TEXT 1
TYPES OF HEATING SYSTEMS
Central Heat
Furnaces
The majority of North American households depend on a central furnace to provide heat. A furnace
works by blowing heated air through ducts that deliver the warm air to rooms throughout the house via
air registers or grills. This type of heating system is called a ducted warm-air or forced warm-air
distribution system. It can be powered by electricity, natural gas, or fuel oil.
Inside a gas- or oil-fired furnace, the fuel is mixed with air and burned. The flames heat a metal heat
exchanger where the heat is transferred to air. Air is pushed through the heat exchanger by the “air
handler’s” furnace fan and then forced through the ductwork downstream of the heat exchanger. At the
furnace, combustion products are vented out of the building through a flue pipe. Older “atmospheric”
furnaces vented directly to the atmosphere, and wasted about 30% of the fuel energy just to keep the
exhaust hot enough to safely rise through the chimney. Current minimum-efficiency furnaces reduce
this waste substantially by using an “inducer” fan to pull the exhaust gases through the heat exchanger
and induce draft in the chimney. “Condensing” furnaces are designed to reclaim much of this escaping
heat by cooling exhaust gases well below 140°F, where water vapor in the exhaust condenses into
water. This is the primary feature of a high-efficiency furnace (or boiler). These typically vent through a
sidewall with a plastic pipe.
Heating system controls regulate when the various components of the heating system turn on and off.
The most important control is the thermostat, which turns the system - or at least the distribution
system - on and off to keep you comfortable. A typical forced air system will have a single thermostat.
But, there are other internal controls in a heating system, such as “high limit” switches that are part of
an invisible but critical set of safety controls.
The best gas furnaces and boilers today have efficiencies over 90%. The efficiency of a fossil-fuel furnace
or boiler is a measure of the amount of useful heat produced per unit of input energy (fuel). Combustion
efficiency is the simplest measure; it is just the system’s efficiency while it is running. Combustion
efficiency is like the miles per gallon your car gets cruising along at 55 miles per hour on the highway.
Boilers
Boilers are special-purpose water heaters. While furnaces carry heat in warm air, boiler systems
distribute the heat in hot water, which gives up heat as it passes through radiators or other devices in
rooms throughout the house. The cooler water then returns to the boiler to be reheated. Hot water
systems are often called hydronic systems. Residential boilers generally use natural gas or heating oil for
fuel.
In steam boilers, which are much less common in homes today, the water is boiled and steam carries
heat through the house, condensing to water in the radiators as it cools. Oil and natural gas are
commonly used.
Instead of a fan and duct system, a boiler uses a pump to circulate hot water through pipes to radiators.
Some hot water systems circulate water through plastic tubing in the floor, a system called radiant floor
heating. Important boiler controls include thermostats, aquastats, and valves that regulate circulation
and water temperature. Although the cost is not trivial, it is generally much easier to install “zone”
thermostats and controls for individual rooms with a hydronic system than with forced air. Some
controls are standard features in new boilers, while others can be added on to save energy.
Heat Pumps
Heat pumps are just two-way air conditioners. During summer, an air conditioner works by moving heat
from the relatively cool indoors to the relatively warm outside. In winter, the heat pump reverses this
trick, scavenging heat from the cold outdoors with the help of an electrical system, and discharging that
heat inside the house. Almost all heat pumps use forced warm-air delivery systems to move heated air
throughout the house.
A ground-source heat pump heats and cools in any climate by exchanging heat with the ground, which
has a more constant temperature.
There are two relatively common types of heat pumps. Air-source heat pumps use the outside air as the
heat source in winter and heat sink in summer. Ground-source (also called geothermal) heat pumps get
their heat from underground, where temperatures are more constant year-round. Air-source heat
pumps are far more common than ground-source heat pumps because they are cheaper and easier to
install. Ground-source heat pumps, however, are much more efficient, and are frequently chosen by
consumers who plan to remain in the same house for a long time, or have a strong desire to live more
sustainably.
Whereas an air-source heat pump is installed much like a central air conditioner, ground-source heat
pumps require that a “loop” be buried in the ground, usually in long, shallow (3-6' deep) trenches or in
one or more vertical boreholes. The particular method used will depend on the experience of the
installer, the size of your lot, the subsoil, and the landscape. Alternatively, some systems draw in
groundwater and pass it through the heat exchanger instead of using a refrigerant. The groundwater is
returned to the aquifer.
Because electricity in a heat pump is used to move heat rather than to generate it, the heat pump can
deliver more energy than it consumes. The ratio of delivered heating energy to consumed energy is
called the coefficient of performance, or COP, with typical values ranging from 1.5 to 3.5. This is a
“steady-state” measure and not directly comparable to the heating season performance factor (HSPF), a
seasonal measure mandated for rating trie heating efficiency of air-source heat pumps. Converting
between the measures is not straightforward, but ground-source units are generally more efficient than
air-source heat pumps.
ТЕКСТ 1
ТИПЫ СИСТЕМ ОТОПЛЕНИЯ
Центральное Отопление
Печи
Большинство североамериканских домохозяйств зависят от центральной печи для обеспечения
тепла. Печь работает, продувая нагретый воздух через каналы, которые доставляют теплый воздух
в помещения по всему дому через воздушные регулирующие клапаны или решетки. Этот тип
системы отопления называется канальной системой распределения теплого воздуха или
принудительной системой распределения теплого воздуха. В качестве топлива используется
электричество, природный газ или мазут.
Внутри печи, работающей на газе или мазуте, топливо смешивается с воздухом и сжигается.
