Теплый пол энергопотребление: Сколько электроэнергии потребляет теплый пол: расчет вариантов

Сколько электроэнергии потребляет теплый пол: расчет вариантов

Прежде чем устанавливать теплый пол, необходимо подсчитать насколько это выгодно. Во время работы оборудование потребляет электроэнергию. Причем потребляют электроэнергию не только электрические инженерные системы.

Водная система, которая подключена к электрическому котлу, также потребляет электроэнергию. Немного позже мы поговорим о том, каков расход будет в каждом случае. А перед этим разберемся, от чего зависит электропотребление и возможно ли уменьшить этот показатель.

Факторы, которые оказывают влияние на электропотребление системы

В первую очередь на электропотребление оказывает влияние характер помещения, которое отапливается. Если оно находится на первом или последнем этаже, то расход несколько увеличится. В помещениях с плохой теплоизоляцией теплые полы, как электрические, так и водяные, будут работать малоэффективно.

Еще один фактор, оказывающий влияние на электропотребление электроэнергии – климатический пояс.

Чем ниже температура воздуха будет за окном, тем мощнее должна быть система.

Не последнюю роль играет характер напольного декоративного покрытия. Если в качестве последнего выступает деревянная доска, то она является не очень хорошим проводником. Соответственно для обогрева помещения придется включить оборудование на максимум. Остальные напольные покрытия достаточно хорошо пропускают тепло.

Многие укладывают теплые полы под керамическую плитку, которая является достаточно холодным напольным покрытием даже летом. Поэтому систему придется включать в этот период года. Естественно, и расход электроэнергии за лето будет немалым. Ламинированную же доску или линолеум подогревать летом не придется.

Также на электропотребление оказывает влияние время работы оборудования. Если вас практически никогда не бывает дома, то теплые полы будут работать максимум 12-14 часов в сутки. Если же в доме проживают дети, которые практически половину дня проводят дома или неработающие взрослые, то систему придется включать на 18-20, а то и 24 часа.

Соответственно, электропотребление возрастает в 2 раза.

Последний фактор, о котором хочется сказать – вид установленного терморегулятора. Механические устройства, которые на данный момент являются устаревшими, не помогут значительно снизить электропотребление. А вот установив электронный терморегулятор, получится снизить расход электроэнергии на 30-35%.

Параметры, которые нужно знать для подсчета энергопотребления

Чтобы ответить на вопрос, сколько электроэнергии потребляет инженерная система, необходимо знать мощность устанавливаемого оборудования, площадь обогреваемого помещения и количество рабочего времени системы.

Данное оборудование можно устанавливать, как дополнительный или как основной источник тепла. Системы, которые выступают в качестве дополнительного источника тепла, имеют мощность 110-160 Вт/м

2. Для того чтобы самостоятельно обогревать помещения система должна иметь мощность 200 Вт/м².

При этом не нужно сразу же перемножать эти цифры на квадратуру и пугаться полученного результата. Активно работают теплые полы лишь в момент прогрева помещения. Затем, оборудование отключается. Если в помещении температура начинает понижаться, система включается и подогревает воздух, после чего снова отключается. В таком режиме работаю теплые полы.

Получается, что за сутки инженерная система находится в рабочем состоянии часов 6-7. А если отнять дневное время, на которое теплые полы и вовсе отключаются, то получается не такая большая цифра.

Также необходимо знать полезную площадь помещения. Инженерную систему нельзя укладывать впритык к стенам комнаты и под тяжеловесную мебель. Получается, что полезной площади остается процентов 60-70 от общей.

Расход электроэнергии

Итак, приступим непосредственно к вычислению расхода электроэнергии. В первую очередь рассмотрим электропотребление электрических теплых полов. Все расчеты будем делать на конкретном примере.

Допустим, площадь помещения составляет 18 м². Тогда полезная площадь будет составлять 12.6 м² (70% от 18). Используем мы систему в качестве дополнительного источника тепла. Поэтому ее мощность составляет 160Вт/м². Чтобы узнать общую мощность нужно 160Х12.6. Получаем 2.016. После округления номинальная мощность системы получается 2 кВт.

Будем считать, что система работает круглые сутки. Тогда количество рабочих часов составляет 6-7. Мы возьмем 8 (чтобы наверняка). Для того чтобы узнать, сколько электроэнергии потребляет система, осталось перемножить номинальную площадь на количество рабочих часов. Получаем 16 кВт/день (2кВтХ8ч). В месяц выходит 48кКВт. Зная, сколько стоит 1 кВт в своем регионе, несложно посчитать, во сколько обойдется обслуживание инженерной системы и экономно ли это.

Если на том же примере рассмотреть электропотребление для системы, выступающей в качестве основного источника тепла, то получим:

• мощность системы: 200Х12. 6=2.520 кВт/ч;
• номинальная мощность: 2.5Х8=20 Квт/день;
• электропотребление в месяц: 20Х30=600 кВт.

Еще раз оговоримся о том, что такой расход будет при неэкономичном использовании системы.

Что же касается водяных систем, которые подключены к электрическому котлу, то все зависит от мощности самого котла, которая может варьироваться от 2 до 30 кВт/ч. Зная мощность прибора несложно посчитать его электропотребление за определенное количество времени. Даже не совершая подсчетов можно увидеть, что электрические системы получатся более экономичными.

Меры, позволяющие снизить электропотребление

В первую очередь нужно должным образом обустроить теплоизоляцию помещения. Холод поступает в помещении не только через оконные проемы. Поэтому необходимо заняться теплоизоляцией стен, полов и потолков.

Не мешает посмотреть и состояние розеток. В квартирах, как правило, они сквозные. Поэтому через них может проникать холод от соседей. Нужно теплоизолировать и этот элемент.

Укладывать целесообразно инфракрасную пленку. Она работает наиболее эффективно. Но, к сожалению, стоит достаточно дорого.

Нужно щепетильно отнести к выбору терморегулятора. Целесообразно остановить свой выбор на приборах, которые обладают дополнительными функциями. Есть приборы, которые могут включать и выключать оборудование по времени, изменять температуру теплоносителя в зависимость от изменения температуры на улице.

расход энергии, как рассчитать сколько электроэнергии потребляют инфракрасные системы, а также расчет мощности нагревательных элементов

Как бы соблазнительно не звучало предложение установить в квартире или доме напольное отопление, любой потребитель захочет вначале выяснить, сколько потребляют теплые полы (электрические) энергии.

Для получения точного ответа, нужно знать, от чего зависит энергопотребление, как рассчитать мощность пола, и есть ли возможность сэкономить.

От чего зависит уровень электропотребления?

Прежде чем решиться на установку, нужно оценить, каковы теплопотери в помещении и сколько потребляет энергии электрический теплый пол, ведь если они велики, то электрический пол скорее разочарует, чем обрадует.

При этом нужно учитывать следующие факторы:

1. Самым важным из них является степень теплоизоляции помещения. От того, насколько утеплены стены, окна, двери или балкон, зависит потребление электроэнергии электрическим теплым полом.
2. Как будет использоваться конструкция: в качестве основного или дополнительного обогрева.
3. Насколько суровые зимы, ведь чем ниже температура за окном, тем больше энергии потребуется для отопления.
4. Восприятие температуры так же играет большую роль. Кому-то +20 – это уже достаточное тепло, а кто-то при +28 градусов сидит в теплых носках.
5. Состояние чернового покрытия.
6. От количества человек, проживающих в помещении, так же зависит уровень потребления электроэнергии. Если жильцы большую часть времени отсутствуют, то потребуется хороший терморегулятор с возможностью настраивать теплый пол на минимальную температуру на это время.
7. Расположение помещения то же играет роль. В середине здания теплопотери ниже, тогда как угловые квартиры нуждаются в дополнительном утеплении.

Без проведения проверки на теплопотери установка теплого электрического пола, особенно в качестве основного вида обогрева, может себя не оправдать. Иногда достаточно использовать теплоизоляционные материалы при подготовке чернового основания, чтобы значительно снизить энергозатраты.

Теплый пол (электрический): расход энергии

Если взять в расчет принцип работы любого электрического пола, то он заключается в длительном первоначальном разогреве системы с последующим подключением по мере охлаждения нагревательных элементов.

Сколько электроэнергии потребляет электрический теплый пол? В среднем, в качестве дополнительного обогрева потребление теплыми электрическими полами электроэнергии составляет от 110 Вт до 160 Вт/м2. Как основное отопление, эти цифры увеличиваются до 200 Вт/м2.

Так как система работает в режиме «отключение-включение», то в среднем электрические полы нагреваются всего 15 минут каждый час, что составляет примерно 6 часов в сутки.

Как рассчитать теплый пол электрический?

