регулирования температуры водорода на выходе. Если температура водорода слишком низкая, неконденсирующийся газ в VCHP расширяется, что блокирует большую часть конденсатора и снижает теплопередачу. Точно так же, если температура водорода слишком высока, неконденсирующийся газ в VCHP расширяется, что открывает большую часть конденсатора и увеличивает теплопередачу.

Теплообменник ВЧП показан на рис. 6. Водород, поступающий в систему, сначала проходит через подогреватель, где он нагревается до желаемой температуры на входе. Затем водород проходит через теплообменник VCHP, где он охлаждается встречным потоком воды, проходящим через верхнюю часть VCHP.

Вернуться к началу

Инновационные конструкции теплообменников для систем сжатия пара с накопителем тепла для выдерживания различных тепловых нагрузок

Есть несколько случаев, в которых системы сжатия пара должны выдерживать сильно изменяющиеся тепловые нагрузки, например:

  • Низкая, установившаяся нагрузка должна постоянно сниматься системой сжатия пара
  • Переходная нагрузка, которая намного превышает установившуюся нагрузку, должна быть отключена на короткий период времени.Эта переходная нагрузка может быть в 20 раз выше, чем установившаяся нагрузка.

Метод грубой силы для обеспечения охлаждения в этих случаях состоит в том, чтобы рассчитать систему сжатия пара для максимальной тепловой нагрузки, испытываемой во время переходного процесса. Однако этот метод имеет значительные недостатки как по размеру, так и по массе и электрической мощности. Например, как требуемый размер компрессора, так и размер теплообменника увеличатся почти в 20 раз по сравнению со стационарной системой. Подход, принятый ACT, заключается в добавлении к системе аккумуляторов тепла, что позволяет подобрать компрессор и первичный теплообменник примерно на десять процентов больше, чем в случае стационарного режима.

Система, которую разрабатывает ACT, состоит из двух ключевых компонентов (см. Рисунок 8):

  • Встроенный теплообменник, объединяющий испаритель, конденсатор и рекуператор в один теплообменник. Такой подход значительно снижает объем и массу холодильной системы. Использование рекуператора между более холодным паром на выходе из испарителя и более горячей жидкостью на выходе из конденсатора обеспечивает попадание перегретого пара в компрессор и увеличивает переохлаждение жидкости, поступающей в расширительный клапан.Оба эти улучшения способствуют увеличению коэффициента производительности системы (COP).
  • Теплообменник из материала с фазовым переходом (PCM), который накапливает большое количество отходящего тепла, образующегося во время коротких пиков эксплуатации, и рассеивает тепло во время стационарной работы. Такой подход устраняет необходимость увеличивать размер компрессора и других компонентов холодильной системы, что приводит к значительному снижению массы, объема и энергопотребления системы.

Более подробная схема встроенного теплообменника показана на рисунке 9.Использование встроенного теплообменника:

  • Уменьшает количество подключений и линий
  • Уменьшает массу и размер системы
  • повышает COP и надежность системы

Система работает следующим образом:

  • Во время нормальной работы PCM в теплообменнике замерз.
  • Во время работы с высокой тепловой нагрузкой материал с фазовым переходом плавится, накапливая большую часть тепловой энергии. Оставшаяся часть переходной энергетической нагрузки компенсируется за счет небольшого увеличения размера компрессора и теплообменника по сравнению со стационарным случаем.
  • После отключения высокой тепловой нагрузки PCM постепенно замерзает и медленно выделяет тепловую энергию в контур. Эта тепловая нагрузка обрабатывается слегка увеличенными компрессором и теплообменником.

Система, основанная на схеме, показанной на Рисунке 8, была смоделирована, изготовлена ​​и успешно протестирована. Включение теплообменника PCM и рекуперативного теплообменника уменьшило общую массу на 36%, обеспечивая при этом повышенную надежность и эффективность системы.

Нагреватели горячего масла и теплоносители: полное руководство

Теплообмен

Для целей теплообмена описанную конфигурацию можно разделить на три части в соответствии с методом теплопередачи и с учетом требуемых технических ограничений в каждой точке, чтобы достичь энергоэффективности и долговечности благодаря заправке теплоносителя и материалам оборудования. (см. Теплопередача).

На Рисунке 3 четко разграничены три зоны:

1. Излучение

Оно охватывает практически всю камеру сгорания, а точнее внутреннюю поверхность внутреннего змеевика, и в этой области играет решающую роль. с технической точки зрения, чтобы знать точные значения максимальной температуры, достигаемой как жидким теплоносителем, так и материалом змеевика, потому что, хотя это область с наибольшей обменной емкостью, она также подвержена риску превышения максимальной допустимые значения.- Рисунок 4 -.

Рисунок 4. Площадки котла по способу теплопередачи. В зависимости от достигнутой температуры массы и пленки — см. Температуры-.

Характеристики используемого теплоносителя, топлива, регулирования горения, диаметра пламени, требований к обмену, необходимого минимального циркулирующего потока жидкого теплоносителя и, следовательно, его скорости и диаметра змеевика являются параметрами. которые определяют, что следует считать критическим в конструкции — размер диаметра и длины камеры.

Слишком малый диаметр для камеры сгорания обеспечил бы оптимальную передачу тепла, но поставил бы под угрозу полезный срок службы заряда жидкого теплоносителя, а также самого котла, а также вызвал бы потерю заряда дымового контура, что может быть чрезмерным бременем для стандартной горелки.

С другой стороны, слишком большой диаметр камеры сгорания снижает энергоэффективность оборудования.

Длина камеры сгорания также имеет большое значение с точки зрения надежности оборудования.Камера сгорания, слишком короткая для требуемой мощности, будет иметь необычно высокие температуры в нижней крышке и в верхней крышке камеры, что может привести к частичному разрушению этих элементов.

2. Переходная зона

Она включает внутренние поверхности концов внутренней и внешней катушек. В зависимости от настройки горелки он может частично включать внешнюю грань внутреннего змеевика. В этой области излучение и конвекция сосуществуют как процессы теплопередачи, и поэтому в отношении тепла необходимо принимать во внимание как меры предосторожности при обмене посредством излучения, так и ограничения, связанные с обменом посредством конвекции.

Особое внимание следует уделить конструкции изменения направления газового контура в нижней части камеры сгорания, так как должна быть достигнута полная герметичность (в противном случае дымовые газы будут проходить непосредственно из 1-го прохода в дымоход. выход, что дает очень плохую производительность и, что еще хуже, с чрезвычайно высокими температурами в дымоходе, которые могут вызвать его разрушение) вместе с низкой потерей заряда при изменении направления дымовых газов.

3. Зона конвекции

Это соответствует обеим сторонам внешнего змеевика и внутренней поверхности внутреннего змеевика.

Хотя может быть небольшой риск превышения максимальных температур использования теплоносителя и материалов (см. Рисунок 4), основная проблема при проектировании этой зоны заключается в достижении высокого уровня теплопередачи за счет значительной скорости. дымовых газов, но без значительного риска загрязнения в дымоходах 2 и 3 из-за недостаточного размера этих каналов или высокой потери заряда в дымовом контуре (известной как избыточное давление котла), что затрудняет использование стандартных горелок.

Рис. 3. Отдельные области в бойлере с жидким теплоносителем для целей теплообмена

В дополнение ко всем параметрам, описанным выше, змеевики также должны быть тщательно спроектированы так, чтобы с точки зрения гидравлики теплоноситель потери заряда контура невелики, что приведет к нестандартным насосам и высокому потреблению электроэнергии, и в то же время гарантирует достаточную скорость теплоносителя для обеспечения удовлетворительных коэффициентов теплопередачи — см. рисунок 5.

Рисунок 5. Скорость теплоносителя / коэффициент теплопередачи. Значения для BP Transcal N. Температура теплоносителя 290 ° C. Другие факторы исключены для лучшего понимания важности скорости.

Дифференциал тепла. Проходы в змеевиках

Перепад тепла , также известный как скачок тепла , представляет собой максимальное повышение температуры теплоносителя, которое котел может получить при номинальной тепловой мощности при расчетной скорости потока теплопередачи. жидкость.

Наиболее распространенными тепловыми скачками являются 20 ° C и 40 ° C, хотя эти значения имеют некоторый запас в зависимости от используемого теплоносителя и рабочей температуры, поэтому на самом деле мы должны говорить об интервалах между 18-22 ° C в в первом случае и 36-42 ° C во втором случае.

Важно помнить, что один котел не лучше и не хуже другого котла с той же тепловой мощностью, но с другим скачком. При правильной конструкции оба типа котлов будут иметь одинаковые энергетические характеристики и аналогичные рабочие функции.

Причина, по которой котлы имеют разную дифференциацию тепла, заключается в том, чтобы обеспечить наилучшую адаптацию котла к характеристикам производственного процесса и, в частности, к бытовым приборам системы.

Первоначально котел с скачком тепла на 20 ° C может обеспечить большую однородность температуры в потребляющих устройствах из-за большего циркулирующего потока, хотя при изначально более дорогой установке из-за большего диаметра трубы, большей емкости теплоносителя в системы и более высокое потребление электроэнергии в главном насосе.Однако котел с перепадом тепла 40 ° C может также достичь тех же результатов с помощью контуров рециркуляции с вторичными насосами, которые обеспечивают большую скорость потока в бытовых приборах и, таким образом, большую однородность. Однако в последнем случае стоимость установки теплового дифференциального котла значительно выше, что не является положительным фактором.

Перепад тепла выше 40 или 50 ° C не является обычным явлением, учитывая, что на срок полезного использования жидкого теплоносителя влияют такие высокие и резкие изменения температуры, а конструкция котла должна предусматривать меры по поглощению дополнительных расширений, что делает конструкцию более специализированный и более дорогой.Однако в приложениях для солнечных тепловых электростанций можно найти котлы с теплоносителем с перепадом тепла до 100 ° C.

Мы рекомендуем пользователю связаться с производителем котла, авторизованным установщиком, штатным или внешним инженером, чтобы обсудить, какой перепад тепла будет наиболее подходящим для их процесса.

