Все способы получения тепла

​Тепловая энергия

Тепловая энергия – одна из форм энергии, которая образуется в результате движения частиц, составляющих предмет.

Сегодня в мире используются различные способы получения тепловой энергии:

• Сжигание органических расходных материалов
• Использование тепла грунта
• Использование солнечной теплоэнергии
• Получение тепла в результате естественных химических реакций
• Использование биореакторов

В случае со сжиганием органических материалов, тепловая энергии – один из продуктов процесса горения. Теплоэнергия, полученная таким образом, может преобразовываться в электроэнергию на специальных теплоэлектроцентралях (ТЭЦ) и теплоэлектростанциях (ТЭС). Чаще всего в качестве расходного материала используется уголь или газ. Также могут использоваться в данных целях различные биомассы. Нефть практически не используется для получения тепловой энергии и преобразования её в электрическую. Традиционные способы получения теплоэнергии хоть и являются наиболее распространёнными, всё же активно критикуются в современном обществе. В основе критики находятся постулаты о необходимости бережного отношения к природе и недопустимости иссякания природных ресурсов.

Использование тепла непосредственно Земли – достаточно экологичный способ добычи теплоэнергии. Геотермальные источники бывают двух типов:

В процессе получения теплоэнергии используются паровые турбины и иные тепловые машины.

Получение тепла от солнечных лучей не стало популярным в глобальных масштабах. Тем не менее, работы в данном направлении продолжают вестись, и инженеры активно сотрудничают с архитекторами и экологами при создании энергопроизводящих домов и иных сооружений.

Получение тепла в результате естественных химических реакций (гниение, брожение и пр.), а также получение тепловой энергии с помощью биореакторов тоже пока не получили значительной популярности в мире. Количество теплоты, получаемой в результате такого производства, крайне мало в сравнении с другими способами получения теплоэнергии.

Источником тепловой энергии является специальная энергоустановка. Для увеличения тепловой энергии может различным образом использоваться сила трения.

«Жизненный цикл» тепловой энергии выглядит следующим образом:

В случае, если тепловая энергия не перерабатывается в электрическую, она используется для следующих нужд:

• Отопление жилых и нежилых помещений
• Горячее водоснабжение

Единицей измерения теплоэнергии является гигакалория (Гкал).

Для расчёта тепловой энергии, используемой для нужд отопления, используется следующая формула:

Q = V * ( T1 – T2 ) / 1000

Q – количество теплоэнергии

V – количество использованной горячей воды (в кубах)

Т1 – температура горячей воды

Т2 – температура холодной воды

В Беларуси основным способом получения теплоэнергии является сжигание природных ископаемых, там не менее, ведутся активные работы по экологизации данной отрасли энергетики. Что касается использования геотермальных ресурсов, то потенциал Беларуси в данной области достаточно низок – термальные воды расположены глубоко, из температура недостаточно высока, зато высок уровень минерализации. Использование солнечных батарей в промышленных масштабах не представляется эффективной методикой из-за особенностей климата Беларуси и относительно небольшого количества солнечных дней в году.

Источник

Источники тепловой энергии

Источники тепловой энергии могут быть самыми разными как по исполнению, так и по виду используемого топлива или другой энергии для преобразования в тепловую. Используется тепловая энергия для отопления помещений, получения горячей воды, приготовления пищи. С её помощью обжигается керамика, производятся и обрабатываются металлы и пластмассы, производятся различные виды топлива.

Источники тепла

Источники тепловой энергии подразделяются на 3 вида.

• Естественные источники, имеющиеся в окружающей нас природе. В первую очередь, это солнечные лучи и тепло земных недр. Во вторую очередь, это тепло от разложения органики. Другие естественные источники тепла можно не рассматривать, так как эффективность их использования слишком мала.
• Искусственные источники, использующие всевозможные и доступные виды топлива или другие виды энергий, такие как электричество и энергия атома.
• Вторичные источники. Это попутные источники тепла, созданные деятельностью человека. Дело в том, что все электрические приборы работают с выделением тепла. Причём холодильники и морозильники выделяют тепло постоянно. Постоянно выделяет тепло и сам человек. В домах с минимальными теплопотерями, построенных по технологии «Пассивный дом», вторичных источников тепла вполне хватает для поддержания комфортной температуры в помещениях. В таких домах оборудуется система вентиляции с рекуперацией воздушных потоков и при необходимости свежий воздух подогревается электрическими тенами.