Пламя нагревает металлический теплообменник, где тепло передается воздуху. Воздух
проталкивается через теплообменник вентилятором печи “обработчика воздуха”, а затем
проходит по воздуховоду ниже теплообменника. В печи продукты сгорания выводятся из здания
через дымовую трубу. Старые “атмосферные” печи выходили непосредственно в атмосферу, и
тратили впустую около 30% энергии топлива только для того, чтобы выхлопные газы были
достаточно горячими, чтобы безопасно подниматься через дымоход. Современные печи с
минимальной эффективностью существенно сокращают эти отходы за счет использования
вентилятора “устройства подачи среды под давлением” для вытягивания выхлопных газов через
теплообменник и создания тяги в дымоходе. “Конденсационные” печи предназначены для
утилизации большей части этого выделяющегося тепла путем охлаждения выхлопных газов
значительно ниже 140 ° F, когда водяной пар в выхлопных газах конденсируется в воду. Это
основная особенность высокоэффективной печи (или котла). Обычно они выходят через боковую
стенку через пластиковую трубу.
Органы управления системой отопления регулируют, когда различные компоненты системы
отопления включаются и выключаются. Наиболее важным элементом управления является
термостат, который включает и выключает систему - или, по крайней мере, систему
распределения - для обеспечения вашего комфорта. Типичная система принудительной подачи
воздуха будет иметь один термостат. Но в системе отопления есть и другие внутренние средства
контроля, такие как выключатели “высокого перепада”, которые являются частью невидимого, но
важного набора средств контроля безопасности.
Лучшие газовые печи и котлы на сегодняшний день имеют КПД более 90%. Эффективность печи
или котла на ископаемом топливе - это показатель количества полезного тепла, производимого на
единицу потребляемой энергии (топлива). Эффективность сгорания - это самый простой
показатель; это просто эффективность системы во время ее работы. Эффективность сгорания
похожа на количество миль на галлон, которое ваш автомобиль проезжает по шоссе со скоростью
55 миль в час.
Котлы
Котлы - это водонагреватели специального назначения. В то время как печи переносят тепло в
теплом воздухе, котельные системы распределяют тепло к горячей воде, которая отдает тепло,
проходя через радиаторы или другие устройства в комнатах по всему дому. Затем более холодная
вода возвращается в котел для повторного нагрева. Системы горячего водоснабжения часто
называют гидравлическими системами. Бытовые котлы обычно используют природный газ или
мазут в качестве топлива.
В паровых котлах, которые сегодня гораздо реже встречаются в домах, вода кипятится, и пар
разносит тепло по дому, конденсируясь в воду в радиаторах по мере ее охлаждения. Обычно
используются нефть и природный газ.
Вместо вентилятора и системы воздуховодов котел использует насос для циркуляции горячей
воды по трубам к радиаторам. В некоторых системах горячего водоснабжения вода циркулирует
по пластиковым трубкам в полу, система называется теплым подогревом пола. Важные элементы
управления котлом включают термостаты, расходомеры и клапаны, регулирующие циркуляцию и
температуру воды. Хотя стоимость не является незначительной, как правило, гораздо проще
установить “зонные” термостаты и регуляторы для отдельных помещений с гидравлической
системой, чем с принудительной подачей воздуха. Некоторые элементы управления являются
стандартными функциями в новых котлах, в то время как другие могут быть добавлены для
экономии энергии.
Тепловые насосы
Тепловые насосы - это просто двухсторонние кондиционеры. Летом кондиционер работает,
перемещая тепло из относительно прохладного помещения в относительно теплое снаружи.
Зимой тепловой насос делает все наоборот, забирая тепло от холода на улице с помощью
электрической системы и отводя это тепло внутри дома. Почти все тепловые насосы используют
системы принудительной подачи теплого воздуха для перемещения нагретого воздуха по всему
дому.
Тепловой насос с наземным источником нагревается и охлаждается в любом климате за счет
обмена теплом с землей, которая имеет более постоянную температуру.
Существует два относительно распространенных типа тепловых насосов. Тепловые насосы с
воздушным источником используют наружный воздух в качестве источника тепла зимой и
теплоотвода летом. Наземные (также называемые геотермальными) тепловые насосы получают
тепло из-под земли, где температура постоянна круглый год. Тепловые насосы с воздушным
источником гораздо более распространены, чем тепловые насосы с наземным источником,
потому что они дешевле и проще в установке. Однако тепловые насосы с наземным источником
гораздо более эффективны и часто выбираются потребителями, которые планируют оставаться в
одном и том же доме в течение длительного времени или имеют сильное желание жить более
комфортно.
В то время как тепловой насос с воздушным источником устанавливается так же, как центральный
кондиционер, тепловые насосы с наземным источником требуют, чтобы “петля” была зарыта в
землю, обычно в длинных неглубоких (3-6 футов глубиной) траншеях или в одной или нескольких
вертикальных скважинах. Конкретный используемый метод будет зависеть от опыта монтажника,
размера вашего участка, недр и ландшафта. В качестве альтернативы некоторые системы
всасывают грунтовые воды и пропускают их через теплообменник вместо использования
хладагента. Подземные воды возвращаются в водоносный горизонт.
Поскольку электричество в тепловом насосе используется для перемещения тепла, а не для его
выработки, тепловой насос может вырабатывать больше энергии, чем потребляет. Отношение
поставляемой тепловой энергии к потребляемой энергии называется коэффициентом
трансформации {, или COP,} с типичными значениями в диапазоне от 1,5 до 3,5. Это “устоявшаяся”
мера и не сопоставима напрямую с коэффициентом полезного действия отопительного сезона
(HSPF), сезонной мерой, необходимой для оценки эффективности нагрева тепловых насосов с
воздушным источником. Преобразование между измерениями не является простым, но наземные
установки, как правило, более эффективны, чем воздушные тепловые насосы.