Мы уже видели, что определение разности температур, в основном по характеристикам потребляющих устройств, определяет расход циркулирующего теплоносителя, необходимый в системе.Но этот поток также должен соответствовать определенным требованиям, обозначенным на котле.

Скорость теплоносителя в змеевиках должна быть достаточно высокой, чтобы обеспечить хороший теплообмен, не превышая при этом температуру пленки используемого теплоносителя, чтобы избежать его быстрой деградации. Но эти высокие скорости циркуляции, которые требуются, также подразумевают значительные потери заряда (потери давления), поскольку потери заряда пропорциональны квадрату высокой скорости, с возможностью прибегать к очень большим насосам с чрезмерно высоким потреблением электроэнергии для достижения гидравлического давления. стабильность в цепи.

Согласование факторов высокой скорости и приемлемых потерь заряда возможно только при точном тепловом и гидравлическом исследовании катушек, диаметра их трубок, их длины и их соединения.

С помощью диаграмм на рисунке 6 и небольшого примера мы постараемся немного прояснить все эти вопросы. Мы упростили возможные варианты гидравлики исключительно в этих трех случаях. В действительности количество параллельных проходов катушек может составлять от 1 прохода до 6, 7 или 8.

Рабочая температура T 1 и его тепловая мощность в кВт одинаковы на всех трех диаграммах на Рисунке 6. Кроме того, общая длина составляющей трубы змеевика одинакова — 4L.

Различия относятся к температурам на входе котла (температура обратки от потребляющих устройств после подачи необходимой энергии), T2, T3 и T4. Расходы циркулирующего потока Q, Q 1 y Q 2 и потери заряда ΔP 1 , ΔP 2 и ΔP 3 также различаются.

Реальный числовой пример

У нас есть бойлер с жидким теплоносителем с перепадом тепла 40ºC и мощностью нагрева 1100 кВт. Его обменная поверхность составляет 54 м 2 с выходом порядка 86-89%, в зависимости от рабочей температуры.

Схема его конструкции — A) на рисунке 6, с двумя последовательными катушками и двумя параллельными проходами на катушку. Расчетный расход для этих условий составляет 52 м 3 / ч с потерей заряда 2,37 бар при рабочей температуре 260 ° C.

Если мы попытаемся эксплуатировать этот котел с тепловым скачком 20 ° C, расход должен составить 104 м 3 / ч, а ожидаемые потери заряда при той же температуре, что и раньше, 260 ° C, будут 8,17 бар. Придется прибегнуть к очень сложным и дорогим насосам с очень высоким потреблением электроэнергии.

С другой стороны, если мы воспользуемся схемой конструкции B) на рисунке 6 (два змеевика последовательно с тремя параллельными проходами на змеевик) с одинаковой скоростью потока, 104 м 3 / ч, и поверхностью обмена, 54 м 2 , потеря заряда составит 2.62 бар, что приемлемо для обычных насосов.

Этот вариант конструкции типа B не подходит для котла с перепадом тепла 40 ° C, поскольку при требуемом низком расходе 52 м 3 / ч не возникнет проблем с падением давления (всего 0,71 бар) но вместо этого проблема будет заключаться в преодолении температуры пленки жидкости, поскольку она будет примерно на 44 ° C выше, чем рабочая температура.

Как видно из раздела «Температура», максимальная температура пленки обычно на 10-20 ° C выше максимальной рабочей температуры, поэтому в этом гипотетическом случае мы либо испытаем быстрое ухудшение заряда теплоносителя, либо мы были бы вынуждены работать при низких температурах, что может быть неприемлемо для нашей производственной системы.

Конструкция C), с двумя змеевиками, соединенными параллельно, каждая из которых имеет три прохода теплоносителя, соответствует довольно необычной конструкции и типичной для котлов, требующих очень малых перепадов тепла, порядка 10 или 15 ° C. В этих условиях скорость потока 205 м 3 / ч очень высока, и если бы не была выбрана эта конфигурация, потери заряда теплоносителя были бы чрезмерно высокими, даже с трехходовой конфигурацией в схеме конструкции B). , учитывая, что это будет около 8.45 бар.

Рисунок 6. Типы подключения катушек. A) Последовательно, два прохода на катушку параллельно. Б) Последовательно, три прохода на катушку параллельно. C) Параллельно, два прохода на змеевик параллельно

Таким образом, мы видим, что требуемый скачок тепла сильно влияет на конструкцию котла и, следовательно, должен рассматриваться как ключевой фактор в проекте установки теплообменника. система передачи жидкости.

Рекомендации по тепловому стрессу | NIOSH

На этой странице содержатся основные рекомендации, которые можно применить на самых разных рабочих местах.Если тепловой стресс представляет опасность на вашем рабочем месте, проконсультируйтесь со специалистом по безопасности и охране здоровья и ознакомьтесь с полными рекомендациями, содержащимися в Критериях NIOSH для рекомендуемого стандарта: воздействие тепла и горячей окружающей среды на рабочем местеpdf icon

Контроль теплового стресса

Работодатели должны снижать тепловую нагрузку на рабочем месте за счет внедрения технических средств контроля и управления производственной практикой.

Технические средства контроля могут включать следующие:

  • Увеличьте скорость воздуха.
  • Используйте светоотражающие или теплопоглощающие экраны или барьеры.
  • Уменьшите утечку пара, влажные полы или влажность.

Рекомендации по практике работы включают следующее:

  • Ограничьте время пребывания в тепле и / или увеличьте время восстановления, проведенное в прохладной среде.
  • Уменьшите метаболические потребности на работе.
  • Используйте специальные инструменты (т. Е. Инструменты, предназначенные для минимизации ручного напряжения).
  • Увеличьте количество рабочих, выполняющих задачу.
  • Обучить контролеров и рабочих вопросам теплового стресса.
  • Внедрите систему напарников, при которой рабочие наблюдают друг за другом на предмет признаков непереносимости тепла.
  • Требовать от работников проведения самоконтроля и создания рабочей группы (т. Е. Работников, квалифицированного поставщика медицинских услуг и менеджера по безопасности) для принятия решений по вариантам самоконтроля и стандартным рабочим процедурам.
  • Обеспечьте достаточное количество прохладной питьевой воды рядом с рабочей зоной и побудите рабочих часто пить.
  • Реализуйте программу оповещения о наступлении сильной жары всякий раз, когда метеослужба прогнозирует вероятность наступления аномальной жары.
  • Разработать план тепловой акклиматизации и повышения физической подготовки.

Обучение

Обучите рабочих перед началом наружных горячих работ. Индивидуальное обучение для работы в конкретных условиях.

Работодатели должны предоставить всем рабочим и руководителям программу обучения тепловому стрессу по следующим вопросам:

  • Распознавание признаков и симптомов тепловых заболеваний и оказание первой помощи.
  • Причины заболеваний, связанных с жарой, и процедуры, которые минимизируют риск, например, употребление достаточного количества воды и контроль цвета и количества выделяемой мочи.
  • Надлежащий уход и использование теплозащитной одежды и оборудования, а также дополнительная тепловая нагрузка, вызванная напряжением, одеждой и средствами индивидуальной защиты.
  • Влияние непрофессиональных факторов (наркотики, алкоголь, ожирение и др.) На толерантность к профессиональному тепловому стрессу.
  • Важность акклиматизации.
  • Важность незамедлительного сообщения руководителю о любых симптомах или признаках теплового заболевания у себя или у коллег.
  • Порядок реагирования на симптомы возможного теплового заболевания и обращения в службу неотложной медицинской помощи.

Кроме того, супервизоры должны быть обучены следующему:

  • Как провести соответствующую акклиматизацию.
  • Какие процедуры выполнять при появлении у работника симптомов, связанных с тепловым заболеванием, включая процедуры экстренного реагирования.
  • Как следить за сводками погоды.
  • Как реагировать на сообщения о жаркой погоде.
  • Как контролировать и поощрять адекватное потребление жидкости и перерывы на отдых.

Акклиматизация

Акклиматизация — результат благоприятных физиологических адаптаций (например,g., повышенное потоотделение и т. д.), которые возникают после постепенного увеличения воздействия горячей окружающей среды. Работодатели должны обеспечить акклиматизацию рабочих перед работой в жарких условиях.

  • Постепенно увеличивайте время пребывания рабочих в жарких условиях от 7 до 14 дней.
  • Для новых работников:
    • График должен составлять не более 20% от обычной продолжительности работы в жару в 1-й день и не более 20% -ное увеличение в каждый дополнительный день.
  • Для рабочих с опытом работы:
    • График должен составлять не более 50% от обычной продолжительности работы в жару в 1-й день, 60% во 2-й день, 80% в 3-й день и 100% в 4-й день.
  • Внимательно наблюдайте за новыми сотрудниками в течение первых 14 дней или до тех пор, пока они полностью не акклиматизируются.
  • Физически нездоровым работникам требуется больше времени для полной акклиматизации.
  • Акклиматизация может поддерживаться в течение нескольких дней без теплового воздействия.
  • Перерывы в кондиционировании не повлияют на акклиматизацию.

Дополнительный ресурс: Информационный бюллетень по акклиматизации NIOSHpdf icon

Работодатели должны предоставить средства для надлежащей гидратации рабочих.

  • Вода должна быть питьевой, с температурой <15 ° C (59 ° F) и быть доступной рядом с рабочей зоной.
  • Оцените, сколько воды потребуется, и решите, кто будет брать и проверять запасы воды.
  • Должны быть предоставлены индивидуальные, а не общие чашки для питья.
  • Поощряйте рабочих пить воду самостоятельно.

Рабочие должны пить соответствующее количество, чтобы избежать обезвоживания.

  • Если на жаре <2 часов и вы выполняете умеренную работу, выпейте 1 чашку (8 унций.) воды каждые 15–20 минут.
  • При длительном потоотделении, продолжающемся несколько часов, пейте спортивные напитки, содержащие сбалансированные электролиты.
  • Избегайте алкоголя и напитков с высоким содержанием кофеина или сахара.
  • Как правило, потребление жидкости не должно превышать 6 чашек в час.

Дополнительный ресурс: Информационный бюллетень NIOSH Hydrationpdf icon

Перерывы на отдых

Работодатели должны обеспечивать и поощрять работников делать соответствующие перерывы для отдыха для охлаждения и гидратации.

