Ce trebuie sa stii despre sistemele de incalzire centrala moderne?
Un sistem de incalzire centrala ofera caldura mai multor spatii dintr-o cladire si, optional, poate incalzi apa calda menajera dintr-o sursa principala de caldura. Este o componenta a sistemelor de incalzire, ventilatie si aer conditionat (HVAC), care poate raci si incalzi atat spatiile interioare cat si spatii exterioare.
Prezentare generala
Incalzirea centrala difera de incalzirea spatiului prin faptul ca generarea de caldura are loc intr-un singur loc, cum ar fi o camera a cuptorului, un subsol dintr-o casa sau o camera mecanica intr-o cladire mare (desi nu neaparat in punctul „central” geometric). Caldura este distribuita in intreaga cladire, de obicei prin aer fortat prin conducte, prin apa care circula prin conducte sau prin abur alimentat prin conducte. Cea mai comuna metoda de generare a caldurii implica arderea combustibilului fosil intr-un cuptor sau cazan.
In cea mai mare parte a zonei cu clima temperata, majoritatea locuintelor decomandate au instalata incalzire centrala inca dinainte de cel de-al doilea razboi mondial. Acolo unde carbunele era usor disponibil, sistemele de abur sau apa calda pe carbune erau comune. Mai tarziu, in secolul al XX-lea, acestea au fost actualizate pentru a arde pacura sau gaz, eliminand necesitatea unui recipient mare de depozitare a carbunelui langa cazan si nevoia de a indeparta si arunca cenusa de carbune.
O alternativa mai ieftina la apa fierbinte sau caldura cu abur este aerul cald fortat. Un cuptor arde pacura, care incalzeste aerul intr-un schimbator de caldura, iar suflantele circula aerul incalzit printr-o retea de conducte catre incaperile cladirii. Acest sistem este mai ieftin deoarece aerul se deplaseaza printr-o serie de conducte in loc de tevi si nu necesita instalarea unor tevi. Spatiul dintre grinzile pardoselii poate fi incadrat si utilizat ca parte a conductelor, reducand si mai mult costurile.
Sistemele electrice de incalzire apar mai rar si sunt practice numai cu energie electrica ieftina sau atunci cand sunt utilizate pompe de caldura cu sursa la sol. Avand in vedere sistemul combinat de centrala termica si incalzire cu rezistenta electrica, eficienta globala va fi mai mica decat pentru utilizarea directa a combustibilului fosili pentru incalzirea spatiului.
Unele cladiri utilizeaza incalzire solara centrala, caz in care sistemul de distributie utilizeaza in mod normal circulatia apei.
Alternative la astfel de sisteme sunt incalzitoarele pe gaz si termoficarea. Incalzirea centralizata foloseste caldura reziduala de la un proces industrial sau o instalatie de generare electrica pentru a furniza caldura cladirilor invecinate. Similar cu cogenerarea, aceasta necesita conducte subterane pentru a circula apa calda sau abur.
Sisteme moderne de incalzire centrala
Cele trei metode principale de incalzire centrala au fost dezvoltate de la sfarsitul secolului al XVIII-lea pana la mijlocul secolului al XIX-lea.
Aer cald
William Strutt a proiectat o noua cladire de moara in Derby, prevazuta cu un cuptor central de aer cald in 1793, desi ideea fusese deja propusa de John Evelyn cu aproape o suta de ani mai devreme. Designul lui Strutt a constat dintr-o soba mare care incalzea aerul adus din exterior printr-un pasaj subteran mare. Aerul era ventilat prin cladire prin canale mari centrale.
In 1807, a colaborat cu un alt inginer eminent, Charles Sylvester, la construirea unei noi cladiri care sa gazduiasca Infirmeria Regala din Derby. Sylvester a jucat un rol esential in aplicarea noului sistem de incalzire al lui Strutt, pentru noul spital. Si-a publicat ideile in The Philosophy of Domestic Economy. Sylvester a documentat noile modalitati de incalzire a spitalelor care au fost incluse in proiectare ulterior. Noul sistem de incalzire al infirmeriei le-a permis pacientilor sa respire aer proaspat incalzit, in timp ce aerul vechi era canalizat spre o cupola din sticla si fier.