Чтобы сделать расчет электрического теплого пола, нужно учесть следующие показатели:

1. Полезная площадь помещения, каковой является все пространство не занятое мебелью или бытовой техникой. Она должна быть не менее 70% общей площади комнаты, чтобы обеспечить ей достойный обогрев. Например, для помещения в 14 м2 она составит 10 м2.
2. Следующий показатель – это мощность самой системы. Она рассчитывается до покупки всех элементов теплого пола. Допустим, она составляет 150 Вт/м2 (это средний показатель для большинства моделей).

При такой мощности общий показатель составит: 150 Вт х 10 м2 = 1.5 кВт. Если учесть, что в зимний период система за сутки работает в течение 8 часов, то полученные киловатты следует умножить на время, и получится, что 1.5 кВт х 8 = 12 кВт/ч.
Полученный результат умножается на 30 дней, что даст 360 кВт/месяц. Чтобы узнать электропотребление теплых электрических полов, окончательную цифру нужно умножить на стоимость 1кВт.

В каждом конкретном случае результаты потребления электрическим теплым полом энергии на будут разные, так как многое зависит от того, насколько отапливаемое помещение теплоизолированное, какой климат в регионе и стоимость электроэнергии.

Мощность нагревательных элементов

На сегодняшний день теплые полы представлены следующими видами:

• греющий кабель;
• инфракрасная пленка;
• нагревательные маты.

Каждый из них состоит из нагревательных элементов, обладающих собственной характеристикой и расчетом мощности электрического теплого пола:

• если это теплый пол электрический инфракрасный, расход энергии составит от 160 до 200 Вт/м2 при условии, что это основной вид отопления;
• для греющего кабеля этот показатель в среднем составляет 130-150 Вт/м2. Цифры меняются в зависимости от шага между витками, поэтому ориентироваться можно на 20-60 Вт/м кабеля;
• для нагревательного мата – это 120 – 200 Вт/м2.

Это средняя мощность «начинки» теплого пола. Насколько показатели будут соответствовать действительности, зависит от того, качественно ли собрана вся конструкция, и из чего сделано финишное покрытие. Например, для пленочного пола лучшими материалами считаются линолеум и ламинат, тогда как кабельные системы хорошо сочетаются с керамической плиткой.

Расход электроэнергии кабельным полом

Этот вид теплых полов популярен в качестве нагревательных матов, так как они намного упрощают монтаж системы и сокращают время, необходимое для этого. В эти маты кабель уже уложен с определенным шагом, поэтому можно заранее рассчитать, сколько потребуется материала на полезную площадь помещения. Так же легко определить, какой будет производить теплый пол электрический расход электроэнергии.

Достаточно произвести следующие вычисления:

1. Например, полезная S комнаты составляет 15 м2. Именно на ней будут располагаться нагревательные маты.
2. Для такой площади нужны маты с общей мощностью 2100 Вт/час, при этом настоящая его производительность составит в среднем 1930 Вт. Этот показатель соответствует максимальному нагреву системы, что составляет +40-45 градусов, тогда как для комфортных ощущений достаточно + 23°С, значит, первоначальный показатель снижается до 965 Вт.
3. Так как пол не включен постоянно, а работает максимум 20 мин./ч., то потребляемая мощность электрического теплого пола на 1 м2 составит 322 Вт/час.

Применение двухтарифного счетчика позволит значительно экономить деньги, поэтому при покупке напольной системы отопления о его установке так же следует побеспокоиться.

Мощность пленочного пола

Этот вид напольного отопления признан самым экономным по нескольким причинам:

1. На его разогрев требуется мало времени.
2. Пленка обогревает не только пол, но и все предметы, стены и даже людей в помещении, что значительно повышает его производительность.
3. Инфракрасный пол можно применять локально. Например, в той части офиса, где находится рабочее место.
4. Тепло распространяется равномерно без холодных зон.
5. Для увеличения эффекта, его рекомендуется укладывать на теплоотражающие поверхности. Например, на теплоизоляцию, оснащенную фольгой.

Существуют стандарты пленочных систем, например, для дополнительного отопления мощность составит 120-150 Вт/м2, тогда как для основного – 170-200 Вт/м2. Достаточно рассчитать полезную площадь пола с учетом того, что она должна укладываться на расстоянии не менее 10 см от вертикальных поверхностей и умножить на мощность выбранной системы.

Большое значение при монтаже пленочного пола играет терморегулятор и степень теплоизоляции помещения. Чем она выше, тем меньше энергозатраты на разогрев системы.

Сколько электроэнергии потребляет теплый пол – делаем примерный расчет

Опубликовано 19 Май 2015 в 19:17

Для того чтобы узнать точно, сколько энергии будет потреблять теплый пол, необходимо учесть несколько факторов определяющих этот показатель. Процедура эта достаточно сложная, но если вы задумались над этим вопросом, то эта статья поможет вам правильно высчитать расход. Но нужно добавить, что цифры при этом получатся примерные, более точную информацию могут предоставить только специалисты.

Подсчет затрачиваемой энергии

Здесь для расчета можно использовать привычную всем методику, которая применяется при расчетах мощности электрического теплого пола. Чтобы ввести систему подсчета во всем понятное русло, за основу необходимо взять вариант потребления электроэнергии именно теплым полом. Это значит при замерах показаний, все другие предметы, использующие энергию нужно отключить.

При таком подходе вы сможете подсчитать максимальное потребление электричества за один час. Нужно добавить, что электрическим полам требуется различное количество энергии, в зависимости от типа их конструкции.

Также снижаться уровень расхода будет при работающих отопительных батареях, или конвекторах. Потому что в помещении будет и так тепло, и соответственно полы будут потреблять меньше электричества.

В другом случае, если кроме этой системы обогрева больше ничего не используется, то при включении, теплые полы начнут максимальное потребление энергоресурсов. Это обоснованно тем, что поначалу система старается разогреть помещение до определенной температуры, уровень которой заложен в термостате. Как только показатель достигнет необходимого показателя, потребляемая мощность заметно снизится.

В этот период и можно рассчитать первую цифру, в этом случае средний показатель будет равен примерно 40 Вт/ч на один кубический метр помещения.

Необходимые условия для расчета

Для правильности выведения цифр потребления энергии, нужно чтобы полы, соответствовали некоторым требованиям:

• При укладке они должны быть смонтированы точно по инструкции с соблюдением всех нормативных правил.
• Эксплуатация должна проводиться в рекомендованном режиме.
• Все соединения фитингов и переходников, не должны пропускать воду.
• В системе должен быть вмонтирован терморегулятор и датчик температуры выносного типа.

Примерный расчет в киловаттах

Счетчик в деревянном доме

Ниже будут приведены примерные цифры. За основу расчета будет взята примерная мощность в 130 Вт/кв.м. Эти показатели берутся с запасом, потому что греющие секции, как правило, дают 30–70% экономии, а это порядка 60–100 Вт/кв.м. Также позволяет экономить электрическую энергию наличие в системе термостата, в зависимости от типа его устройства.

Выключив все дополнительные источники потребления энергии и вспомогательные отопительные приборы, заметьте, сколько киловатт, израсходуется в течение 3-х часов. Показатель должен составлять порядка 60-100 Вт/кв.м. Эту сумму нужно умножить на обогреваемую площадь (не путайте с общей), в итоге вы получите примерный расход энергии на 1 час.

Особенности помещений

Теплый пол может по-разному потреблять энергию, в зависимости от места его укладки и необходимости поддержания определенной температуры. Например, в ванной, где площадь обогреваемого пола составляет 0,65 метра, потребление энергоресурсов будет равняться с тем количеством электричества, которое требуется для работы одной лампы освещения. А для помещения площадью в 3 м2, нужно будет столько же энергии, сколько потребляет обычный бытовой холодильник.

Способы экономии

Экономить потребление электроэнергии можно всегда, ведь в противном случае, производители не стали бы налаживать выпуск оборудования, которое никаким образом не позволяет это сделать.

Факторы позволяющие сэкономить

Регулятор температуры

Начать нужно с того, что системы никогда не рекомендуется прокладывать на всей площади помещения. Особенно это относится к инфракрасным полам, потребление энергии которых в разы меньше чем в кабельных системах. Мало того, что они будут обогревать никому ненужную площадь под мебелью, еще и шкаф или стенка, под воздействием высокой температуры, идущей от пола, могут рассохнуться и деформироваться со временем.

Для начала, следует располагать нагревательные элементы теплого пола на расстоянии, минимум, в 10 см от каждой стены.

Также не стоит укладывать греющий кабель там, где будет стоять тяжелая мебель. Это значит, что площадь оборудованная системой теплого пола будет составлять порядка 70% от общей. А при наличии большего количества мебели, этот показатель может сократиться до 50%.