Способы получения тепла из природных источников

1. Гелиосистемы. Предназначены для нагревания теплоносителя прямыми или рассеянными солнечными лучами. Представляет собой замкнутый контур с циркулирующим в нём теплоносителем. Циркуляция может быть свободной или принудительной. Излишнее тепло с помощью теплообменника передаётся в другой контур, где оно и используется по назначению. В качестве теплоносителя используется обыкновенная вода, в том случае если гелиосистема используется в тёплое время года. При круглогодичном использовании контур заполняется антифризом или маслом. Читать подробнее …
2. Геотермальные системы. Предназначены для извлечения тепла из глубин грунта. Причём, чем глубже происходит забор тепла, тем выше эффективность работы геотермальной системы. Система трёхконтурная. Теплоноситель первого контура отдаёт низкопотенциальное тепло земных недр в тепловой насос, который это тепло умножает в несколько раз и передаёт теплоносителю второго контура. Второй контур отдаёт тепло через теплообменник на конкретные хозяйственные нужды. Читать подробнее …
3. Воздушные сплит-системы. Предназначены для извлечения тепла из воздуха. Это обычные кондиционеры, работающие наоборот. Извлечение тепла и его умножение осуществляется тем же тепловым насосом. Современные модели могут извлекать тепло даже при температуре -35. Читать подробнее …
4. Получение тепла из разлагающейся органики. Самый бюджетный и при этом очень эффективный природный способ получения тепла. В процессе переработки бактериями растительных отходов выделяется большое количество тепла, которое можно отвести от компостной кучи и использовать для отопления и повседневных нужд. К тому же к концу отопительного сезона мы всегда имеем первоклассный компост. Читать подробнее …

Способы получения тепла от искусственных источников

1. Кирпичные дровяные печи. Самый народный способ получения и сохранения тепла. Несмотря на многообразие современных технологичных источников тепла, кирпичные печи по прежнему востребованы и не теряют своей популярности. А мастера и инженеры продолжают и дальше создавать новые эффективные и экономичные печи. Читать подробнее …
2. Твёрдотопливные котлы. Используются как для отопления, так и для нагрева воды. Конструктивно подразделяются на классические и длительного горения (пиролизные). Для загрузки подходит любое твёрдое топливо: дрова, щепа, гранулы, пеллеты, топливные брикеты всех видов, каменный уголь и т. д. При отсутствии механизированных загрузочных устройств, полностью независимы от электроснабжения. Обязательно устройство полноценного дымохода с хорошей тягой. Читать подробнее …
3. Дизельные котлы. Бывают только одноконтурными и используются только для отопления. Имеют открытую камеру сгорания. Имеется возможность менять горелку при переходе на другой вид жидкого топлива. Устанавливается в отдельном, хорошо вентилируемом помещении.
4. Электрические котлы. Могут быть установлены в любом сухом помещении дома. Абсолютно безшумные. В зависимости от конструкции бывают электродными индукционными, тэны в новых моделях уже не применяют. Электродные котлы недорогие и имеют самые малые габариты. Нуждаются в надёжном заземлении и могут терять эффективность при изменении химического состава теплоносителя. Предусмотрена возможность заполнения отопительной системы специальным антифризом. Индукционные котлы довольно дорогие, но эффективные и совершенно не капризные.
5. Газовые котлы. Бывают одноконтурные и двухконтурные. Одноконтурные используются исключительно для отопления. Двухконтурные имеют дополнительный контур для нагрева воды в бойлере. Бойлер используется как накопитель запаса горячей воды. При отсутствии бойлера в системе, второй контур может использоваться как постоянный источник горячей воды. Газовый котёл может использовать при отсутствии электроснабжения. В этом случае он должен быть оборудован пьезорозжигом. Устанавливается котёл в хорошо проветриваемом помещении. 70% установленных в России котлов именно газовые. Читать подробнее …
6. Водородные котлы. Новая технология позволяет обогревать помещения и нагревать воду используя в качестве топлива электричество и обыкновенную воду. Дымоход не требуется, отдельное помещение не обязательно. Стоимость таких котлов от 5 до 8 тыс долларов, но эксплуатация больших расходов не требует. Читать подробнее …
7. Когенерационные установки. Также как и водородные котлы, используют довольно свежие технологии. Приставка «ко» в названии означает «комби«. То есть, это установки для получения двух видов энергии одновременно, электрической и тепловой. Если же установка, в добавок ко всему производит холод, то это уже тригенерация. Производятся такие установки как для промышленных целей, так и для бытовых нужд. Читать подробнее …

Насколько публикация полезна?

Нажмите на звезду, чтобы оценить!

Средняя оценка 4.5 / 5. Количество оценок: 19

Источник

12 примеров тепловой энергии в повседневной жизни

Тепловая энергия относится к энергии, которой обладает объект в результате движения частиц внутри объекта. Это внутренняя кинетическая энергия объекта, которая исходит от случайных движений молекул и атомов объекта.