Design-urile lor s-au dovedit foarte influente. Au fost copiate pe scara larga in noile mori din Midlands si au fost imbunatatite constant, ajungand la maturitate odata cu lucrarea lui de Chabannes privind ventilatia Camerei Comunelor in anii 1810. Acest sistem a ramas standardul pentru incalzirea cladirilor mici, pentru tot restul secolului.
Aburi
Scriitorul englez Hugh Plat a propus un sistem de incalzire centrala pe baza de abur pentru o sera in 1594, desi acesta a fost un eveniment izolat si nu a fost urmat pana in secolul al XVIII-lea. Colonelul Coke a conceput un sistem de tevi care putea transporta aburul in jurul casei de la un cazan central, dar James Watt, inventatorul scotian, a fost primul care a construit un sistem functional in casa sa.
Un cazan central furniza abur de inalta presiune care distribuia apoi caldura in interiorul cladirii printr-un sistem de conducte incorporate in coloane. El a implementat sistemul la o scara mult mai mare la o fabrica de textile din Manchester. Robertson Buchanan a scris descrierea definitiva a acestor instalatii in tratatele sale publicate in 1807 si 1815. Lucrarea lui Thomas Tredgold – Principles of Warming and Ventilating Public Buildings, a delimitat metoda de aplicare a incalzirii cu abur fierbinte la cladirile mai mici, neindustriale. Aceasta metoda a inlocuit sistemele de aer cald pana la sfarsitul secolului al XIX-lea.
Apa fierbinte
Sistemele timpurii de apa calda au fost folosite in Roma antica pentru incalzire. Un alt sistem timpuriu de apa calda a fost dezvoltat in Rusia pentru incalzirea centrala a Palatului de vara (1710–1714) al lui Petru cel Mare din Sankt Petersburg. Putin mai tarziu, in 1716, a aparut prima utilizare a apei in Suedia pentru a distribui incalzirea in cladiri. Mårten Triewald, un inginer suedez, a folosit aceasta metoda pentru o sera din Newcastle upon Tyne. Jean Simon Bonnemain (1743–1830), un arhitect francez, a introdus aceasta tehnica intr-o cooperativa, la Chateau du Pêcq, langa Paris.
Cu toate acestea, aceste incercari au fost izolate si limitate in principal in aplicarea lor la sere. Tredgold a respins initial utilizarea sa ca fiind nepractica, dar s-a razgandit in 1836, cand tehnologia a intrat intr-o faza de dezvoltare mai rapida.
Sistemele timpurii utilizasera apa de joasa presiune si necesitau conducte foarte mari. Unul dintre primele sisteme moderne de incalzire centrala cu apa calda care a remediat aceasta deficienta a fost instalat de Angier March Perkins la Londra in anii 1830. In acel moment, incalzirea centrala intra in moda in Marea Britanie, in general fiind utilizate sisteme cu abur sau aer cald.
Aparatul lui Perkins din 1832 distribuia apa la 200 de grade Celsius (392 °F) prin conducte de diametru mic la presiune mare. O inventie cruciala pentru a face sistemul viabil a fost imbinarea filetata, care a permis imbinarii dintre tevi sa suporte o presiune similara cu cea a tevii in sine. De asemenea, a separat cazanul de sursa de caldura pentru a reduce riscul de explozie. Prima unitate a fost instalata in casa guvernatorului Bancii Angliei John Horsley Palmer, astfel incat sa poata cultiva struguri in clima rece a Angliei.
Sistemele sale au fost instalate in fabrici si biserici din toata tara, multe dintre ele ramanand in stare de utilizare peste 150 de ani. Sistemul sau a fost, de asemenea, adaptat pentru utilizare de catre brutari la incalzirea cuptoarelor lor si la fabricarea hartiei din pasta de lemn.
Franz San Galli, un om de afaceri rus de origine prusaca, care locuia in Sankt Petersburg, a inventat radiatorul intre 1855 si 1857, tehnologie care a reprezentat un pas major in modelarea finala a incalzirii centrale moderne. Radiatorul din fonta victorian s-a raspandit pana la sfarsitul secolului al XIX-lea, pe masura ce companii precum American Radiator Company, au extins piata radiatoarelor low-cost in SUA si Europa.