На 30% можно снизить потребление за счет правильного выбора и монтажа терморегулятора. В этом случае по максимуму полы будут потреблять энергию только при включении, пока температура не наберет необходимого значения. После этого он должен отключать нагревательный элемент, и включит его только при понижении температуры.

На что еще обратить внимание

Утепление дома

Наружное утепление

Также, сэкономить затраты электроэнергии на работу системы теплых полов, поможет грамотная теплоизоляция. Если толщина стен дома приличная, и при постройке использовалась различные технологии для утепления потолка и пола, а также установлены теплосберегающие окна, то затраты заметно снизятся.

Отделочный материал для пола

На его выборе необходимо сделать особый акцент. Чем больше будет его теплопроводность, тем выгоднее в плане экономии. Например, половая доска, паркет или ламинат – не лучшие варианты в этом случае. Потому что у них низкий показатель теплопроводности. Поэтому те, кто выбрал эти материалы, будут немного больше платить за электричество.

А вот керамика, кафель, линолеум или ковролин, это то, что нужно в плане экономии. Поверхность прогреется быстрее, и энергоресурсов для этого понадобится меньше.

Температура на улице

Нетрудно догадаться, что чем ниже температура за пределами дома, тем больше требуется электричества для поддержания в нем тепла. Это достаточно неприятный момент, но его избежать, никак не получится. Таков российский климат, и если зима выдалась морозной, то будьте готовы, что за электричество придется платить гораздо больше. Именно поэтому, в северных регионах, теплый пол не используется в качестве единственного источника тепла, а только вкупе с другими системами отопления.

Назначение помещений

Насколько энергоэффективны теплые полы? | Разминка

Полы с подогревом добавляют непревзойденный комфорт в любой дом и могут быть очень эффективными в использовании благодаря точному контролю температуры в помещении и типу тепла, которое производит система.

ИЗЛУЧАЮЩЕЕ ТЕПЛО

Теплый пол создает лучистое тепло, которое равномерно распределяется. Полы с подогревом нагревают комнату равномерно от пола без перегрева, экономя до 15% на среднегодовых счетах за отопление. Полы с подогревом превращают всю поверхность пола в лучистые обогреватели, создающие комфортную общую температуру в помещении.В то время как радиаторы распределяют тепло неравномерно, создавая горячие и холодные точки в комнате, полы с подогревом обеспечивают равномерное распределение тепла, что означает, что система должна работать в течение более короткого периода времени, экономя энергию, чтобы получить тот же уровень комфорта.

ХОРОШАЯ ИЗОЛЯЦИЯ ОСНОВНОЙ

Чтобы в полной мере использовать энергоэффективность, достигаемую с помощью системы теплого пола, важно продумать изоляцию. Энергоэффективные системы отопления лучше всего достигаются при наличии достаточного уровня изоляции, поэтому, как и в любой системе, хорошая изоляция означает эффективные эксплуатационные расходы.Вы должны изолировать не только черный пол, на котором установлена ​​система, чтобы обеспечить низкие потери тепла и чтобы все производимое тепло эффективно использовалось для обогрева помещения.

ТЕРМОСТАТ ПОВЫШАЕТ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТЬ

Контроль над настройками отопления и программирование системы теплых полов на обогрев помещения только тогда, когда это необходимо, — это ключ к достижению энергоэффективной системы отопления. Используя все функции термостатов, доступных сегодня на рынке, вы можете сэкономить сотни фунтов на счетах за отопление.Например, термостат Warmup 4iE Smart WiFi может сэкономить до 200 фунтов стерлингов на счетах за отопление за счет оптимизации настроек температуры.

СКОЛЬКО МОЖНО СОХРАНИТЬ?

Согласно исследованию правительства Великобритании, Housing Fact File 2012, на отопление домов приходится 61% среднего потребления энергии. Полы с подогревом позволяют сэкономить до 15% на счетах за отопление, поскольку они работают при более низкой температуре. Кроме того, снижаются потери тепла через «передающие трубы» и меньше перегрев помещения.Система обеспечивает равномерное нагревание по всему помещению и может регулироваться для каждой зоны, то есть нагревание включается только при необходимости (для каждой зоны) с помощью программируемого термостата для каждой зоны.

Объяснение 15% экономии достигается за счет комбинации вышеуказанных концепций и испытаний, проведенных на нашем испытательном стенде EN442-2 в Германии.

Как работают системы теплого пола

Материал

Если вы хотите получить электрическую или влажную систему, обратите особое внимание на материалы, из которых изготовлен провод или труба для теплого пола.Для электрических систем фторполимер — очень прочный материал, поэтому проволока прочная, но очень тонкая. Итак, лучшие системы электрического теплого пола изготавливаются из фторполимера. Что касается трубы, то обычно доступны 3 типа: PEX-a, PE-RT и PE-RT / AL / PE-RT. Мы рекомендуем трубу PEX-a, поскольку она гибкая, но прочная и устойчивая к перегибам.

Высокое качество нагревателя и трубы очень важно, так как оно дает уверенность в том, что система надежна и обеспечивает беспроблемный нагрев.

Гарантии

Несмотря на то, что полы с подогревом известны своей надежностью после установки системы, важно убедиться, что ваша система покрыта соответствующими гарантиями и гарантиями.

Если что-то пойдет не так во время установки и обогреватель будет поврежден, неоценимо получить новую систему для замены поврежденной. Мы предлагаем Гарантию установки SAFETY Net ™ на все электрические системы Warmup. Если вы или ваш установщик случайно повредили систему обогрева во время установки, верните ее в Warmup, и мы бесплатно заменим ее на другой обогреватель той же марки и модели.

Кроме того, в Северной Америке мы даем пожизненную гарантию на подогревающий мат и системы напольного отопления DCM-PRO.

Поддержка

Даже если маловероятно, что у вас возникнут проблемы с вашей системой после того, как она будет установлена ​​на полу, вам следует при необходимости проверить наличие опоры.

Будь то поддержка установщиков на месте, помощь в настройке термостата или помощь в использовании системы, круглосуточная круглосуточная поддержка обеспечит душевное спокойствие.Это то, что мы предлагаем всем нашим клиентам, мы можем помочь в любое время суток и в любое время года по телефону +1 (888) 927-6333, если возникнут какие-либо проблемы.

Руководство по температуре и теплопроизводительности теплого пола

Знание тепловой мощности системы теплого пола необходимо для обеспечения того, чтобы ваша комната нагрелась до желаемой температуры. Меньше всего вам нужно, чтобы после установки системы было холодно, поэтому, чтобы точно сказать, сколько тепла вам нужно для обогрева комнаты, вам нужно знать тепловые потери, а затем выбрать систему подогрева полов с тепловая мощность соответствует.

Прочтите советы экспертов по теплопроизводительности и факторам, влияющим на тепловую мощность системы теплого пола. Как всегда, если у вас есть какие-либо вопросы, наша дружелюбная команда обслуживания клиентов доступна по телефону 0345 345 2288 .

РАЗМЕР ПОЛА

Размер отапливаемого пола напрямую связан с теплопроизводительностью, поскольку чем больше отапливаемая площадь, тем выше максимальная тепловая мощность системы. Однако размер отапливаемого пола по отношению к общему размеру комнаты также влияет на мощность, поскольку чем больше становится комната, тем выше становятся потери тепла.Если отапливаемая площадь значительно меньше, чем общий пол или размер комнаты (

ТЕМПЕРАТУРА ПОЛА И ТИП ПОЛА

Температура пола также напрямую влияет на тепловую мощность, причем, чем выше температура пола, тем выше тепловая мощность пола Однако не все виды отделки пола можно нагревать до высокой температуры, поэтому важно отметить, что, хотя повышение температуры пола увеличивает тепловую мощность, это также зависит от выбранной вами отделки пола.

Плотные и твердые материалы, такие как плитка и камень, обладают хорошей теплопроводностью, что означает, что тепло может лучше передаваться от нагревательного элемента к поверхности пола. Плитку и камень также можно нагреть до 29 + ° C для повышения производительности. Мягкие напольные материалы, такие как дерево, ламинат, линолеум, обладают сравнительно плохой проводимостью и могут нагреваться только до 27 ° C, что означает определенную максимальную тепловую мощность в зависимости от размера отапливаемой площади. Опять же, если выбранная вами отделка пола допускает температуру пола только 27 ° C, а требования к теплопроизводительности выше, чем та, которую можно достичь с полом 27 ° C, вы можете подумать о замене материала пола, чтобы использовать пол с подогревом. система работать как единственный источник тепла.

Чем выше температура пола, тем выше тепловая мощность, но некоторые виды отделки пола имеют ограничение по максимальной температуре. Всегда лучше проконсультироваться с производителем напольного покрытия.