В то время как молекулы и атомы, составляющие материю, постоянно движутся, когда объект нагревается, повышение температуры заставляет эти частицы двигаться быстрее и сталкиваться друг с другом. Чем быстрее движутся эти частицы, тем выше тепловая энергия объекта.

Она может быть записана математически как произведение постоянной Больцмана (k _B) и абсолютной температуры (T).

Тепловая энергия = k _B T

Термин «тепловая энергия» может также применяться к количеству передаваемого тепла или энергии, переносимой тепловым потоком.

Тепловая энергия (или термическая энергия) может передаваться от одного тела другому через три процесса —

• Проводимость: это наиболее распространенная форма теплопередачи, которая происходит через физический контакт: передача внутренней энергии за счет микроскопических столкновений частиц и движения электронов внутри тела.
• Конвекция: представляет собой передачу тепла из одной области в другую в результате движения жидкостей, например, жидкостей и газов.
• Излучение — это передача энергии в виде частиц или волн через пространство или среду. Чем горячее объект, тем больше он будет излучать тепловой энергии.

Чтобы лучше объяснить это явление, мы собрали некоторые из лучших примеров тепловой энергии, которые вы видите в повседневной жизни.

12. Солнечная энергия

Тип теплопередачи: Излучение

Солнце — это почти идеальная сфера горячей плазмы, которая преобразует водород в гелий посредством миллиардов химических реакций, которые в конечном итоге производят интенсивное количество тепла.

Вместо того, чтобы находиться рядом с Солнцем, тепло излучается вдаль от звезды и в космос. Небольшая часть этой энергии (тепла) достигает Земли в виде света. В основном она содержит инфракрасный, видимый и ультрафиолетовый свет. Передача тепловой энергии таким образом называется тепловым излучением.

В то время как часть тепловой энергии проникает в атмосферу Земли и достигает земли, часть ее блокируется облаками или отражается от других объектов. Солнечный свет, достигающий поверхности Земли, нагревает ее.

По данным Университета Орегона, вся Земля получает в среднем 164 Ватта на квадратный метр в течение суток. Это означает, что вся планета получает 84 тераватта энергии.

11. Тающий лед

Тип теплопередачи: Конвекция

Тепловая энергия всегда течет из регионов с более высокой температурой в регионы с более низкой температурой. Например, когда вы добавляете к напитку кубики льда, тепло переходит из жидкости в кубики льда.

Температура жидкости падает по мере того, как тепло переходит от напитка к льду. Тепло продолжает перемещаться в самую холодную область напитка до тех пор, пока не достигнет равновесия. Потеря тепла приводит к падению температуры напитка.

10. Топливные элементы

Топливный элемент, который принимает водород и кислород в качестве входных данных

Теплопередача: зависит от типа топливного элемента

Топливные элементы — это электрохимические устройства, которые преобразуют химическую энергию топлива и окислителя в электрическую энергию. При работе топливного элемента значительная часть входной энергии используется для выработки электрической энергии, а оставшаяся часть преобразуется в тепловую энергию в зависимости от типа топливного элемента.

Тепло, получаемое в ходе этого процесса, используется для повышения энергоэффективности. Теоретически топливные элементы являются гораздо более энергоэффективными, чем обычные процессы: если отработанное тепло улавливается в когенерационной схеме, эффективность может достигать 90%.

9. Геотермальная энергия

Тип теплопередачи: мантийная конвекция

Геотермальная энергия — это тепло, получаемое в недрах Земли. Оно содержится в жидкостях и породах под земной корой и может быть найдено глубоко в горячей расплавленной породе Земли — магме.

Она образуется в результате радиоактивного распада материалов и непрерывной потери тепла от формирования планеты. Температура и давление на границе ядра и мантии могут достигать более 4000°C и 139 ГПа, в результате чего некоторые породы расплавляются, а твердая мантия ведет себя пластически.

Это приводит к тому, что части мантии конвектируются вверх (так как расплавленная порода легче, чем окружающие твердые породы). Пар и/или вода переносят геотермальную энергию на поверхность планеты, откуда она может быть использована для охлаждения и обогрева, или может быть использована для производства чистого электричества.

8. Тепловая энергия в океане

Тип теплопередачи: Конвекция и Проводимость

На протяжении десятилетий океаны поглощали более 9/10 избыточного тепла атмосферы от выбросов парниковых газов. Согласно исследованию, океан нагревается со скоростью 0,5-1 ватт энергии на квадратный метр в течение последних десяти лет.

Океаны обладают невероятным потенциалом для хранения тепловой энергии. Поскольку их поверхности подвергаются воздействию прямых солнечных лучей в течение длительных периодов времени, существует огромная разница между температурами мелководных и глубоководных морских районов.

Эта разница температур может быть использована для запуска теплового двигателя и выработки электроэнергии. Этот тип преобразования энергии, известный как преобразование тепловой энергии океана, может работать непрерывно и может поддерживать различные побочные отрасли.