  • Разрешить отдых и перерыв на воду, когда рабочий испытывает тепловой дискомфорт.
  • Измените периоды работы / отдыха, чтобы дать телу возможность избавиться от лишнего тепла.
  • Назначать новым и неакклиматизированным работникам более легкую работу и более продолжительные и частые периоды отдыха.
  • Сократить периоды работы и увеличить периоды отдыха:
    • По мере увеличения температуры, влажности и солнечного света.
    • Когда нет движения воздуха.
    • При ношении защитной одежды или снаряжения.
    • Для более тяжелых работ.

Дополнительный ресурс: Информационный бюллетень NIOSH о графиках работы / отдыхаpdf icon

Chem II Homework Exam 1

Chem II Homework Exam 1

Страница домашнего задания Chem II, Материал для экзамена 1

Домашняя страница без видимых ответов

На этой странице есть все необходимые домашние задания для материала, пройденного на первом экзамене второго семестра по общей химии. Учебник, связанный с этим домашним заданием, называется CHEMISTRY The Central Science от Brown, LeMay, et.al. Последним изданием, которое я потребовал от студентов купить, было издание 12 th (CHEMISTRY The Central Science, 12-е изд. Брауна, ЛеМэя, Берстена, Мерфи и Вудворда), но для этого курса подойдет любое издание этого текста.

Примечание. Ожидается, что дойдут до конца главы в вашем учебнике, найдут похожие вопросы и также решат эти задачи. Это всего лишь необходимых задач для целей викторины. Вам также следует изучить Упражнения в главах.В упражнениях проработаны примеры вопросов в конце главы. В учебном пособии также разработаны примеры.

Это простые вопросы. Вопросы из учебника будут содержать дополнительную информацию, которая может быть полезна и которая связывает проблемы с практическими приложениями, многие из которых относятся к биологии.

Межмолекулярные силы, жидкости и твердые тела (главы одиннадцатая и двенадцатая)
  1. Что подразумевается под молекулой, имеющей диполь?
    Ответ
    Электроны переместились в одну сторону от молекулы.
  2. Какой будет иметь самый сильный диполь (а) F 2 или HF, (б) CH 3 Cl или CH 3 Br?
    Ответ

    (а) ВЧ

    (б) CH 3 Cl

  3. Что более поляризуемое? (а) Cl 2 или I 2 , (б) C 2 H 6 или C 10 H 22 ?
    Ответ
    (а) I 2 (б) C 10 H 22
  4. Этанол, C 2 H 5 OH, имеет точку кипения 78 ° C, а пропанол, C 3 H 7 OH, имеет точку кипения 97 ° C.Полностью объясню.
    Ответ
    Пропанол больше по размеру и будет иметь больше лондонских дисперсионных сил, что даст ему более сильные межмолекулярные силы и потребует больше энергии для разделения молекул. Пропанол также имеет большую массу, и для их перемещения и разделения требуется больше энергии. Оба они будут способствовать более высокой температуре кипения пропанола.
  5. Пропанол, CH 3 CH 2 CH 2 OH, имеет точку кипения 97 ° C.Замена конца CH 3 на OH дает этиленгликоль, HOCH 2 CH 2 OH, который имеет точку кипения 197 ° C. Массы похожи, так почему же температура кипения этиленгликоля намного выше, чем точка кипения пропанола?
    Ответ
    Этиленгликоль может образовывать водородные связи на обоих концах молекулы, что приводит к гораздо более сильным межмолекулярным силам и более высокой температуре кипения.
  6. Какой из следующих материалов, вероятно, будет иметь (а) не диполь-дипольные силы, но самые большие силы лондонской дисперсии, (б) самые большие диполь-дипольные межмолекулярные силы: I 2 , He, H 2 S, H 2 Te.
    Ответ
    (а) I 2 , это самая большая неполярная молекула. (b) H 2 S, S является более электроотрицательным и сделает молекулу более полярной.
  7. Какие силы притяжения необходимо преодолеть, чтобы (а) достичь возвышенного At 2 ; (b) испарение C 2 H 5 F; (c) кипятить фтороводород, HF; (г) расплавить LiBr? Объяснять.
    Ответ
    (а) Неполярные — Лондонские рассеивающие силы. (б) Полярно-диполь-дипольные притяжения (и силы дисперсии).(c) Очень полярные — водородные связи между молекулами. Водородные связи образуются, когда водород ковалентно связан с N, O или F. (г) Нет молекул, значит, нет межмолекулярных сил — Ионные связи.
  8. Обоснуйте разницу в точках кипения между членами следующих пар веществ (обязательно учтите все соображения):
    • NH 3 (-33,35 ° C) и PH 3 (-87,7 ° C)
    • Ответ
      В зависимости от полярности более полярный аммиак NH 3 должен быть труднее кипятить (а это и есть).По массе аммиак NH 3 кипятить легче (но это не так). В этом случае влияние полярности больше, чем влияние массы.
    • PH 3 (-87,7 ° C) и AsH 3 (-55 ° C)
    • Ответ
      PH 3 более полярен (P ближе к F), а AsH 3 имеет большую массу. Согласно полярности, AsH 3 должен кипеть при более низкой температуре, но согласно массе PH 3 должен кипеть при более низкой температуре.В этом случае массовый эффект больше, чем эффект полярности.
    • HCl (-85 ° C) и HBr (-66 ° C)
    • Ответ
      HCl более полярен, но увеличенная масса HBr дает ему более высокую температуру кипения.
    • Br 2 (58,78 ° C) и I 2 (184,35 ° C)
    • Ответ
      Оба неполярны, но I 2 имеет большую массу и более поляризуемый (более сильные межмолекулярные силы), поэтому он будет иметь более высокую температуру кипения.
    • HF (19,54 ° C) и Ne (-245,92 ° C)
    • Ответ
      Оба имеют примерно одинаковую молекулярную массу, но HF очень полярен, поэтому температура кипения HF выше.
  9. Какой из следующих материалов, вероятно, будет иметь (а) не диполь-дипольные силы, но самые большие силы лондонской дисперсии, (б) самые большие диполь-дипольные межмолекулярные силы: I 2 , He, H 2 S, H 2 Te.
    Ответ
    (а) I 2 , это самая большая неполярная молекула.(b) H 2 S, S является более электроотрицательным и сделает молекулу более полярной.
  10. Предположим, что жидкий аммиак NH 3 имеет удельную теплоемкость 4,75 Дж / г-C, а газообразный аммиак имеет удельную теплоемкость 2,17 Дж / г-C. Теплота испарения аммиака составляет 23,35 кДж / моль при его температуре кипения 33,4 ° C. (A) Изобразите кривую нагрева для преобразования 34 г аммиака из жидкости при -40 ° C в газ при 0 ° C. (б) Рассчитайте количество тепла, необходимое для преобразования, описанного в части (а).
    Ответ
  11. Нормальные точки плавления и кипения бензола, C 6 H 6 , составляют 5,55 ° C и 78,25 ° C, соответственно (при нормальной температуре плавления и кипения давление составляет 1 атм). Его тройная точка составляет 5,51 ° C и 0,047 атм. Критическая точка — 288,95 ° C и 47,9 атм. (a) Нарисуйте фазовую диаграмму для бензола (не обязательно в масштабе), показывая четыре точки, указанные выше, и указав область, в которой каждая фаза стабильна.(б) Будет ли твердый бензол возгоняться или плавиться при нагревании под давлением 2,5 атм? (c) Изобразите кривую нагрева для нагрева твердого бензола до состояния газа при 1,0 атм.
    Ответ
  12. Определите следующие кристаллы (A-E) как ионные, полярно-молекулярные, неполярно-молекулярные, ковалентные (сетчатые) или металлические. Объяснять. В таблице может быть больше одного или ни одного типа кристаллов. D .40834-
    Кристалл Точка плавления (° C) Точка кипения (° C) Электропроводность
    Твердая жидкость
    A -83.1 19,54 Нет Нет
    B -259,14 -252,5 Нет Нет
    C 15356 3000 15356 15356 686 1330 Нет Да
    E -56,6 -78,5 Нет Нет
    F 6-348 Нет Нет
    G 3550 4827 Нет Нет
    Ответ

    A ⇒ хорошее разделение между точками плавления и кипения, относительно высокая температура плавления. для молекулярной, без проводимости — полярно-молекулярной. (HF — полярная молекула)

    B ⇒ близкие и низкие температуры плавления и кипения, отсутствие проводимости — неполярно-молекулярный. (H 2 — неполярная молекула)

    C ⇒ высокие mp и bp, хороший проводник — металлик.(Fe — металл)

    D ⇒ высокие температуры плавления и кипения, проводит как жидкость — ионный. (KI — ионное соединение)

    E ⇒ малые и близкие друг к другу mp и bp, непроводник — неполярно-молекулярный. (CO 2 — неполярная молекула)

    F ⇒ малые и близкие друг к другу mp и bp, непроводник — неполярно-молекулярный. (CH 4 — неполярная молекула)

    G ⇒ очень высокие mp и bp, непроводник — ковалентный (сетевой). (Алмаз — ковалентная сеть)

  13. Укажите тип кристалла (ионный, полярно-молекулярный, неполярно-молекулярный, ковалентный или металлический) и спрогнозируйте некоторые свойства (разницу в точках плавления и кипения, проводимость и т. Д.).) для каждого из следующих веществ после затвердевания: HF, H 2 , Fe, KI, CO 2 , CH 4 и алмаз.
    Ответ

    HF — полярная молекула, хорошее разделение точек плавления и кипения, относительно высокая температура плавления. для молекулярной, без проводимости — полярно-молекулярной.

    H 2 — неполярная молекула, близкие и низкие температуры плавления и кипения, без проводимости — неполярно-молекулярная.

    Fe — металл, с высоким или низким т. Пл. И bp, хороший проводник — металлический.

    KI — ионное соединение, высокие температуры плавления и кипения, как жидкость — ионное.

    CO 2 — неполярная молекула, малые и близкие друг к другу mp и bp, непроводник — неполярно-молекулярная.

    CH 4 — неполярная молекула, малые и близкие друг к другу mp и bp, непроводник — неполярно-молекулярная.