ВЫБОР ТЕРМОСТАТА И ТЕМПЕРАТУРЫ ВОЗДУХА

Большинство современных термостатов регулируют температуру пола на основе температуры воздуха или пола и используют датчик воздуха или пола для ее измерения. Поскольку термостат включает или выключает нагрев, его точность, а также точность датчика могут иметь значительное влияние на тепловую мощность.Кроме того, чем выше желаемая температура в помещении, тем больше тепла необходимо для достижения этой температуры.

Это особенно актуально в ванных комнатах, где желаемая температура воздуха в помещении относительно высока, скажем, 23 ° C (по сравнению с обычной комнатной температурой в гостиной 21 ° C). Плохое управление или неправильно размещенные датчики термостата могут привести к при перегреве помещений и в тяжелых условиях может даже повредить отделку пола, поэтому рекомендуется приобретать высококачественный термостат.4iE Smart WiFi Thermostat обеспечивает точный контроль температуры и может сэкономить до 200 фунтов стерлингов на потреблении энергии, найдя более разумные способы обогрева вашего дома.

Точный контроль температуры в помещении важен для обеспечения правильной тепловой мощности. Умный термостат не только обеспечивает точное управление, но и позволяет сэкономить на счетах за отопление.

ИЗОЛЯЦИЯ ПОЛА ПОВЫШАЕТ ТЕПЛОИЗВОД

Тепловыделение поверхности пола может быть значительно увеличено за счет использования изоляции, такой как теплоизоляционные плиты Warmup, под отоплением.Это может быть непосредственно под нагревательными элементами, трубами или под стяжкой или средой, в которую встроено отопление. Если изоляция не используется, выделяемое тепло будет перемещаться не только вверх, но и вниз, а в худшем случае даже нагревать землю под конструкцией, тратя энергию, деньги и необходимое тепло.

Изоляционные плиты Warmup бывают разной толщины, предлагая различные уровни изоляции.

Если вы не хотите менять отделку пола или не можете изменить размер обогреваемой площади пола, увеличение общей теплоизоляции — хороший способ снизить потери тепла и снизить требования к теплопроизводительности. Добавление полой стены, крыши и дополнительной изоляции пола — все это хорошие способы сохранить тепло и снизить требования к теплопроизводительности любой системы отопления.

МОЩНОСТЬ СИСТЕМЫ НАПОЛЬНОГО ОТОПЛЕНИЯ

Максимальная мощность системы обычно указывается в ваттах на квадратный метр. Если ваш пол хорошо изолирован и у вас достаточно современный дом, мощность системы теплого пола обычно должна составлять 65-85 Вт / м² для обеспечения требуемой мощности. Когда дело доходит до выбора теплого пола, обычно указывается система 150-200 Вт / м², чтобы сократить время нагрева, так как система не будет работать постоянно.Когда система работает только половину времени, в течение которого комната используется, подаваемая мощность составляет половину от мощности системы. То есть система 150 Вт / м² обычно обеспечивает 65-85 Вт / м² в час.

ВАННЫЕ И ДРУГИЕ КОМНАТЫ С ПОСТОЯННЫМ ОБОРУДОВАНИЕМ

В некоторых комнатах, например, ванных комнатах, большие части комнаты закрыты постоянными приспособлениями, такими как ванна, туалет или раковина. Так как пол с подогревом нельзя укладывать под стационарную арматуру, в этом случае можно обогревать только небольшие части поверхности пола.Это может существенно повлиять на тепловую мощность.

Размер отапливаемого пола напрямую зависит от тепловой мощности, поэтому вы должны стремиться обогреть как можно большую площадь пола.

ПРЕОДОЛЕНИЕ ОГРАНИЧЕНИЙ ПОМЕЩЕНИЙ

Если вы устанавливаете пол с подогревом в небольшом помещении с относительно небольшой площадью, на которую можно установить провод или трубу, лучше всего выбрать покрытие пола с высокой проводимостью. Выбирайте пол из плитки и камня, которые можно нагреть до высокой температуры пола, обеспечивая более высокую теплоотдачу и комнатную температуру, чем при использовании мягкой отделки пола.В зависимости от теплопотерь в помещении может также потребоваться вторичный обогрев для увеличения тепловой мощности. В ванных комнатах полотенцесушители и настенные обогреватели являются идеальным вариантом, поскольку они способствуют достижению необходимой тепловой мощности.

Этот тепловой поток во многом зависит от структуры материала и молекул внутри него. Например, тепло будет проходить гораздо быстрее через плотную структуру, такую ​​как плитка; чем более пористая структура, такая как дерево. В обоих случаях тепло в конечном итоге будет распространяться по всему материалу, пока он не достигнет теплового равновесия (сбалансированной температуры).

ЗАКЛЮЧИТЕЛЬНОЕ РАССМОТРЕНИЕ… ТЕПЛОВАЯ БЛОКИРОВКА

В заключение, имейте в виду, что после того, как вы приложили все усилия, чтобы система теплого пола обеспечивала достаточное количество тепла, очень важно, чтобы вы не блокировали тепло испускается с пола. Изоляционные и термоблокирующие материалы, такие как коврики, мебель (особенно кресла-мешки!), Значительно ухудшают работу системы.

Если вы знаете свои тепловые потери и хотите обсудить тепловую мощность системы теплого пола и обеспечит ли она достаточно тепла в вашей комнате, свяжитесь с нами , и мы поможем вам оценить тепловую мощность.

Ознакомьтесь с нашим ассортиментом продукции и найдите идеальную систему теплого пола для вашей установки.

Полы с подогревом | Center for Sustainable Energy

Системы теплого пола могут работать с использованием большинства видов топлива для отопления, а это значит, что этот вариант можно рассмотреть для большинства домов.

В отличие от центрального отопления с радиаторами, которые в основном нагревают воздух, который затем движется по дому (так называемая конвекция), напольное отопление обеспечивает сочетание тепла, излучаемого от пола, и конвекционного тепла, создавая комфортную и постоянную температуру между полом и потолком.

«Мокрые» системы теплых полов

Мокрые системы могут работать с использованием обычного газового, масляного или твердотопливного котла или котла, работающего на биомассе. Также можно использовать другие возобновляемые технологии, в частности тепловые насосы, которые более эффективны при более низких температурах, при которых работают системы теплого пола.

Во влажных системах нагретая вода циркулирует по трубам из армированного полиэтилена, обычно с отдельными контурами для разных помещений или зон. Каждый контур подключен к блоку управления (называемому коллектором), который имеет регулирующие клапаны и термостат, поэтому разные комнаты могут нагреваться до разных температур и в разное время, сводя к минимуму ненужное потребление энергии.Когда в помещении достигается желаемая температура, термостат подает сигнал клапану на коллекторе, чтобы закрыть контур в этой комнате, пока температура не начнет снова падать.

«Сухие» системы теплых полов

Сухие теплые полы используют электрические провода, которые нагреваются при подаче электричества, и будут либо поставляться в виде готовых матов, либо терять провода, которые необходимо установить. Сухие полы с подогревом также следует подключать к индивидуальным комнатным термостатам, чтобы каждую комнату или зону можно было регулировать независимо.

Электрические полы с подогревом часто предпочтительнее для существующих построек, поскольку их проще установить, чем водопроводные трубы, и они также могут уместиться в более неудобных местах. Кроме того, он, вероятно, будет более отзывчивым, чем влажные системы, поэтому быстрее нагреет комнату. Однако электричество в качестве топлива для отопления значительно дороже, чем что-то вроде газа, поэтому вполне вероятно, что эти системы будут дороже в эксплуатации.

Установка полов с подогревом

Существует три основных типа влажных полов с подогревом (чтобы увидеть их, щелкните эскизы под основным изображением вверху):

1) Сплошные полы
Это общий выбор для новых- строит или более крупные проекты ремонта.Полы с подогревом являются постоянными, так как они встроены в бетонные полы или стяжку. Сначала укладывается изоляция, а затем трубы укладываются по определенному шаблону перед заливкой бетона или стяжки. Поверх него можно укладывать различные виды отделки пола, в том числе дерево, камень, плитку или винил (также ковер, хотя необходимо тщательно продумать, чтобы он не подвергался воздействию тепла или не изолировал его).

2) Подвесные полы
Система обогрева вставляется между балками или балками подвесного деревянного пола с соответствующей изоляцией внизу. Трубы обычно укладываются внутри кожуха половицы с пазом, что позволяет устанавливать ряд напольных покрытий сверху с учетом тех же соображений, которые описаны (выше).

3) Плавающие полы
Это самый быстрый в установке тип теплого пола, который можно использовать над существующим массивным или деревянным полом, поэтому он идеально подходит для ремонта. Однако уровень пола можно было значительно поднять. Здесь трубы вставляются в предварительно отформованные тепловые пластины, которые входят в канавки в изоляции.