Surse de energie
Sursa de energie aleasa pentru un sistem de incalzire centrala variaza in functie de regiune. Sursa de energie primara este selectata pe baza costului, comfortului, eficientei si fiabilitatii. Costul energiei pentru incalzire este unul dintre costurile principale ale exploatarii unei cladiri intr-un climat rece. Unele centrale termice pot schimba combustibilii din motive de economie si comoditate; de exemplu, un proprietar de casa poate instala un cuptor cu lemne cu rezerva electrica pentru functionare ocazionala nesupravegheata.
Combustibilii solizi precum lemnul, turba sau carbunele pot fi stocati la punctul de utilizare, dar sunt incomod de manevrat si dificil de controlat automat. Combustibilul lemnos este inca folosit acolo unde aprovizionarea este abundenta si ocupantii cladirii nu le deranjeaza munca implicata in transportul combustibilului, indepartarea cenusii si ingrijirea dispozitivelor. Sistemele de combustibil pe peleti pot aprinde automat focul, dar totusi necesita indepartarea manuala a cenusii. Carbunele a fost candva un combustibil important pentru incalzirea rezidentiala, dar astazi este inlocuit, iar combustibilul fara fum este preferat ca inlocuitor in semineele deschise sau sobe.
Combustibilii lichizi sunt produse petroliere, cum ar fi uleiul de incalzire si kerosenul. Acestea sunt inca aplicate pe scara larga acolo unde alte surse de caldura nu sunt disponibile. Pacura poate fi aprinsa automat intr-un sistem de incalzire centrala si nu necesita indepartarea cenusii, necesitand totodata putina intretinere a sistemului de ardere. Cu toate acestea, pretul variabil al petrolului pe pietele mondiale duce la preturi neregulate si ridicate in comparatie cu alte surse de energie. Sistemele de incalzire institutionale (cladiri de birouri sau scoli, de exemplu) pot folosi combustibil de calitate scazuta si ieftin pentru a-si pune in functiune centralele de incalzire, dar costul de capital este ridicat in comparatie cu combustibilii lichizi mai usor de gestionat.
Gazul natural este un combustibil pentru incalzire raspandit in America de Nord si in nordul Europei. Arzatoarele pe gaz sunt controlate automat si nu necesita indepartarea cenusii si putina intretinere. Cu toate acestea, nu toate zonele au acces la un sistem de distributie a gazelor naturale. Gazul petrolier lichefiat sau propanul poate fi depozitat la punctul de utilizare si completat periodic cu un rezervor mobil montat pe camion.
Unele zone au energie electrica la costuri reduse, ceea ce face incalzirea electrica practica din punct de vedere economic. Incalzirea electrica poate fi fie o incalzire de tip pur pe rezistenta sau poate sa foloseasca un sistem de pompa de caldura.
Un sistem de termoficare foloseste cazane sau incalzitoare de apa situate central si circula energia termica catre clientii individuali prin circularea apei calde sau a aburului. Acest lucru are avantajul unui convertor central de energie foarte eficient care poate utiliza cele mai bune controale ale poluarii disponibile si care este operat profesional. Sistemul de termoficare poate folosi surse de caldura impracticabile pentru a fi distribuite in case individuale, cum ar fi petrolul greu, produsele secundare din lemn sau (ipotetic) fisiunea nucleara. Reteaua de distributie este mai costisitoare de construit decat pentru incalzirea pe gaz sau electrica, asa ca se gaseste doar in zonele dens populate sau in comunitati compacte.
Nu toate sistemele de incalzire centrala necesita energie achizitionata. Cateva cladiri sunt deservite de caldura geotermala locala, folosind apa calda sau abur dintr-o fantana locala pentru a furniza caldura cladirii. Astfel de zone sunt mai putin frecvente. Un sistem solar pasiv nu necesita combustibil achizitionat, dar trebuie proiectat cu atentie pentru amplasament.