    Алмаз — ковалентная сеть, очень высокие mp и bp, непроводник — ковалентная (сеть)

    Кристалл Точка плавления (° C) Точка кипения (° C) Электропроводность
    Твердая жидкость
    HF -83.1 19,54 Нет Нет
    H 2 -259,14 -252,5 Нет Да 9033 Fe 906 906 906 906
    KI 686 1330 Нет Да
    CO 2 -56.6 -78,5 Нет 9018 478.5 .48 -164,8 Нет Нет
    Алмаз 3550 4827 Нет Нет
  14. Металлический никель имеет гранецентрированную кубическую элементарную ячейку с длиной ребра 3,525 Å (3,525 x 10 -8 см). Какая плотность Ni?
    Ответ
    (58,7 г / моль) (1 моль / 6,02×10 23 атомов) (4 атома / элементарная ячейка) (1 элементарная ячейка / [3,525×10 -8 ] 3 см 3 ) = 8.9 г / см 3
  15. Металлическое серебро имеет кубическую элементарную ячейку с длиной ребра 4,09 Å (4,09 x 10 -8 см) и плотностью 10,5 г / см 3 . Образует ли серебро (Ag) простые элементарные ячейки, ОЦК или ГЦК?
    Ответ
    (6,02 x 10 23 атомов / моль) (1 моль / 107,9 г) (10,5 г / см 3 ) ([4,09 x 10 -8 см] 3 атомов / элементарная ячейка) = 4 атома / единица ячейка ⇒ fcc.

Учебное пособие по физике

На предыдущих страницах этого урока мы узнали, что тепло — это форма передачи энергии от места с высокой температурой к месту с низкой температурой.Три основных метода теплопередачи — теплопроводность, конвекция и излучение — подробно обсуждались на предыдущей странице. Теперь исследуем тему скорости теплопередачи. Эта тема имеет большое значение из-за частой необходимости увеличивать или уменьшать скорость теплового потока между двумя точками. Например, те из нас, кто живет в более холодном зимнем климате, постоянно ищут способы сохранить тепло в своих домах, не тратя слишком много денег. Тепло уходит из домов с более высокой температурой на улицу с более низкой температурой через стены, потолки, окна и двери.Мы прилагаем все усилия, чтобы уменьшить потери тепла, улучшая изоляцию стен и чердаков, конопатая окна и двери и покупая высокоэффективные окна и двери. В качестве другого примера рассмотрим производство электроэнергии. Бытовая электроэнергия чаще всего производится с использованием ископаемого топлива или ядерного топлива . Метод включает в себя выработку тепла в реакторе. Тепло передается воде, и вода переносит тепло к паровой турбине (или другому типу электрического генератора), где вырабатывается электроэнергии .Задача состоит в том, чтобы эффективно передавать тепло воде и паровой турбине с минимально возможными потерями. Следует уделять внимание увеличению скоростей теплопередачи в реакторе и турбине и уменьшению скоростей теплопередачи в трубопроводах между реактором и турбиной.

Итак, какие переменные могут повлиять на скорость теплопередачи? Как можно контролировать скорость теплопередачи? Эти вопросы будут обсуждаться на этой странице Урока 1. Наше обсуждение будет ограничено переменными, влияющими на скорость теплопередачи за счет проводимости .После обсуждения переменных, влияющих на скорость теплопередачи, мы рассмотрим математическое уравнение, которое выражает зависимость скорости от этих переменных.

Разница температур

При кондукции тепло передается от места с высокой температурой к месту с низкой температурой. Передача тепла будет продолжаться до тех пор, пока существует разница в температуре между двумя точками. Как только в двух местах достигается одинаковая температура, устанавливается тепловое равновесие и передача тепла прекращается.Ранее в этом уроке мы обсуждали передачу тепла для ситуации, когда металлическая банка с водой высокой температуры была помещена в чашку из пенополистирола, содержащую воду с низкой температурой. Если две пробы воды оснащены датчиками температуры, которые регистрируют изменения температуры во времени, то строятся следующие графики.

На графиках выше наклон линии представляет скорость, с которой изменяется температура каждой отдельной пробы воды.Температура меняется из-за передачи тепла от горячей воды к холодной. Горячая вода теряет энергию, поэтому ее наклон отрицательный. Холодная вода набирает энергию, поэтому ее наклон положительный. Скорость изменения температуры пропорциональна скорости передачи тепла. Температура образца изменяется быстрее, если тепло передается с высокой скоростью, и менее быстро, если тепло передается с низкой скоростью. Когда два образца достигают теплового равновесия, теплопередача прекращается и наклон равен нулю.Таким образом, мы можем рассматривать наклоны как меру скорости теплопередачи. Со временем скорость теплопередачи снижается. Первоначально тепло передается с высокой скоростью, что отражается на более крутых склонах. Со временем уклон линий становится менее крутым и более пологим.

Какая переменная способствует снижению скорости теплопередачи с течением времени? Ответ: разница температур между двумя емкостями с водой.Первоначально, когда скорость теплопередачи высока, горячая вода имеет температуру 70 ° C, а холодная вода имеет температуру 5 ° C. Разница температур в двух контейнерах составляет 65 ° C. Когда горячая вода начинает охлаждаться, а холодная вода начинает нагреваться, разница в их температурах уменьшается, и скорость теплопередачи уменьшается. По мере приближения к тепловому равновесию их температуры приближаются к одному и тому же значению. Когда разница температур приближается к нулю, скорость теплопередачи приближается к нулю.В заключение отметим, что на скорость кондуктивной теплопередачи между двумя местоположениями влияет разница температур между двумя местоположениями.

Материал

Первая переменная, которая, как мы определили, влияет на скорость кондуктивной теплопередачи, — это разница температур между двумя местами. Вторая важная переменная — это материалы, участвующие в передаче. В предыдущем описанном сценарии металлическая банка с водой с высокой температурой была помещена в чашку из пенополистирола, содержащую воду с низкой температурой.Тепло передавалось от воды через металл к воде. Важными материалами были вода, металл и вода. Что было бы, если бы тепло передавалось от горячей воды через стекло к холодной воде? Что бы произошло, если бы тепло было передано от горячей воды через пенополистирол к холодной воде? Ответ: скорость теплопередачи была бы другой. Замена внутренней металлической банки стеклянной банкой или чашкой из пенополистирола изменит скорость теплопередачи. Скорость теплопередачи зависит от материала, через который передается тепло.

Влияние материала на скорость теплопередачи часто выражается числом, известным как теплопроводность. Значения теплопроводности — это числовые значения, которые определяются экспериментально. Чем выше значение для конкретного материала, тем быстрее будет передаваться тепло через этот материал. Материалы с относительно высокой теплопроводностью называют теплопроводниками. Материалы с относительно низкими значениями теплопроводности называют теплоизоляторами.В таблице ниже приведены значения теплопроводности (k) для различных материалов в единицах Вт / м / ° C.

Материал

к

Материал

к

Алюминий (-ы)

237

Песок (и)

0.06

Латунь (и)

110

Целлюлоза (и)

0,039

Медь (и)

398

Стекловата (и)

0.040

Золото

315

Вата (и)

0,029

Чугун (чугуны)

55

Овечья шерсть (ов)

0.038

Выводы

35,2

Целлюлоза (и)

0,039

Серебро

427

Пенополистирол (-ы)

0.03

Цинк (ов)

113

Дерево (-и)

0,13

Полиэтилен (HDPE)

0.5

Ацетон (л)

0,16

Поливинилхлорид (ПВХ)

0,19

Вода (л)

0.58

Плотный кирпич (и)

1,6

Воздух (г)

0,024

Бетон (низкая плотность)

0.2

Аргон (г)

0,016

Бетон (высокая плотность)

1,5

Гелий (г)

0.142

Лед

2,18

Кислород (г)

0,024

Фарфор (и)

1.05

Азот (г)

0,024

Источник: http://www.roymech.co.uk/Related/Thermos/Thermos_HeatTransfer.html

Как видно из таблицы, тепло обычно передается за счет теплопроводности со значительно большей скоростью через твердые вещества (а) по сравнению с жидкостями (l) и газами (g).Передача тепла происходит с максимальной скоростью для металлов (первые восемь пунктов в левом столбце), потому что механизм проводимости включает подвижные электроны (как обсуждалось на предыдущей странице). Некоторые твердые вещества в правом столбце имеют очень низкие значения теплопроводности и считаются изоляторами. Структура этих твердых тел характеризуется карманами захваченного воздуха, которые разбросаны между волокнами твердого тела. Поскольку воздух является отличным изолятором, воздушные карманы, расположенные между этими твердыми волокнами, придают этим твердым телам низкие значения теплопроводности.Одним из таких твердых изоляторов является пенополистирол, материал, используемый в изделиях из пенополистирола. Такие изделия из пенополистирола производятся путем вдувания инертного газа под высоким давлением в полистирол перед впрыском в форму. Газ заставляет полистирол расширяться, оставляя заполненные воздухом карманы, которые способствуют изоляционным свойствам готового продукта. Пенополистирол используется в холодильниках, изоляторах для пластиковых банок, термосах и даже пенопластах для утепления дома. Еще один твердый изолятор — целлюлоза.Целлюлозный утеплитель применяют для утепления чердаков и стен в домах. Он изолирует дома от потери тепла, а также от проникновения звука. Его часто выдувают на чердаки как рыхлый утеплитель из целлюлозы . Он также применяется в качестве войлока из стекловолокна (длинные листы изоляции на бумажной основе) для заполнения промежутков между стойками 2х4 внешних (а иногда и внутренних) стен домов.

Площадь

Другой переменной, влияющей на скорость теплопередачи, является площадь, через которую передается тепло.Например, передача тепла через окна домов зависит от размера окна. Через окно большего размера дом теряет больше тепла, чем через окно меньшего размера того же состава и толщины. Больше тепла будет потеряно из дома через большую крышу, чем через меньшую крышу с такими же изоляционными характеристиками. Каждая отдельная частица на поверхности объекта участвует в процессе теплопроводности. У объекта с большей площадью больше поверхностных частиц, которые проводят тепло.Таким образом, скорость теплопередачи прямо пропорциональна площади поверхности, через которую проходит тепло.