Стоимость

Стоимость установки может сильно различаться в зависимости от того, выберете ли вы сухую или водную систему, от количества комнат, которые хотите отапливать, влезаете ли вы в новый дом, пристройку или старое здание. , и какой у вас пол.

Цены на раскатные маты для электрического обогрева пола начинаются примерно от 180 фунтов стерлингов за 10 м2, плюс затраты на изоляционную плиту, напольное покрытие и средства контроля отопления. Этот тип системы теплого пола — вариант для опытного мастера по дому, который поможет снизить расходы.Цена на установку «мокрой» системы может варьироваться в зависимости от таких факторов, как то, находится ли комната, которую вы отапливаете, на первом этаже или насколько близко она к котлу. Однако это почти наверняка будет дороже, чем укладка электрических матов для «сухой» системы. Рекомендуется сначала поговорить с инженером, который поможет вам решить, не станут ли работа и стоимость системы непомерно высокими для вашего дома.

Плюсы, минусы и рекомендации

Полы с подогревом обычно нагреваются и охлаждаются намного дольше, чем традиционные радиаторы.Отчасти это происходит из-за накопления тепла (так называемой тепловой массы) стяжки или бетона, в которые встроено большинство систем пола. Кроме того, вода в системах с влажным полом холоднее, чем вода в радиаторах, потому что тепло распространяется по большей площади поверхности. Чтобы система обеспечивала достаточное количество тепла и была рентабельной, крайне важно обеспечить хорошую изоляцию и защиту от сквозняков, чтобы минимизировать потери тепла и сократить время нагрева.

Полы с подогревом обычно подходят для домов, где люди проводят большую часть дня, поскольку время задержки, описанное выше, означает, что отопление лучше всего оставить на низкой температуре в течение более длительного периода времени.Если люди находятся дома только утром и вечером, одной системы подогрева пола может быть недостаточно для обеспечения достаточного тепла. Если полы с подогревом не имеют аккумуляторов тепла и покрыты только такими поверхностями, как дерево или винил, которые быстрее реагируют на изменения температуры, то это может быть решением; но имейте в виду, что эксплуатационные расходы, вероятно, будут выше, поскольку у вас нет такого преимущества, как накопитель тепла, помогающий поддерживать и уравновешивать комнатную температуру.

Эксплуатационные расходы будут значительно варьироваться в зависимости от того, какое топливо вы используете для обогрева системы, какое напольное покрытие используется и насколько хорошо изолирован дом.Электричество будет самым дорогим, за ним последуют другие виды топлива, но есть способы снизить эксплуатационные расходы, если вы можете рассмотреть возможность использования возобновляемых источников энергии.

Хотите стать экологичным?

Воздушные или грунтовые тепловые насосы особенно эффективны при использовании с влажным напольным отоплением, поскольку тепловые насосы предназначены для того, чтобы их оставлять включенными в течение длительного периода времени, а также нагревают воду до более низкой температуры, чем теплые полы. Вы даже можете комбинировать это с солнечными батареями, поскольку тепловым насосам все еще требуется электричество для работы.Появление постоянно улучшающихся вариантов хранения аккумуляторов сделало бы это более эффективным, поскольку новые солнечные батареи могут «изучить» ваши модели потребления и накапливать любое излишнее солнечное электричество, используя его для питания насоса, когда электричество не вырабатывается. Эти батареи также можно настроить на зарядку от сети в непиковое время, если у вас тариф Эконом 7 или 10. Это одновременно резко снизит (а в некоторых случаях и устранит) эксплуатационные расходы на полы с подогревом и значительно улучшит воздействие собственности на окружающую среду.См. Наши информационные бюллетени по тепловым насосам и аккумуляторным батареям для получения подробной информации.

---

Фото: Colin PDX. Воспроизведено в Creative Commons

Предложение системы теплого пола PCM с использованием метода веб-строительства

В многоквартирных домах в Корее применяются системы теплого пола с использованием методов веб-строительства на основе бетона и систем горячего водоснабжения. Однако, поскольку такие системы потребляют значительное количество энергии для обогрева из-за их низкой способности аккумулировать тепло, необходимо разработать новую систему, которая может минимизировать потребление энергии за счет улучшения характеристик аккумулирования тепла в бетоне.В этом исследовании предлагается система напольного отопления из материала с фазовым переходом (PCM) для снижения потребления энергии в многоквартирных домах. Предложена оптимальная конструкция системы теплого пола из ПКМ и экспериментально оценена эффективность аккумулирования тепла предложенной системой. Температурный диапазон ПКМ для теплого пола также рассчитан с учетом предложенной конструкции и комфортных условий обогрева жилых домов. Результаты показывают, что система теплого пола PCM может быть построена в следующем порядке: () бетонная плита толщиной 210 ​​мм, () амортизирующий материал толщиной 20 мм, () раствор 40 мм, включая 10-миллиметровый резервуар для хранения тепла из PCM, и () 40 мм отделочного раствора, включая проволочную сетку и трубы для горячей воды.Температурный диапазон ПКМ, применяемого для теплых полов в жилых домах, составляет 32–45 ° C. Экспериментальные испытания показывают, что характеристики аккумулирования тепла в системах теплого пола, в которых в качестве типичных температур PCM используются 35, 37, 41 и 44 ° C, превосходят существующие системы.

1. Введение

Так как системы теплого пола (UFHS) используют излучение от поверхности пола для отопления помещений, они могут поддерживать температуру воздуха в помещении более комфортно, чем другие типы систем отопления [1–4].

В Корее UFHS широко используются в жилых домах. В частности, большинство многоквартирных домов, на которые приходится примерно 65% от общего числа жилых домов в Корее, используют этот тип системы отопления [5–10].

В отличие от других стран, в которых в основном используется метод сухого строительства, большинство УФСВ, применяемых в многоквартирных домах в Корее, возводятся с использованием метода мокрого строительства.

Строительство системы завершается укладкой материалов на бетонную плиту в следующем порядке: амортизирующий материал, автоклавный легкий бетон (ALC), проволочная сетка, трубы с горячей водой и отделочный раствор.Кроме того, в качестве источника тепловой энергии используется горячая вода, которая подается индивидуальными котлами или от Корейской корпорации централизованного теплоснабжения (KDHC) [11]. Среди этих материалов ALC и отделочный раствор важны для определения расхода тепловой энергии, поскольку они накапливают или отводят тепловую энергию, поставляемую горячей водой [12–17].

Однако низкая теплоаккумулирующая способность ALC и отделочного раствора требует большого количества горячей воды и увеличивает потребление энергии.Кроме того, при прекращении подачи горячей воды резко падает температура поверхности пола. Это недостатки УФГС [18–20].

Таким образом, следует разработать новый UFHS с превосходными характеристиками аккумулирования тепла для снижения потребления тепловой энергии в многоквартирных домах в Корее.

Недавно в качестве альтернативы был представлен UFHS, использующий материал с фазовым переходом (PCM). Этот тип UFHS не требует дополнительной подачи тепловой энергии, но использует накопленное скрытое тепло для поддержания постоянной температуры [21–41].

В США, Китае, Японии и некоторых странах Европы такие УФГС с использованием ПКМ уже активно изучаются и применяются как в жилых, так и в нежилых зданиях [42–45].

Однако большинство систем, принятых в этих странах, используют метод сухого строительства и электричество в качестве источника тепла [25, 43]. По этой причине эти системы не подходят для многоквартирных домов в Корее, где в качестве источника тепла используется метод мокрого строительства и горячая вода.

Следовательно, необходимо разработать другой тип УФВС на основе PCM, который можно было бы применять в многоквартирных домах в Корее для снижения потребления энергии.В этом исследовании предлагается новая система теплых полов из PCM (PUFHS), в которой используется метод мокрого строительства и горячая вода.

Для этого в Разделе 2 мы анализируем действующий стандарт для теплых полов в жилых многоквартирных домах и предлагаем оптимальную конструкцию системы теплого пола PCM, которая может улучшить характеристики аккумулирования тепла в существующих системах. Также предлагаются диапазоны температур PCM, которые удовлетворяют как температуре в помещении, так и температурным условиям поверхности пола для обогрева.В Разделе 3 объясняются экспериментальный метод и условия для оценки характеристик аккумулирования тепла для предлагаемой системы теплого пола из ПКМ, а в Разделе 4 представлен анализ результатов, полученных в результате экспериментальных испытаний.

2. Проектирование системы теплого пола ПКМ

2.1. Стандарт для подпольных конструкций в многоквартирных домах

В Корее стандартная тенденция для подпольных конструкций многоквартирных домов сосредоточена не на потреблении энергии, а на уровне шума между этажами, который недавно стал социальной проблемой [46, 47].Тем не менее, каждый многоквартирный дом должен соответствовать «стандарту конструкции для изоляции пола от ударного шума между этажами в целях предотвращения шума» Министерства земли, инфраструктуры и транспорта (MOLIT).