7. Солнечная плита

Тип теплопередачи: излучение и проводимость

Солнечная плита — это низкотехнологичное, недорогое устройство, использующее энергию прямых солнечных лучей для нагрева, приготовления или пастеризации напитков и других пищевых материалов. В солнечный день она может достигать температуры до 400°C.

Все солнечные плиты работают по трем основным принципам:

• Концентрат солнечного света : устройство имеет зеркальную поверхность для концентрации солнечного света в небольшой зоне для приготовления пищи.
• Преобразование световой энергии в тепловую энергию. Когда свет падает на материал приемника (кастрюлю), он преобразует свет в тепло, и это мы называем проводимостью.
• Ловушка тепловой энергии : стеклянная крышка изолирует воздух внутри плиты от наружного воздуха, сводя к минимуму конвекцию (потери тепла).

6. Потирая руку

Тип теплопередачи: Проводимость

Когда вы потираете руки, трение превращает механическую энергию в тепловую. Механическая энергия относится к движению ваших рук.

Поскольку трение происходит за счет электромагнитного притяжения между заряженными частицами на двух соприкасающихся поверхностях, трение рук друг о друга приводит к обмену электромагнитной энергией между молекулами наших рук. Это приводит к тепловому возбуждению молекул наших рук, которые в конечном итоге вырабатывают энергию в виде тепла.

5. Тепловой двигатель

Тип теплопередачи: Конвекция

Тепловой двигатель преобразует тепловую энергию в механическую энергию, которую затем можно использовать для выполнения механической работы. Двигатель забирает энергию из тепла (по сравнению с окружающей средой) и превращает ее в движение.

В зависимости от типа двигателя применяются разные процессы, такие как использование энергии ядерных процессов для выработки тепла (уран) или воспламенение топлива в результате сгорания (уголь или бензин). Во всех процессах цель одна и та же: преобразовать тепло в работу.

Ежедневные примеры тепловых двигателей включают паровоз, двигатель внутреннего сгорания и тепловую электростанцию. Все они приводятся в действие расширением нагретых газов.

4. Горящая свеча

Тип теплопередачи: Проводимость, Конвекция, Излучение

Свечи делают свет, производя тепло. Они преобразуют химическую энергию в тепло. Химическая реакция называется сгоранием, при котором воск свечи вступает в реакцию с кислородом на воздухе и образует бесцветный газ, называемый углекислым газом, вместе с небольшим количеством пара.

Пар образуется в синей части пламени, где воск горит чисто с большим количеством кислорода. Но поскольку ни один воск не горит идеально, они также производят немного дыма (аэрозоль) в яркой, желтой части пламени.

На протяжении всего процесса фитиль поглощает воск и горит, чтобы произвести свет и тепловую энергию.

3. Электрические тостеры

Тип теплопередачи: тепловое излучение

Электрический тостер забирает электрическую энергию и очень эффективно преобразует ее в тепло. Он состоит из рядов тонких проволок (нитей), которые расположены достаточно широко друг от друга, чтобы поджарить всю поверхность хлеба.

Когда электричество течет по проводу, энергия передается от одного конца к другому. Эта энергия переносится электронами. На протяжении всего процесса электроны сталкиваются друг с другом и с атомами в металлической проволоке, выделяя тепло. Чем больше электрический ток и чем тоньше провод, тем больше происходит столкновений и выделяется больше тепла.

2. Современные системы отопления дома

Тип теплопередачи: Конвекция

Два распространенных типа отопительных систем, установленных в зданиях, — это системы отопления теплым воздухом и горячей водой. Первая использует тепловую энергию для нагрева воздуха, а затем циркулирует по системе воздуховодов и регистров. Теплый воздух выдувается из воздуховодов и циркулирует по помещениям, вытесняя холодный воздух.

Второй использует тепловую энергию для нагрева воды, а затем прокачивает ее по всему зданию в системе труб и радиаторов. Горячий радиатор излучает тепловую энергию в окружающий воздух. Затем теплый воздух движется по помещениям конвекционными потоками.

1. Процессоры и другие электрические компоненты

Тип теплопередачи: Конвекция и Проводимость

Процессор, графический процессор и система на чипе рассеивают энергию в виде тепла за счет сопротивления в электронных схемах. Графические процессоры в ноутбуках/настольных компьютерах потребляют и рассеивают значительно больше энергии, чем мобильные процессоры из-за их более высокой сложности и скорости.

Для поддержания оптимальной температуры микропроцессоров используются различные типы систем охлаждения. Например, обычная настольная система охлаждения ЦП предназначена для рассеивания до 90 Вт тепла без превышения максимальной температуры соединения для ЦП настольного компьютера.

Источник