Толщина или расстояние

Последней переменной, которая влияет на скорость теплопередачи, является расстояние, на которое тепло должно проходить. Тепло, выходящее через чашку из пенополистирола, будет уходить через чашку с тонкими стенками быстрее, чем через чашку с толстыми стенками. Скорость теплопередачи обратно пропорциональна толщине чашки.То же самое можно сказать и о тепле, проводимом через слой целлюлозной изоляции в стене дома. Чем толще изоляция, тем ниже коэффициент теплопередачи. Те из нас, кто живет в более холодном зимнем климате, хорошо знают этот принцип. Перед выходом на улицу нас просят одеваться слоями. Это увеличивает толщину материалов, через которые передается тепло, а также задерживает воздушные карманы (с высокой изоляционной способностью) между отдельными слоями.

Математическое уравнение

На данный момент мы узнали о четырех переменных, которые влияют на скорость теплопередачи между двумя точками. Переменными являются разница температур между двумя местоположениями, материал, присутствующий между двумя местоположениями, площадь, через которую будет передаваться тепло, и расстояние, на которое оно должно быть передано. Как это часто бывает в физике, математическая связь между этими переменными и скоростью теплопередачи может быть выражена в форме уравнения.Рассмотрим передачу тепла через стеклянное окно изнутри дома с температурой T 1 наружу с температурой T 2 . Окно имеет площадь А и толщину d. Значение теплопроводности оконного стекла составляет k. Уравнение, связывающее скорость теплопередачи с этими переменными, равно

.

Ставка = k • A • (T 1 — T 2 ) / d

Единицы измерения скорости теплопередачи — Джоуль в секунду, также известная как ватт.Это уравнение применимо к любой ситуации, в которой тепло передается в том же направлении через плоскую прямоугольную стенку . Он применяется к проводимости через окна, плоские стены, наклонные крыши (без какой-либо кривизны) и т. Д. Несколько иное уравнение применяется к проводимости через изогнутые стены, такие как стенки банок, стаканов, стаканов и труб. Мы не будем здесь обсуждать это уравнение.

Пример задачи

Чтобы проиллюстрировать использование приведенного выше уравнения, давайте рассчитаем скорость теплопередачи в холодный день через прямоугольное окно, равное 1.2 м шириной и 1,8 м высотой, имеет толщину 6,2 мм, значение теплопроводности 0,27 Вт / м / ° C. Температура внутри дома составляет 21 ° C, а температура снаружи дома -4 ° C.

Чтобы решить эту проблему, нам нужно знать площадь окна. Будучи прямоугольником, мы можем вычислить площадь как ширину • высоту.

Площадь = (1,2 м) • (1,8 м) = 2,16 м 2 .

Также нужно будет обратить внимание на единицу по толщине (d).Он указывается в сантиметрах; нам нужно будет преобразовать в единицы метры, чтобы единицы были совместимы с единицами k и A.

d = 6,2 мм = 0,0062 м

Теперь мы готовы рассчитать коэффициент теплопередачи, подставив известные значения в приведенное выше уравнение.

Скорость = (0,27 Вт / м / ° C) • (2,16 м 2 ) • (21 ° C — -4 ° C) / (0,0062 м)
Скорость = 2400 Вт (округлено от 2352 Вт)

Полезно отметить, что значение теплопроводности окна дома намного ниже, чем значение теплопроводности самого стекла.Теплопроводность стекла составляет около 0,96 Вт / м / ° C. Стеклянные окна представляют собой двух- и трехкамерные окна со слоем инертного газа низкого давления между стеклами. Кроме того, на окна наносятся покрытия для повышения эффективности. В результате возникает ряд веществ, через которые должно последовательно проходить тепло, чтобы выйти из дома (или в него). Как и электрические резисторы, включенные последовательно, ряд термоизоляторов оказывает аддитивное влияние на общее сопротивление, оказываемое потоку тепла.Накопительный эффект различных слоев материалов в окне приводит к общей проводимости, которая намного меньше, чем у одиночного стекла без покрытия.

Урок 1 этой главы по теплофизике посвящен значениям температуры и тепла. Особое внимание было уделено развитию модели частиц материалов, которая способна объяснить макроскопические наблюдения. Были предприняты попытки развить твердое концептуальное понимание темы в отсутствие математических формул.Это прочное концептуальное понимание сослужит вам хорошую службу по мере того, как вы подойдете к Уроку 2. Глава станет немного более математической, поскольку мы исследуем вопрос: как можно измерить количество тепла, выделяемого системой или получаемого ею? Урок 2 будет относиться к калориметрии.

Проверьте свое понимание

1. Предскажите влияние следующих изменений на скорость передачи тепла через прямоугольный объект, заполнив пробелы.

а. Если площадь, через которую передается тепло, увеличивается в 2 раза, то скорость передачи тепла ________________ (увеличивается, уменьшается) в _________ раз (число).

г. Если толщина материала, через который передается тепло, увеличивается в 2 раза, то скорость теплопередачи составляет ________________ в _________ раз.

г. Если толщина материала, через который передается тепло, уменьшается в 3 раза, то скорость теплопередачи составляет ________________ в _________ раз.

г. Если теплопроводность материала, через который передается тепло, увеличивается в 5 раз, то скорость теплопередачи составляет ________________ в _________ раз.

e. Если теплопроводность материала, через который передается тепло, уменьшается в 10 раз, то скорость теплопередачи составляет ________________ в _________ раз.

ф. Если разница температур на противоположных сторонах материала, через который передается тепло, увеличивается в 2 раза, то скорость теплопередачи составляет ________________ в _________ раз.

2. Используйте информацию на этой странице, чтобы объяснить, почему слой жира толщиной 2–4 дюйма на белом медведе помогает согреть белых медведей в холодную арктическую погоду.

3. Рассмотрим приведенный выше пример проблемы. Предположим, что место, где расположено окно, заменено стеной с толстым утеплителем. Теплопроводность той же площади будет уменьшена до 0,0039 Вт / м / ° C, а толщина увеличится до 16 см.Определите скорость теплопередачи через эту площадь 2,16 м 2 .

Вода | Безграничная биология

Полярность воды

Полярность воды определяет многие ее свойства, в том числе ее привлекательность для других молекул.

Цели обучения

Опишите действия, которые происходят из-за полярности воды.

Основные выводы

Ключевые точки
  • Разница в электроотрицательности между атомами кислорода и водорода создает частичные отрицательные и положительные заряды на атомах соответственно.
  • Молекулы воды притягиваются или притягиваются к другим полярным молекулам.
  • Молекулы, которые не растворяются в воде, известны как гидрофобные (водобоязненные) молекулы.
Ключевые термины
  • гидрофильный : имеющий сродство к воде; может впитывать или намокать водой
  • гидрофобный : не имеет сродства к воде; не может впитаться или намокать водой
  • полярность : Межмолекулярные силы между слегка положительно заряженным концом одной молекулы и отрицательным концом другой или той же самой молекулы.

Одним из важных свойств воды является то, что она состоит из полярных молекул. Два атома водорода и один атом кислорода в молекулах воды (H 2 O) образуют полярные ковалентные связи. В то время как у молекулы воды нет чистого заряда, полярность воды создает слегка положительный заряд на водороде и слегка отрицательный заряд на кислороде, что способствует притягивающим свойствам воды. Заряды воды возникают из-за того, что кислород более электроотрицателен или любит электроны, чем водород.Таким образом, более вероятно, что общий электрон будет обнаружен около ядра кислорода, чем ядра водорода. Поскольку вода является нелинейной или изогнутой молекулой, разница в электроотрицательностях между атомами кислорода и водорода генерирует частичный отрицательный заряд около кислорода и частичные положительные заряды около обоих атомов водорода.

Неполярные молекулы : масло и вода не смешиваются. Как видно на этом макро-изображении масла и воды, масло не растворяется в воде, а вместо этого образует капли.Это связано с тем, что это неполярное соединение.

В результате полярности воды каждая молекула воды притягивает другие молекулы воды из-за противоположных зарядов между ними, образуя водородные связи. Вода также притягивает или притягивается другими полярными молекулами и ионами, включая многие биомолекулы, такие как сахара, нуклеиновые кислоты и некоторые аминокислоты. Полярное вещество, которое легко взаимодействует с водой или растворяется в ней, называется гидрофильным (hydro- = «вода»; -philic = «любящий»).Напротив, неполярные молекулы, такие как масла и жиры, плохо взаимодействуют с водой, как показано на рисунке. Эти молекулы отделяются от нее, а не растворяются в ней, как мы видим в заправках для салатов, содержащих масло и уксус (кислый водный раствор). . Эти неполярные соединения называются гидрофобными (гидро- = «вода»; -фобные = «боязнь»).

Водородные связи : Этот интерактив показывает взаимодействие водородных связей между молекулами воды.

Состояния воды: газ, жидкость и твердое тело

Ориентация водородных связей при изменении состояния воды определяет свойства воды в ее газообразной, жидкой и твердой формах.

Цели обучения

Объясните биологическое значение способности льда плавать по воде

Основные выводы

Ключевые точки
  • При кипячении воды кинетическая энергия приводит к полному разрыву водородных связей и позволяет молекулам воды улетучиваться в воздух в виде газа (пара или водяного пара).
  • Когда вода замерзает, молекулы воды образуют кристаллическую структуру, поддерживаемую водородными связями.
  • Твердая вода или лед менее плотная, чем жидкая вода.
  • Лед менее плотен, чем вода, потому что ориентация водородных связей заставляет молекулы расходиться дальше друг от друга, что снижает плотность.
  • Для других жидкостей затвердевание при понижении температуры включает снижение кинетической энергии, что позволяет молекулам упаковываться более плотно и делает твердое вещество более плотным, чем его жидкая форма.
  • Поскольку лед менее плотен, чем вода, он может плавать на поверхности воды.
Ключевые термины
  • плотность : Мера количества вещества, содержащегося в данном объеме.