Ключевые положения этого стандарта следующие [11]: ① Ударный звук тяжелого пола подпольной конструкции должен быть 50 дБ или ниже. ② Уровень шума от удара легкого пола в конструкции под полом должен составлять не более 58 дБ. ③ В противном случае следует принять одну из стандартных конструкций пола, предложенных MOLIT.

Подпольное покрытие многоквартирных домов должно соответствовать статьям ① и вышеуказанного стандарта. В противном случае, как показано на Рисунке 1, следует использовать одну из стандартных конструкций пола, представленных в статье ③.

В Корее большинство многоквартирных домов выбирают первую модель стандартных подпольных конструкций из статьи ③, предоставленную MOLIT, поскольку ее легко построить и поддерживать, а также она требует низких строительных затрат [49].

Практически во всех многоквартирных домах используется первая стандартная конструкция пола, показанная на Рисунке 1; однако, как упоминалось во введении, эта структура включает ALC и финишный раствор, которые имеют очень низкую теплоаккумулирующую способность [18–20].Следовательно, чтобы решить проблему большого потребления энергии, вызванного подогревом полов, необходимо улучшить теплоаккумулирующие характеристики ALC и отделочного раствора. Одна из наиболее эффективных альтернатив — встраивание в пол ПКМ, который представляет собой материал, аккумулирующий скрытую теплоту. Подробности этого решения описаны в следующих разделах.

2.2. Концепция системы теплого пола из PCM

На рисунке 2 показана конструкция PUFHS, предложенная в этом исследовании для применения в многоквартирных домах в Корее.В соответствии со стандартом MOLIT для толщины пола и шума между этажами бетонная плита и амортизирующий материал должны быть такими же, как и раньше, в то время как ALC заменяется строительным раствором и PCM, чтобы улучшить характеристики аккумулирования тепла.

В этой конструкции 15 мм раствора, 10 мм ПКМ и 15 мм раствора последовательно укладываются поверх бетонной плиты и амортизирующего материала. После этого поверх затвердевшего раствора укладывают проволочную сетку и 40 мм финишного раствора, включая трубы с горячей водой.

В этом типе конструкции PCM может улучшить характеристики аккумуляции тепла как ALC, так и отделочного раствора, и все этапы этого процесса должны быть такими же, как и раньше, за исключением установки PCM, что также приводит к хорошей конструктивности.

Хотя стандарт MOLIT для звука удара легких и тяжелых полов требует тестирования и проверки, никаких дополнительных строительных материалов не требуется, если стандарт удовлетворен. По этой причине PUFHS, предложенный в этом исследовании, применим как к существующим, так и к новым многоквартирным домам в качестве альтернативной системы отопления с целью экономии энергии.

2.3. Выбор PCM для теплого пола

Первым шагом в создании PUFHS является выбор PCM, который может удовлетворять условиям внутренней температуры и температуры поверхности пола для многоквартирных домов в Корее.

Исходя из начальных условий температуры отопления в помещении, температуры поверхности пола и температуры PCM, температура поверхности каждого подпольного слоя может быть рассчитана с использованием (1), математическая модель которого показана на рисунке 3 [50].где (м ² ), (Вт / м · ° C) и (м) представляют площадь поверхности, теплопроводность и толщину, соответственно. (W) — количество тепла, переданного от PCM в отапливаемое пространство.

Кроме того, (° C / Вт), (° C / Вт) и (° C / Вт) — это полное сопротивление теплопередаче, сопротивление теплопроводности материала с фазовым переходом и теплопередача через поверхность пола. сопротивление соответственно. (° C), (° C), (° C) и (° C) относятся к температурам PCM, теплового пространства, раствора и поверхности пола, соответственно.Кроме того, (Вт / м ² · ° C) — это общий коэффициент теплопередачи поверхности пола.

Что касается начальных условий, температура отопления в помещении и температура поверхности пола находятся в диапазоне от 22 до 26 ° C и от 28 до 30 ° C, соответственно, как было предложено недавними исследованиями, проведенными в Корее [51, 52].

В таблице 1 приведены температуры для каждого слоя, рассчитанные с применением этих условий.

Влияние антропогенного тепла на формирование городского теплового острова и баланс энергопотребления

В этой статье исследуется влияние антропогенного тепла на формирование городского теплового острова (UHI), а также определяются факторы, которые могут напрямую влиять на использование энергии в городе.В нем буквально исследуются концептуальные рамки конфликта между антропогенным теплом и городской структурой, которые создают интенсивность UHI и влияют на баланс потребления энергии. Затем обсуждается, как могут быть затронуты эти два фактора, и делается вывод для города, а затем акцентируется внимание на том, следует ли предпринимать действия для балансирования адаптации и смягчения последствий UHI. В заключение будут рассмотрены три важные стратегии по минимизации воздействия UHI на потребление энергии: озеленение, использование материалов с альбедным покрытием на внешних поверхностях зданий и городских территорий и содействие естественной вентиляции.

1. Введение

Сама городская застроенная среда связана с глобальными изменениями в повышении температуры в городах, темпах потребления энергии, увеличении использования сырья, загрязнении и производстве отходов, преобразовании сельскохозяйственных угодий в развитые. земля, потеря биоразнообразия и нехватка воды [1]. Понятно, что в зданиях, не рассчитанных на высокие климатические условия, больше энергии используется для кондиционирования воздуха и больше электроэнергии для освещения. Более того, дискомфорт и неудобства для городского населения из-за высоких температур, эффектов аэродинамической трубы на улицах и необычной турбулентности ветра из-за неправильного использования энергии.

В связи с концентрацией антропогенной деятельности в городских районах возникла климатическая экологическая проблема, «городской остров тепла» (UHI). UHI — это климатическое явление, при котором городские районы имеют более высокую температуру воздуха, чем их сельские окрестности, в результате антропогенных изменений поверхности земли, значительного энергопотребления и последующего образования отработанного тепла. Таким образом, это оказывается неустойчивым фактором, который приводит к чрезмерному использованию энергии для охлаждения и подвергает городское население более высокому риску увеличения заболеваемости и смертности.

В соответствии с вышеуказанной точкой зрения и с учетом того, что в ближайшем будущем ожидается быстрый и огромный рост населения, становится все более важным применять стратегии смягчения воздействия UHI, чтобы снизить потребление энергии и улучшить качество жизни с упором на потребление энергии.

Таким образом, в данной статье исследуются антропогенные факторы тепла, которые создают UHI и приводят к значительному увеличению использования энергии. Затем, согласно концептуальной модели баланса энергии Оке, вся энергия, которая поглощается поверхностью за счет излучения или антропогенного тепла, куда-то уходит и нагревает воздух над поверхностью, она испаряется вместе с влагой или сохраняется в материале в виде высокая температура.Поэтому для энергосбережения в данной статье предлагаются некоторые стратегии, обеспечивающие наилучшее решение для энергосбережения.

2. Городской остров тепла

Большинство городов являются источниками тепла и загрязнения, и на тепловую структуру атмосферы над ними влияет эффект «острова тепла». UHI лучше всего визуализировать как купол застойного теплого воздуха над густо застроенными районами городов [2]. Тепло, которое в течение дня поглощается зданиями, дорогами и другими сооружениями в городской местности, повторно излучается после захода солнца, создавая высокие температурные различия между городской и сельской местностью [3].Точная форма и размер этого явления варьируются во времени и пространстве в результате метеорологических, региональных и городских характеристик [4]. Таким образом, на морфологию UHI сильно влияет уникальный характер каждого города и его землепользование. Как видно на рисунке 1, Оке [4] заявил, что в большом городе с безоблачным небом и слабым ветром сразу после захода солнца граница между сельской и городской зонами демонстрирует крутой температурный градиент в сторону UHI, а затем остальную часть городской район выглядит как «плато» теплого воздуха с устойчивым, но более слабым горизонтальным градиентом повышения температуры к центру города.На Рисунке 1 однородность «плато» нарушена влиянием различных видов землепользования внутри города, таких как парки, озера и открытые территории (прохладно), а также коммерческие, промышленные районы или районы с плотной застройкой (теплые).

В мегаполисах центральная часть города показывает последний «пик» UHI, где находится максимальная городская температура. Разница между этим значением и фоновой температурой в сельской местности определяет «интенсивность UHI» (Δ𝑇𝑢 − 𝑟). Интенсивность UHI в основном определяется тепловым балансом городского района и может привести к разнице температур до 10 градусов [3].

