Отопление дровами, кукурузным зерном и углем

Кому-то приходится сжигать растительное или твердое ископаемое топливо просто для того, чтобы не замерзнуть. Для других такое топливо дешевле или доступнее, чем более традиционные виды топлива, — метан, пропан или жидкое топливо. Давайте поговорим о некоторых «примитивных», но прошедших проверку временем способах отопления. Основные системы отопления, описанные в этой книге, являются типичными, но имеют много разновидностей.

Энергия, мощность и теплота. Приходилось ли вам слышать, как термины энергия, мощность и теплота используют один вместо другого, как будто бы они имеют одинаковое значение? Но ведь это не так! Энергия — это мощность, накапливающаяся или расходуемая за определенное количество времени. Мощность — это скорость, с которой расходуется энергия. Теплота — это один из способов передачи энергии, вызывающий изменение температуры. Энергия, мощность и теплота могут выражаться по-разному и существовать в разных видах.

Джоуль. Физики измеряют и выражают энергию, независимо от ее вида, в единицах, называемых джоулями. Один джоуль (1 Дж) эквивалентен одному ватту (1 Вт) мощности, израсходованной, излученной или рассеянной за время, равное одной секунде (1 с). Джоуль эквивалентен ватт-секунде, а ватт эквивалентен джоулю в секунду. Запишем это математически:

1 Дж = 1 Вт х с,
1 Вт = 1 Дж/с.

Для электронагревательных устройств вы рассчитываете ватт-часы (Вт х ч) или киловатт-часы (кВт х ч). Ватт-час соответствует 1 Вт, рассеянному за 1 час, а 1 кВтх ч — одному киловатту (1 кВт) мощности, рассеянному за 1 час. Заметим, что 1 кВт = 1000 Вт. Поэтому

1 Вт х ч = 3600 Дж,
1 кВт = 3 600 000 Дж = 3,6 х 106 Дж.

Калория. Реже используется единица теплоты, называемая калория. Одна калория (1 кал) — это количество энергии, затрачиваемой на нагревание одного грамма (1 г) чистой воды (находящейся в жидком состоянии) на один градус Цельсия (1 °С). Или наоборот — это количество энергии, теряемое 1 г чистой воды, если его температура падает на 1 "С. Килокалория (ккал), называемая также диетической калорией, — это количество энергии, затрачиваемой для того, чтобы температура одного килограмма (1 кг) чистой воды увеличилась или уменьшилась на один градус Цельсия (1 °С). Установлено, что 1 кал = 4,184 Дж, а 1 ккал = 4184 Дж.

Это определение калории остается справедливым только до тех пор, пока вода во всем объеме остается жидкостью в течение всего процесса. Если хотя бы часть воды замерзает, тает, закипает или конденсируется, это определение некорректно. При нормальном атмосферном давлении на поверхности Земли это определение остается верным в диапазоне температур примерно от 0 "С (точка замерзания воды) до 100 °С (точка кипения воды).

Британская тепловая единица (бте). В США для характеристики домашних систем отопления используется старинная единица измерения энергии — Британская тепловая единица (БТЕ/BTU). Эти единицы упоминаются в рекламах пе чей и кондиционеров. Одна Британская тепловая единица (1 БТЕ) — это количество энергии, затрачиваемой на нагревание одного фунта (1 фунт) чистой жидкой воды на один градус Фаренгейта (1 °F). Или наоборот — это количество энергии, которое теряет один фунт чистой воды, если его температура падает точно на 1 °F. Это определение, так же как и определение калории, будет справедливым только до тех пор, пока вода во всем объеме остается жидкостью. Использовать БТЕ для характеристики нагревательной способности печи или охлаждающей способности кондиционера неправильно. Эти характеристики описываются скоростью передачи энергии, которая выражается в Британских тепловых единицах в час (БТЕ/ч), а не полным количеством передаваемой энергии, выражаемым в Британских тепловых единицах. В действительности нагрева тельная способность печи определяется мощностью, а не энергией. 1 БТЕ = 1055 Дж. Другие, более полезные соотношения:

1 БТЕ/ч = 0,293 Вт,
1000 БТЕ/ч = 293 Вт.
И наоборот:
1 Вт = 3,41 БТЕ/ч, 1 кВт = 3410 БТЕ/ч.

Домашняя печь имеет нагревательную способность (мощность) 100 000 БТЕ/ч, что эквивалентно 29,3 кВт. Это примерно соответствует мощности, потребленной двадцатью портативными электронагревателями, включенными на полную мощность.

Способы передачи теплоты. На горячей плите теплота передается от конфорки к кастрюле с водой. Это способ передачи теплоты за счет теплопроводности. Когда инфракрасная (ИК) лампа светит на ваше больное плечо, энергия передается на поверхность вашей кожи от нити накаливания лампы. Это способ передачи теплоты посредством излучения (радиации). Когда электронагреватель с вентилятором обогревает комнату, воздух проходит через нагревательные элементы, затем вдувается в комнату, где нагретый воздух поднимается вверх и смешивается с остальным воздухом комнаты. Это способ передачи теплоты с помощью конвекции (переноса).