Состояния воды: газ, жидкость и твердое тело

Образование водородных связей — важное качество жидкой воды, которое имеет решающее значение для жизни, какой мы ее знаем. Поскольку молекулы воды образуют водородные связи друг с другом, вода приобретает некоторые уникальные химические характеристики по сравнению с другими жидкостями, а поскольку живые существа имеют высокое содержание воды, понимание этих химических свойств является ключом к пониманию жизни. В жидкой воде водородные связи постоянно образуются и разрываются, когда молекулы воды скользят друг мимо друга.Разрыв этих связей вызван движением (кинетической энергией) молекул воды из-за тепла, содержащегося в системе. Когда при кипячении воды повышается температура, более высокая кинетическая энергия молекул воды приводит к полному разрыву водородных связей и позволяет молекулам воды выходить в воздух в виде газа (пара или водяного пара). С другой стороны, когда температура воды понижается и вода замерзает, молекулы воды образуют кристаллическую структуру, поддерживаемую водородными связями (не хватает энергии для разрыва водородных связей).Это делает лед менее плотным, чем жидкая вода, что не наблюдается при затвердевании других жидкостей.

Фазы вещества : Посмотрите, что происходит с межмолекулярными связями во время фазовых изменений в этом взаимодействии.

Более низкая плотность воды в твердой форме связана с ориентацией водородных связей при замерзании: молекулы воды раздвигаются дальше, чем в жидкой воде. В случае большинства других жидкостей затвердевание при понижении температуры включает снижение кинетической энергии между молекулами, что позволяет им упаковываться даже более плотно, чем в жидкой форме, и придает твердому телу большую плотность, чем жидкость.

Низкая плотность льда, что является аномалией, заставляет его плавать на поверхности жидкой воды, такой как айсберг или кубики льда в стакане с водой. В озерах и прудах лед образуется на поверхности воды, создавая изолирующий барьер, который защищает животных и растения в пруду от замерзания. Без этого слоя изолирующего льда растения и животные, живущие в пруду, замерзли бы в твердой глыбе льда и не смогли бы выжить. Губительное воздействие замерзания на живые организмы вызвано расширением льда относительно жидкой воды.Кристаллы льда, образующиеся при замораживании, разрывают хрупкие мембраны, необходимые для функционирования живых клеток, необратимо повреждая их. Клетки могут пережить замерзание только в том случае, если воду в них временно заменить другой жидкостью, например глицерином.

Плотность льда : Водородная связь делает лед менее плотным, чем жидкая вода. Решетка (а) льда делает его менее плотным, чем свободно движущиеся молекулы жидкой воды, что позволяет ему (б) плавать по воде.

Высокая теплоемкость воды

Вода способна поглощать большое количество тепла перед повышением температуры, что позволяет людям поддерживать температуру тела.

Цели обучения

Объясните биологическое значение высокой удельной теплоемкости воды

Основные выводы

Ключевые точки
  • Вода имеет самую высокую теплоемкость из всех жидкостей.
  • Океаны остывают медленнее, чем суша, из-за высокой теплоемкости воды.
  • Чтобы изменить температуру 1 грамма воды на 1 градус Цельсия, требуется 1,00 калории.
Ключевые термины
  • теплоемкость : способность вещества поглощать тепловую энергию
  • удельная теплоемкость : количество тепла в калориях, необходимое для повышения температуры 1 грамма воды на 1 градус Цельсия

Высокая теплоемкость воды

Способность молекулы поглощать тепловую энергию называется теплоемкостью, которую можно рассчитать по уравнению, показанному на рисунке.Высокая теплоемкость воды — это свойство, вызванное водородными связями между молекулами воды. Когда тепло поглощается, водородные связи разрываются, и молекулы воды могут свободно перемещаться. При понижении температуры воды образуются водородные связи, выделяющие значительное количество энергии. Вода имеет самую высокую удельную теплоемкость из всех жидкостей. Удельная теплоемкость определяется как количество тепла, которое должен поглотить или потерять один грамм вещества, чтобы изменить его температуру на один градус Цельсия. Для воды это количество составляет одну калорию, или 4.184 Джоуля. В результате вода долго нагревается и долго остывает. На самом деле удельная теплоемкость воды примерно в пять раз больше, чем у песка. Это объясняет, почему земля остывает быстрее, чем море.

[латекс] \ displaystyle {\ text {C} = \ frac {\ text {Q}} {\ Delta \ text {T}}}. [/ Latex]

Устойчивость к резким перепадам температуры делает воду прекрасной средой обитания, позволяя организмам выживать, не испытывая резких колебаний температуры. Кроме того, поскольку многие организмы в основном состоят из воды, свойство высокой теплоемкости позволяет строго регулировать внутреннюю температуру тела.Например, когда вы катаетесь на лыжах или играете на снегу, температура вашего тела не падает резко до той же температуры, что и температура наружного воздуха. Благодаря высокой теплоемкости вода используется теплокровными животными для более равномерного распределения тепла по телу; он действует аналогично автомобильной системе охлаждения, передавая тепло из теплых мест в прохладные, заставляя тело поддерживать более равномерную температуру.

Теплота испарения воды

Испарение воды требует значительного количества энергии из-за высокой теплоты испарения воды.

Цели обучения

Объясните, как теплота парообразования связана с температурой кипения воды

Основные выводы

Ключевые точки
  • Диссоциация жидких молекул воды, которая превращает вещество в газ, требует много энергии.
  • Точка кипения воды — это температура, при которой достаточно энергии для разрыва водородных связей между молекулами воды.
  • Вода превращается из жидкой формы в газообразную форму (пар) при достижении теплоты испарения.
  • Испарение пота (в основном воды) удаляет тепло с поверхности кожи, охлаждая тело.
Ключевые термины
  • теплота испарения : энергия, необходимая для преобразования заданного количества вещества из жидкости в газ при заданном давлении (часто атмосферном).

Теплота испарения воды

Вода в жидкой форме имеет необычно высокую температуру кипения, близкую к 100 ° C. В результате сети водородных связей, присутствующей между молекулами воды, требуется большой вклад энергии для преобразования одного грамма жидкой воды в водяной пар — потребность в энергии, называемая теплотой испарения.Вода имеет значение теплоты испарения 40,65 кДж / моль. Для этого изменения воды требуется значительное количество тепловой энергии (586 калорий). Этот процесс происходит на поверхности воды. Когда жидкая вода нагревается, водородные связи затрудняют отделение молекул воды друг от друга, что необходимо для ее перехода в газообразную фазу (пар). В результате вода действует как теплоотвод или резервуар тепла, и для кипения требуется гораздо больше тепла, чем для жидкости, такой как этанол (зерновой спирт), водородная связь которой с другими молекулами этанола слабее, чем водородная связь воды.В конце концов, когда вода достигает точки кипения 100 ° по Цельсию (212 ° по Фаренгейту), тепло может разорвать водородные связи между молекулами воды, а кинетическая энергия (движение) между молекулами воды позволяет им выйти из жидкости. как газ. Даже когда температура ниже точки кипения, отдельные молекулы воды получают достаточно энергии друг от друга, так что некоторые молекулы поверхностной воды могут улетучиваться и испаряться; этот процесс известен как испарение.

Влажность, испарение и кипение : (a) Из-за распределения скоростей и кинетической энергии некоторые молекулы воды могут переходить в паровую фазу даже при температурах ниже обычной точки кипения.(b) Если контейнер запечатан, испарение будет продолжаться до тех пор, пока плотность пара не станет достаточной для скорости конденсации, равной скорости испарения. Эта плотность пара и создаваемое парциальное давление являются значениями насыщения. Они увеличиваются с температурой и не зависят от присутствия других газов, например воздуха. Они зависят только от давления водяного пара.

Тот факт, что для испарения воды необходимо разорвать водородные связи, означает, что в процессе используется значительное количество энергии.Когда вода испаряется, процесс поглощает энергию, охлаждая среду, в которой происходит испарение. У многих живых организмов, включая человека, испарение пота, который на 90 процентов состоит из воды, позволяет организму охладиться, чтобы поддерживать гомеостаз температуры тела.

Свойства растворителя воды

Полярность воды делает ее отличным растворителем для других полярных молекул и ионов.

Цели обучения

Объясните, почему некоторые молекулы не растворяются в воде.

Основные выводы

Ключевые точки
  • Вода диссоциирует соли, разделяя катионы и анионы и создавая новые взаимодействия между водой и ионами.
  • Вода растворяет многие биомолекулы, поскольку они полярны и, следовательно, гидрофильны.
Ключевые термины
  • диссоциация : процесс, при котором соединение или сложное тело распадается на более простые составляющие, такие как атомы или ионы, обычно обратимо.
  • гидратная оболочка : термин, используемый для сольватационной оболочки (структура, состоящая из химического вещества, которое действует как растворитель и окружает растворенные вещества) с водным растворителем; также называется сферой гидратации.

Свойства растворителя воды

Вода, которая не только растворяет многие соединения, но и растворяет больше веществ, чем любая другая жидкость, считается универсальным растворителем. Полярная молекула с частично положительными и отрицательными зарядами, она легко растворяет ионы и полярные молекулы. Поэтому воду называют растворителем: веществом, способным растворять другие полярные молекулы и ионные соединения. Связанные с этими молекулами заряды образуют водородные связи с водой, окружая частицу молекулами воды.Это называется сферой гидратации или гидратной оболочкой, и она служит для разделения или диспергирования частиц в воде.

Когда ионные соединения добавляются к воде, отдельные ионы взаимодействуют с полярными областями молекул воды в процессе диссоциации, разрывая их ионные связи. Диссоциация происходит, когда атомы или группы атомов отрываются от молекул и образуют ионы. Рассмотрим поваренную соль (NaCl или хлорид натрия): когда кристаллы NaCl добавляются в воду, молекулы NaCl диссоциируют на ионы Na + и Cl , и вокруг ионов образуются сферы гидратации.Положительно заряженный ион натрия окружен частично отрицательным зарядом кислорода молекулы воды; отрицательно заряженный хлорид-ион окружен частично положительным зарядом водорода в молекуле воды.

Диссоциация NaCl в воде : Когда поваренная соль (NaCl) смешивается с водой, вокруг ионов образуются сферы гидратации.