Феномен UHI может возникать как днем, так и ночью. Гивони [5] отметил, что наибольшее повышение городских температур происходит в ясные и безветренные ночи. В этих условиях обычно наблюдается повышение температуры примерно на 3–5 ° C, но также наблюдается повышение температуры примерно на 8–10 ° C.

Сегодня в большинстве городов температура примерно на 2 ° C выше, чем в сельской местности, а в коммерческих и жилых районах с высокой плотностью населения жарче на 5–7 ° C [6]. Есть несколько основных параметров, которые влияют на повышение температуры в городах и играют существенную роль в формировании UHI.Следовательно, UHI вызывается различными факторами, которые можно разделить на два типа: (1) метеорологические факторы, такие как облачный покров, скорость ветра и влажность; (2) факторы городской структуры, такие как вентиляция, гидроизоляция поверхности, тепловые свойства ткани, геометрия поверхности и т.п.

Согласно Ландсбергу [7], UHI присутствует в каждом городе и городе и является наиболее очевидным климатическим проявлением урбанизации. Очевидно, что более высокие городские температуры серьезно влияют на спрос на электроэнергию для кондиционирования воздуха в зданиях и увеличивают образование смога, а также способствуют увеличению выбросов загрязняющих веществ от электростанций, включая диоксид серы, монооксид углерода, оксиды азота и взвешенные твердые частицы [3].

3. Концептуальные основы: баланс энергопотребления

3.1. Связь между антропогенным теплом и факторами городской структуры и образованием городского острова тепла

Городские районы являются источниками антропогенных выбросов углекислого газа в результате сжигания ископаемого топлива для отопления и охлаждения; от производственных процессов; перевозки людей и грузов и т.п. [1, 8, 9]. Увеличение количества стационарных (промышленных) и нестационарных (автотранспорт) источников загрязнения приводит к ухудшению атмосферных условий [10].Городская среда влияет на многие климатологические параметры. Глобальная солнечная радиация серьезно снижается из-за увеличения рассеяния и поглощения [1]. Во многих тропических городах дуют слабые ветры и ограниченная циркуляция воздуха, что способствует накоплению загрязняющих веществ [10]. Скорость ветра в слое полога значительно снижается по сравнению со скоростью невозмущенного ветра, и его направление может быть изменено. В основном это происходит из-за специфической неровности города, эффектов передачи через каньоны, а также из-за эффектов UHI [1].Кроме того, более высокие температуры увеличивают образование вторичных фотохимических загрязнителей, а высокая влажность способствует созданию туманной атмосферы.

Гартланд [11] заявил, что хотя антропогенная жара, низкая скорость ветра и загрязнение воздуха в городских районах могут способствовать формированию UHI, есть две основные причины для образования UHI: (1) из-за непроницаемых и водонепроницаемых городских строительных материалов; влага не может рассеивать солнечное тепло; (2) темные материалы вместе с похожими на каньоны конфигурациями зданий и тротуаров собирают и улавливают больше солнечной энергии.Температура темных сухих поверхностей под прямыми солнечными лучами может достигать 88 ° C в течение дня, в то время как покрытые растительностью поверхности с влажной почвой при тех же условиях могут достигать только 18 ° C.

Быстрая урбанизация ведет к развитию UHI; Oke et al. [9, 12] сгруппировали эти причины по следующим пяти категориям, каждая из которых представляет собой изменение окружающей среды в пригороде, вызванное урбанизацией: (1) антропогенная жара; (2) загрязнение воздуха; (3) поверхностная гидроизоляция; (4) термическое воздействие. свойства ткани; (5) геометрия поверхности.

(1) Антропогенный сброс тепла в городе также вносит свой вклад в эффект UHI. Источники антропогенного тепла включают охлаждение и обогрев зданий, производство, транспорт и освещение. Метаболизм человека и животных также считается источником искусственного тепла [13]. Тепло от этих источников нагревает городскую атмосферу за счет теплопроводности, конвекции и излучения. Вклад антропогенного тепла в энергетический баланс города во многом зависит от широты и времени года.В городе с умеренным климатом, например, антропогенный поток тепла может быть значительным компонентом энергетического баланса зимой и пренебрежимо малым летом. В полярном поселке искусственный тепловой поток может круглый год превышать солнечное отопление [14].

(2) Загрязнение воздуха происходит в результате выбросов твердых частиц, водяного пара и углекислого газа в результате промышленных, бытовых и автомобильных процессов сгорания. Эти атмосферные загрязнители изменяют общий баланс всеволновой радиации в городах за счет (1) уменьшения падающего потока коротковолновой (т.е., солнечное) излучение, (2) повторное излучение длинноволнового (т.е. инфракрасного) излучения с городской поверхности вниз, туда, где оно удерживается землей, и (3) поглощение длинноволнового излучения от городской поверхности, эффективно согревает окружающий воздух [4]. Ли [14] подсчитал, что разница в потоке нисходящей длинноволновой радиации между городом и деревней может составлять порядка 10 процентов, в зависимости от населения города и наличия тяжелой промышленности.

(3) Под гидроизоляцией поверхностей понимается преобладание непроницаемых поверхностей в городских районах.Здания и мощеные улицы быстро сбрасывают осадки в водосборные бассейны, создавая дефицит испарения в городе. И наоборот, в сельских районах открытые почвы и естественная растительность удерживают воду для охлаждения за счет испарения. Покрытие сухой городской поверхности усиливает явную теплопередачу и подавляет скрытый тепловой поток, тогда как влажная сельская поверхность подавляет явную теплопередачу и увеличивает скрытый тепловой поток.

(4) Четвертый фактор, способствующий формированию UHI, относится к тепловым свойствам городской ткани.Теплоемкость и, следовательно, тепловая инерция городских строительных материалов, таких как бетон и асфальт, выше, чем у природных материалов, используемых в сельской местности. Большая теплоемкость означает, что городские материалы поглощают и удерживают больше солнечной радиации, чем сельские почвы и растительность. На отражение коротковолнового солнечного излучения также влияют свойства городской ткани. Городские альбедо в среднем на 5–10 процентов ниже значений в сельских районах [14]. Это способствует большему дневному поглощению коротковолновой радиации в городских районах.

(5) Сложная геометрия городских поверхностей влияет на температуру воздуха двояко. Во-первых, повышенное трение, создаваемое шероховатой городской поверхностью (по сравнению с гладкой сельской поверхностью), уменьшает горизонтальный воздушный поток в городе. Среднегодовая скорость ветра в городах примерно на 30-40% ниже, чем среднегодовая скорость ветра в сельской местности [14]. Теплый воздух застаивается в городских каньонах, если его не вентилирует прохладный сельский воздух. Более низкая скорость ветра в городе также препятствует охлаждению за счет испарения.Во-вторых, сложная геометрия городской поверхности изменяет городской радиационный баланс. В течение дня вертикальные стенки каньона улавливают (то есть отражают и поглощают) коротковолновое излучение. Потери инфракрасной энергии в ночное время также замедляются из-за уменьшения коэффициента обзора неба ниже уровня крыши. С другой стороны, сельские поверхности сравнительно гладкие и поэтому подвержены большему расхождению потока ночного излучения, чем сложные городские поверхности.

Антропогенное тепло генерируется деятельностью человека и исходит из многих источников, таких как здания, производственные процессы, автомобили и даже сами люди [11].Городские центры (коммерческие центры), как правило, имеют более высокие потребности в энергии, чем прилегающие районы, в результате более высокого производства антропогенного тепла. Хотя эффект UHI снижает потребность в отоплении зимой, это перевешивается повышенным спросом на кондиционирование воздуха в летние месяцы [7], что, в свою очередь, вызывает повышенное загрязнение воздуха на местном и региональном уровнях из-за сжигания ископаемого топлива. . Загрязнение, создаваемое выбросами от производства электроэнергии, увеличивает поглощение излучения в пограничном слое [15] и способствует созданию инверсионных слоев.Инверсионные слои предотвращают охлаждение поднимающегося воздуха с нормальной скоростью и замедляют распространение загрязняющих веществ, образующихся в городских районах [16]. Чтобы определить, сколько антропогенного тепла производится в каком-либо регионе, необходимо оценить все энергопотребление (коммерческое, жилое, промышленное и транспортное). Затем сумма делится на площадь региона, чтобы можно было провести сравнение различных городов [11].

В развитых странах, где предпринимаются согласованные действия по UHI, основная проблема заключается в значительном увеличении энергопотребления в городских районах для охлаждения зданий с дополнительными кондиционерами или более интенсивным использованием существующих кондиционеров.Более высокие температуры воздуха также означают, что качество воздуха ухудшается в результате увеличения содержания озона и загрязнения.