Поскольку многие биомолекулы полярны или заряжены, вода легко растворяет эти гидрофильные соединения.Однако вода является плохим растворителем для гидрофобных молекул, таких как липиды. Неполярные молекулы испытывают гидрофобные взаимодействия в воде: вода меняет структуру водородных связей вокруг гидрофобных молекул, образуя решетчатую структуру, называемую клатратом. Это изменение в структуре водородных связей водного растворителя приводит к значительному снижению общей энтропии системы, поскольку молекулы становятся более упорядоченными, чем в жидкой воде. С термодинамической точки зрения такое сильное снижение энтропии не является спонтанным, и гидрофобная молекула не растворяется.

Связующие и адгезионные свойства воды

Когезия позволяет веществам выдерживать разрыв при воздействии напряжения, в то время как адгезия — это притяжение между водой и другими молекулами.

Цели обучения

Опишите когезионные и адгезионные свойства воды.

Основные выводы

Ключевые точки
  • Когезия удерживает водородные связи вместе, создавая поверхностное натяжение воды.
  • Поскольку вода притягивается к другим молекулам, силы адгезии притягивают воду к другим молекулам.
  • Вода переносится в растениях за счет сил сцепления и сцепления; эти силы вытягивают воду и растворенные минералы от корней к листьям и другим частям растения.
Ключевые термины
  • адгезия : способность вещества прилипать к непохожему на него веществу; притяжение между непохожими молекулами
  • когезия : различные межмолекулярные силы, удерживающие твердые тела и жидкости вместе; притяжение между подобными молекулами

Связующие и адгезионные свойства воды

Вы когда-нибудь наполняли стакан воды до самого верха, а затем медленно добавляли еще несколько капель? Прежде чем переливаться через край, вода приобретает куполообразную форму над краем стакана.Эта вода может оставаться над стеклом благодаря свойству сцепления. В когезии молекулы воды притягиваются друг к другу (из-за водородных связей), удерживая молекулы вместе на границе раздела жидкость-газ (вода-воздух), хотя в стекле больше нет места.

Сплоченность позволяет развивать поверхностное натяжение, способность вещества противостоять разрыву при воздействии растяжения или напряжения. По этой же причине вода образует капли, когда кладется на сухую поверхность, а не расплющивается под действием силы тяжести.Когда небольшой клочок бумаги помещается на каплю воды, бумага плавает поверх капли, даже если бумага более плотная (масса на единицу объема), чем вода. Когезия и поверхностное натяжение сохраняют водородные связи молекул воды нетронутыми и поддерживают предмет, плавающий наверху. Можно даже «плавать» иглой над стаканом воды, если ее положить аккуратно, не нарушая поверхностного натяжения.

Поверхностное натяжение : Вес иглы тянет поверхность вниз; в то же время поверхностное натяжение тянет его вверх, подвешивая на поверхности воды и не давая ему утонуть.Обратите внимание на углубление в воде вокруг иглы.

Эти силы сцепления связаны со свойством адгезии воды или притяжением между молекулами воды и другими молекулами. Это притяжение иногда сильнее, чем силы сцепления воды, особенно когда вода подвергается воздействию заряженных поверхностей, таких как те, которые находятся внутри тонких стеклянных трубок, известных как капиллярные трубки. Адгезия наблюдается, когда вода «поднимается» вверх по трубке, помещенной в стакан с водой: обратите внимание, что вода кажется выше по бокам трубки, чем в середине.Это связано с тем, что молекулы воды притягиваются к заряженным стеклянным стенкам капилляра больше, чем друг к другу, и поэтому прилипают к нему. Такой вид адгезии называется капиллярным действием.

Адгезия : Капиллярное действие в стеклянной трубке вызвано адгезионными силами внутренней поверхности стекла, превышающими силы сцепления между самими молекулами воды.

Почему силы сцепления и сцепления важны для жизни? Силы сцепления и адгезии важны для переноса воды от корней к листьям растений.Эти силы создают «притяжение» водяного столба. Это притяжение является результатом тенденции молекул воды, испаряющихся на поверхности растения, оставаться связанными с молекулами воды под ними, и поэтому они тянутся. Растения используют это природное явление, чтобы переносить воду от корней к листьям. Без этих свойств воды растения не смогли бы получать воду и растворенные минералы, в которых они нуждаются. В другом примере насекомые, такие как водомер, используют поверхностное натяжение воды, чтобы оставаться на плаву в поверхностном слое воды и даже спариваться там.

Когезия и адгезия : Связующие и адгезионные свойства воды позволяют этому водомерку (Gerris sp.) Оставаться на плаву.

pH, буферы, кислоты и основания

Кислоты диссоциируют на H + и понижают pH, в то время как основания диссоциируют на OH и повышают pH; буферы могут поглощать эти избыточные ионы для поддержания pH.

Цели обучения

Объясните состав буферных растворов и то, как они поддерживают стабильный pH

Основные выводы

Ключевые точки
  • Щелочной раствор будет иметь pH выше 7.0, тогда как кислотный раствор будет иметь pH ниже 7,0.
  • Буферы — это растворы, содержащие слабую кислоту и ее сопряженное основание; как таковые, они могут поглощать избыток ионов H + или ионов OH , тем самым поддерживая общий постоянный pH в растворе.
  • pH равен отрицательному логарифму концентрации ионов H + в растворе: pH = — log [H + ].
Ключевые термины
  • щелочной : имеющий pH более 7; базовый
  • кислая : с pH менее 7
  • буфер : раствор, состоящий из слабой кислоты и ее конъюгированного основания, который можно использовать для стабилизации pH раствора

Самоионизация воды

Ионы водорода самопроизвольно образуются в чистой воде в результате диссоциации (ионизации) небольшого процента молекул воды на равное количество ионов водорода (H + ) и ионов гидроксида (OH ).- [/ латекс]

Концентрация ионов водорода, диссоциирующих из чистой воды, составляет 1 × 10 -7 моль H + ионов на литр воды. Значение pH рассчитывается как отрицательное значение десятичного логарифма этой концентрации:

.

pH = -log [H + ]

Отрицательный логарифм 1 × 10 -7 равен 7,0, что также известно как нейтральный pH. И человеческие клетки, и кровь поддерживают почти нейтральный pH.

Шкала pH

pH раствора указывает на его кислотность или основность (щелочность).Шкала pH — это обратный логарифм, который находится в диапазоне от 0 до 14: все, что ниже 7,0 (в диапазоне от 0,0 до 6,9), является кислотным, а все, что выше 7,0 (от 7,1 до 14,0), является основным (или щелочным). Экстремальные значения pH в любом направлении от 7,0 обычно считаются неблагоприятными для жизни. PH клеток (6,8) и крови (7,4) очень близки к нейтральным, тогда как среда в желудке очень кислая, с pH от 1 до 2.

Шкала pH : Шкала pH измеряет концентрацию ионов водорода (H + ) в растворе.

Ненейтральные показания pH являются результатом растворения кислот или оснований в воде. Используя отрицательный логарифм для получения положительных целых чисел, высокие концентрации ионов водорода дают низкий pH, а низкие концентрации — высокий pH.

Кислота — это вещество, которое увеличивает концентрацию ионов водорода (H + ) в растворе, обычно за счет диссоциации одного из его атомов водорода. Основание обеспечивает либо гидроксид-ионы (OH ), либо другие отрицательно заряженные ионы, которые реагируют с ионами водорода в растворе, тем самым снижая концентрацию H + и повышая pH.

Сильные кислоты и сильные основания

Чем сильнее кислота, тем легче она отдает H + . Например, соляная кислота (HCl) очень кислая и полностью диссоциирует на ионы водорода и хлорида, тогда как кислоты в томатном соке или уксусе не полностью диссоциируют и считаются слабыми кислотами; наоборот, сильные основания легко отдают OH и / или реагируют с ионами водорода. Гидроксид натрия (NaOH) и многие бытовые чистящие средства очень щелочные и быстро выделяют OH при помещении в воду; ионы OH реагируют с H + в растворе, создавая новые молекулы воды и снижая количество свободного H + в системе, тем самым повышая общий pH.Примером слабого щелочного раствора является морская вода с pH около 8,0, достаточно близким к нейтральному, чтобы хорошо адаптированные морские организмы процветали в этой щелочной среде.

Буферы

Как могут организмы, чьим телам требуется pH, близкий к нейтральному, поглощать кислые и основные вещества (например, человек пьет апельсиновый сок) и выжить? Буферы — это ключ. Буферы обычно состоят из слабой кислоты и сопряженного с ней основания; это позволяет им легко абсорбировать избыток H + или OH , сохраняя pH системы в узком диапазоне.

Поддержание постоянного pH крови имеет решающее значение для благополучия человека. Буфер, поддерживающий pH крови человека, включает угольную кислоту (H 2 CO 3 ), бикарбонат-ион (HCO 3 ) и диоксид углерода (CO 2 ). Когда ионы бикарбоната соединяются со свободными ионами водорода и превращаются в угольную кислоту, ионы водорода удаляются, замедляя изменения pH. Точно так же избыток углекислоты может превращаться в углекислый газ и выдыхаться через легкие; это предотвращает накопление слишком большого количества свободных ионов водорода в крови и опасное снижение ее pH; аналогично, если в систему вводится слишком много OH , угольная кислота соединяется с ним, образуя бикарбонат, снижая pH.Без этой буферной системы pH тела будет достаточно колебаться, чтобы поставить под угрозу выживание.

Буферы в организме : Эта диаграмма показывает буферное действие организма на уровни pH крови: синие стрелки показывают процесс повышения pH по мере того, как образуется больше CO2; фиолетовые стрелки указывают на обратный процесс, снижая pH по мере образования большего количества бикарбоната.

Антациды, которые борются с избытком желудочной кислоты, являются еще одним примером буферов. Многие лекарства, отпускаемые без рецепта, действуют аналогично буферам для крови, часто по крайней мере с одним ионом (обычно карбонатом), способным поглощать водород и снижать pH, принося облегчение тем, кто страдает «изжогой» из-за желудочного сока после еды.

8 мероприятий по повышению энергоэффективности в системах отопления

Энергоэффективность систем отопления

Во многих зданиях ОВК является первой или второй статьей с точки зрения затрат на энергию . В этой технической статье рассматриваются советы по оптимизации и экономии энергии в системах отопления здания.