3.2. Баланс потребления энергии

Как обсуждалось ранее, единой причины UHI не существует. Фактически, сочетание многих факторов способствует теплым городам. Gartland [11] перечислил городские характеристики, способствующие формированию UHI, в таблице 1. Эти характеристики можно сгруппировать в пять основных причин образования UHI: (1) повышенное антропогенное тепло; (2) снижение испарения; (3) повышенное накопление тепла; (4) ) повышенная чистая радиация; (5) пониженная конвекция.

9032 9 Характеристика, способствующая формированию UHI Влияние на энергетический баланс 3 Отсутствие растительности 9033 Поверхности с пониженным испарением 35 9033 Пониженное испарение Повышенная температуропроводность городских материалов Повышенное накопление тепла Низкое солнечное отражение городских материалов Повышенное чистое излучение Геометрия города, задерживающая тепло 35 Повышенное тепловое излучение 35 Геометрия города, замедляющая скорость ветра Пониженная конвекция Повышенный уровень загрязнения воздуха Повышенное чистое излучение Повышенное потребление энергии Повышенное антропогенное тепло

Антропогенное тепло сложным образом взаимодействует с окружающей средой.Чтобы понять и упростить сложность, Оке [17] предложил уравнение, называемое «энергетическим балансом», в котором тепло, генерируемое и содержащееся в области, может быть вычислено с помощью этого уравнения: 𝑄 ∗ + 𝑄𝐹 = 𝑄𝐻 + 𝑄𝐸 + Δ𝑄𝑆 + Δ𝑄𝐴, (1) где ∗: чистое всеволновое излучение, 𝑄𝐹: антропогенное тепло, 𝑄𝐸: турбулентный поток скрытого тепла, 𝑄𝐻: турбулентный поток явного тепла, Δ𝑄𝑆: явное накопление тепла, Δ𝑄𝐴: чистая адвекция тепла.

Чистая радиация (𝑄 ∗)
Как показано ниже, чистая радиация включает четыре отдельных радиационных процесса, происходящих на поверхности Земли [11]: Чистое излучение = Incomingsolar − Re fl ectedsolar + Атмосферное излучение − поверхностное излучение, (2) где, Входящая солнечная энергия: количество энергии, излучаемой солнцем, Отраженная солнечная энергия: количество солнечной энергии, которая отражается от поверхности, на основе солнечной отражательной способности материала, Атмосферное излучение: тепло, излучаемое частицами в атмосфере, такими как капли водяного пара, облака, загрязнения и пыль, а также поверхностное излучение: тепло, излучаемое самой поверхностью.
Суммарное всеволновое излучение можно тогда рассчитать как разницу между входящей и исходящей частями [18, 19]. Поступающая коротковолновая солнечная радиация ослабляется из-за сильного задымления городских территорий [17, 20]. Сообщается, что в некоторых случаях затухание достигает 33% [21], а также считается причиной возникновения городских прохладных островов [20]. С другой стороны, в некоторых других областях затухание не наблюдалось [19]. Сообщается, что ослабление входящего коротковолнового излучения компенсируется связанным с альбедо падением исходящего коротковолнового излучения, а усиление входящего длинноволнового излучения компенсируется увеличением исходящего длинноволнового излучения из-за высокой температуры эмиттанса поверхности.Сообщалось, что большая часть ослабленной части рассеивается и принимается обратно, и чистая разница между городской и сельской местностью не может быть более 5% [15, 17].

Антропогенное тепло (𝑄𝐹)
Антропогенное тепло представляет собой тепло, вырабатываемое стационарными и мобильными источниками на территории. Сообщается, что необходимо либо преобразовать в излучение, поток явного тепла или поток скрытого тепла, либо сохранить [19]. Этот компонент был смоделирован как сумма тепла, выделяемого зданиями, транспортными средствами и людьми [22, 23], или как остаток других членов [19].
Оке [17] сообщил, что антропогенное тепловыделение может быть связано с населением и его потреблением энергии на душу населения. Таха [24] сообщил, что антропогенная жара оказывает меньшее влияние, чем альбедо и растительный покров, и что оно незначительно в коммерческих и жилых районах. Offerle et al. [25], с другой стороны, сочли это значительным вкладом зимой. Кажется, что в зависимости от области и ее использования энергии термин может быть значительным или незначительным, и он может иметь различные суточные, сезонные или даже недельные тенденции.

Турбулентные тепловые потоки (𝑄𝐸, 𝑄𝐻)
Турбулентные тепловые потоки состоят из явных и скрытых тепловых потоков. Они могут быть получены непосредственно из вихревой корреляции или измерены с помощью соответствующего оборудования. Сообщается, что застроенные городские районы несут ответственность за повышенный поток явного тепла, который, как сообщается, варьируется в зависимости от застроенной поверхности [17]. С другой стороны, интенсивность скрытого теплового потока варьируется от ситуации к ситуации, как пришли к выводу Хафнер и Киддер [26].Гриммонд [23] описал поток скрытого тепла как самую большую часть в балансе поверхностной энергии (SEB), в то время как Массон [27] не учел его в предлагаемой им схеме городского баланса энергии. Хотя вероятно, что скрытый тепловой поток будет низким в урбанизированной зоне из-за уменьшения растительности, он может быть высоким в покрытых растительностью частях города. В исследовании, проведенном Саклингом [28], сообщается, что коэффициент Боуэна, отношение потока явного тепла к потоку скрытого тепла, достигает 98% для пригородной лужайки. Сообщалось, что турбулентные тепловые потоки меняются относительно 𝑄 ∗ [25, 29].Сообщается, что теплопроводность и доступность грунтовой влаги являются другими важными факторами при количественной оценке турбулентных тепловых потоков [17].

Накопительный тепловой поток (Δ𝑄𝑆)
Кристен и Фогт [19] сообщили, что из-за сложной конфигурации поверхностных материалов, ориентации и их взаимодействия прямое измерение накопленного теплового потока в урбанизированной зоне практически невозможно. Таким образом, этот член обычно моделируется или определяется как остаток уравнения SEB.Сообщается, что увеличение чистого всеволнового излучения напрямую увеличивает накопленный тепловой поток. Гриммонд [23] обнаружил увеличение примерно на 60% ежемесячного среднего дневного отношения накопленного теплового потока к чистому всеволновому излучению с увеличением чистого всеволнового излучения.

Чистая адвекция тепла (Δ𝑄𝐴)
Чистая адвекция тепла может рассматриваться как неточное измерение из-за пространственного градиента температуры, влажности и ветра. Предполагается, что эффектами адвекции можно пренебречь при условии осторожности при выборе высоты измерения [19].
Предыдущее обсуждение подчеркивает, как энергия преобразуется к поверхности Земли и от нее. Уравнение баланса энергии основано на первом законе термодинамики, который гласит, что энергия никогда не теряется. Для поверхности Земли это означает, что вся энергия, поглощенная поверхностью в результате излучения или антропогенного тепла, куда-то уходит. Либо он нагревает воздух над поверхностью, либо испаряется вместе с влагой, либо сохраняется в материале в виде тепла.
Другие статистические данные показывают, что количество энергии, потребляемой городами для отопления и охлаждения офисов и жилых зданий, значительно увеличилось за последние два десятилетия.Эммануэль [30] показал уровень потребления энергии в трех странах: США, Великобритании и Шри-Ланке (в таблице 2). Сравнение моделей использования энергии между развитой страной, такой как США, и развивающейся страной, такой как Шри-Ланка, показывает, что транспорт и деятельность внутри зданий потребляют значительную долю энергии в обоих случаях.
Повышенное количество антропогенного тепла оказывает прямое влияние на потребление энергии зданиями, поскольку увеличение производства антропогенного тепла приводит к увеличению потребности в электроэнергии для охлаждения и производства углекислого газа и других загрязнителей.
Таким образом, можно сделать вывод, что увеличивается производство антропогенного тепла, что приводит к повышению температуры и генерирует UHI, который обеспечивает теплый воздушный навес над городом. Следовательно, это приводит к значительному увеличению расхода энергии на обогрев и охлаждение зданий. Этот процесс кратко представлен на Рисунке 2.
В этом документе была предпринята попытка разработать концепцию, показывающую, что конфликт между антропогенным теплом и факторами городской структуры может влиять на энергетический баланс.
В этом документе выделяются факторы потребления энергии, антропогенного тепла и городской структуры как ключевые компоненты; согласно Bridgman et al.[31], заменяя траву, почву и деревья на асфальт, бетон и стекло; округлые мягкие формы деревьев и кустарников с блочными угловатыми зданиями и башнями; искусственное тепло от зданий, кондиционеров, промышленности и автомобилей; эффективное удаление осадков в канализацию, канализацию и водостоки, предотвращая проникновение на поверхность; испускание загрязняющих веществ из широкого диапазона источников, которые в результате химических реакций могут создать неприятную городскую атмосферу, более высокое производство антропогенного тепла и повышенную интенсивность UHI.