8 Действия по повышению энергоэффективности в системах отопления (на фото: Система отопления коммерческого здания; кредит: docsavageair.com)

Системы отопления в здании

Системы отопления всегда использовались, когда наружная температура опускалась ниже определенного порога комфорта ( весьма относительное понятие с точки зрения времени и пространства).В большинстве стран Африки, Южной Азии и Латинской Америки отопление не используется.

Выбор типа отопления и источника энергии необходимо делать с самого начала при проектировании здания. Это входит в компетенцию специалистов, архитекторов и теплотехников.

Во всех случаях поиск экономии включает следующие действия //

  1. Ограничение тепловых потерь из здания
  2. Предотвращение одновременного использования отопления и кондиционирования воздуха
  3. Избегайте ненадлежащего использования отопления
  4. Оптимизация мощность теплогенераторов
  5. Использовать тепловые насосы
  6. Использовать солнечное отопление
  7. Оптимизировать отопительные контуры
  8. Оптимизировать управление отоплением

1.Ограничение тепловых потерь из здания

В зависимости от уровня и колебаний наружной температуры, системы отопления или охлаждения (кондиционирования) поддерживают внутреннюю температуру на комфортном уровне (обычно от 18 до 22 ° C) . При постоянной работе эти системы добавляют или удаляют точное количество тепла, необходимое для компенсации тепловых потерь из здания (см. Рисунок 1 ниже).

Первый шаг — минимизировать эти потери. Для этого можно //

  • Спроектировать внешние стены для ограничения теплопроводности и рассеивания за счет излучения,
  • Утеплить крышу,
  • Использовать двери и окна с теплоизоляцией (двойное остекление, изолированные двери),
  • Обработать мосты холода (дверные и оконные рамы, несущие конструкции, такие как столбы или балки и т. Д.)),
  • Обеспечьте экраны (ставни) для уменьшения потерь через отверстия,
  • Адаптируйте солнцезащитные устройства, чтобы избежать солнечного излучения, когда требуется охлаждение.

Все эти действия становятся проще, если они выполняются на как часть проекта нового здания , и, таким образом, они дешевле, чем в существующих зданиях, где есть ограничения на изоляционные и восстановительные работы.

Однако более дешевые решения могут быть применены к существующим зданиям, в частности, за счет уменьшения количества наружного воздуха, попадающего в здание через открытие дверей и окон, или за счет создания входной камеры.Во всех зданиях эффективное управление отоплением также может привести к экономии, описанной ниже.

Рисунок 1 — Потоки энергии в зданиях

Вернуться к Действиям по отоплению ↑


2. Предотвратить одновременное использование отопления и кондиционирования воздуха

Наиболее эффективные системы управления могут полностью отключить часть распределительного контура , настроить на предотвращать одновременную работу систем отопления и охлаждения и иметь настройки по умолчанию, подходящие для здания.

Например, таймеры — это недорогая технология для включения и выключения систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха в определенное время, например, за час до начала смены и за час до ее окончания.

При правильной реализации это оказывает незначительное влияние на комфорт жителей, поскольку тепловая масса здания поддерживает аналогичную температуру воздуха в течение коротких периодов времени. Также можно запрограммировать государственные праздники, что сократит годовое время работы. «Интеллектуальные» таймеры определяют оптимальный период работы, потенциально сокращая время работы еще больше.

Вернуться к действиям по отоплению ↑


3. Избегайте ненадлежащего использования отопительных систем

Три совета по предотвращению неправильного использования отопительных систем //

Совет № 1 Во всех коммерческих, промышленных или промышленных зданиях. административная деятельность, температура от 20 ° C до 22 ° C не должна превышать во время отопительных периодов. Температурный режим обязательно выше в больницах и медицинских центрах, тогда как в спортзалах и спортзалах возможны более низкие температуры окружающей среды.

Совет № 2 Предотвратите или ограничьте открытие окон (как в периоды холода, так и во время волн тепла) или сделайте индивидуальные системы отопления (и охлаждения) зависимыми от того, чтобы окна оставались закрытыми.

Совет № 3 Не отапливайте или, при необходимости, поддерживайте температуру чуть выше нуля, незаселенные или частично заселенные здания (складские и служебные помещения). Для отдельных офисов, комнат и т. Д. Можно контролировать работу локального отопления или открытие вентиляционных отверстий с помощью датчика присутствия.

Вернуться к действиям по отоплению ↑


4. Оптимизация мощности теплогенераторов

Системы отопления могут быть индивидуальными или централизованными.

Индивидуальные системы обычно используют электрические радиаторы (конвекторные, излучающие или нагнетательные), которые обогревают каждую часть здания отдельно (офисы, комнаты, места общего пользования). Однако, хотя эффективность электрического радиатора составляет 100% (вся используемая энергия преобразуется в тепло в здании), этот тип отопления редко бывает самым экономичным.

Конвекторный радиатор низкого уровня (фото предоставлено veranoconvector.co.uk)

Чтобы был эффективным, он должен управляться таким образом, чтобы отключать отопление, когда помещение больше не используется.

Централизованные системы включают теплогенератор (котел) и систему распределения. Когда тепло покупается у поставщика, энергия доставляется по трубам горячего водоснабжения, а тепловые измерения используются для выставления счетов. В остальных случаях тепловая энергия вырабатывается в котле, расположенном в здании.Чтобы котел был полностью эффективным, он должен быть современной конструкции, настраиваться и обслуживаться квалифицированным персоналом.

Его эффективность может быть измерена, независимо от типа топлива, путем контроля уровня CO2 и температуры выхлопных газов .

Вернуться к действиям по отоплению ↑


5. Используйте тепловые насосы

Тепловые насосы можно использовать как с котлом отдельно, так и в сочетании с бойлером , в зависимости от типа используемого источника тепла.

Источником тепла может быть окружающий воздух, но в этом случае насос не может эффективно использоваться ниже определенной температуры из-за обледенения. Таким образом, тепловые насосы типа «воздух-вода» или «воздух-воздух» чаще всего используются в середине сезона, а котел работает в самые холодные периоды.

Источником тепла также могут быть подземные воды, если таковые имеются (см. Рисунок 2 ниже), или недра. Тепловые насосы в данном случае относятся к типу «вода-вода» и имеют гораздо больший диапазон использования, так как они не ограничены внешней температурой.

Примечание // КПД теплового насоса измеряется его КПД (COP) , который представляет собой отношение тепловой энергии, доставляемой при определенных температурных условиях, к электрической энергии, потребляемой компрессором (и, возможно, вентилятор).

КПД теплового насоса «воздух-вода» составляет от 2 до 3,5 в зависимости от температуры воздуха . Тепловой насос «вода-вода» может достичь КПД от 3 до 5 .

Рисунок 2 — Тепловой насос «вода-вода»

Вернуться к разделу «Отопление» ↑


6.Используйте солнечное отопление.

Это решение представляет две трудности: оно требует хорошей экспозиции (ориентации) для установки солнечных панелей, а наличие тепла по самой своей природе зависит от погодных условий. Его можно использовать только как дополнение к системам отопления.

Солнечный фасад BAPV на муниципальном здании, расположенном в Мадриде, Испания (фото предоставлено Википедией)

Вернуться к мероприятиям по отоплению ↑


7. Оптимизация отопительных контуров

В случае централизованной системы отопления , в которой используется тепловая энергия распределяется по разным зданиям по водяному или воздушному контуру, также рекомендуется экономить энергию за счет снижения потерь тепла по трубам. необходимо для изоляции водопроводных труб или воздуховодов , особенно в неотапливаемых помещениях (воздуховоды, котельные, служебные помещения).

Потребление электроэнергии насосами или вентиляторами также должно быть снижено за счет установки приводов с регулируемой скоростью, чтобы обеспечить уровень тяги, который точно соответствует требованиям.

Комбинированное производство тепла и электроэнергии (ТЭЦ) компании Baxi установлено в школе Окхэма. Агрегат работает как свинцовый котел, дополненный двумя конденсационными котлами, которые обладают высокой энергоэффективностью и сверхнизкими уровнями выбросов NOx (фото: kirhammond.wordpress.com)

Вернуться к действиям по нагреву ↑


8. Оптимизация управления нагревом

Система управления нагревом должна обеспечивать комфорт пользователя при минимальном потреблении энергии , как показано на рисунке 3 ниже.

При нормальной эксплуатации во всех фактически используемых помещениях должна быть комфортная температура. В периоды, когда здания не используются (ночи, выходные, праздники), температуру можно снизить на несколько градусов.
Во избежание повреждения зданий и их содержимого необходимо постоянно поддерживать минимальную температуру чуть выше точки замерзания.

Рисунок 3 — Контур водяного отопления

Такая оптимизация требует программирования, которое должно учитывать //

тепловую инерцию здания. Следовательно, отопление должно включиться за несколько часов до прибытия пассажиров, и его можно также выключить перед тем, как они уйдут. Очень важно настроить эти периоды даже при временном небольшом падении уровня комфорта.

Занятие помещения , в котором можно независимо регулировать температуру в различных частях здания, что позволяет избежать обогрева неиспользуемых помещений или помещений, которые используются только с перерывами.

Внешний климат (наружная температура, ветер, солнечный свет) для оценки потерь тепла из здания.

«Бесплатные пожертвования» , обеспечиваемые солнечным излучением, метаболизмом присутствующих (примерно 75 Вт на человека), а также теплом, выделяемым в процессе (например, приготовление пищи) и внутренним освещением. Эти бесплатные вклады учитываются внутренними термостатами.

Наконец, для повышения комфорта пользователя, желательно иметь возможность регулировать настройку температуры для каждого офиса индивидуально .Регулировка осуществляется либо с помощью термостатического клапана, регулирующего заполненный водой радиатор, либо с помощью заслонки, регулирующей воздушный поток.

Вернуться к действиям по нагреву ↑


Вебинар по оптимизации HVAC

Ссылки //

  • Cahier Technique Schneider Electric no. 206 — Энергосбережение в зданиях Н. Чомье
  • Предпосылки создания — Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха — http: // eex.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *