вопрос:
свежий воздух в доме без потерь тепла/прохлады

HVAC дома - отопление, вентиляция, кондиционирование воздуха самодома

Комфорт - прежде всего!

Вадим Шулман, инженер

HVAC - это отопление, вентиляция, кондиционирование воздуха помещения, по-американски - heating, ventilation, and air conditioning:
healthy building conditions are regulated with respect to temperature and humidity.

HVAC самодома - это половое отопление ("теплый пол"), половое и стенное охлаждение (это "вместо" электрического кондиционера), а энергия для этого - вовсе не от теплоцентрали и электрической сети по непредсказуемым ценам (монополисты-"коммунальщики", однако), и даже не от газопровода-сети или газгольдера.

На принципиальной схеме отопления и кондиционирования дома показаны потери тепловой энергии (тепла или холода, в сравнении с температурой наружного воздуха - холод/жара) фиолетовыми стрелками (losses). Собственно, внешний приток тепла (это отопление) и внешний приток холода (это кондиционирование на охлаждение) компенсируют эти потери.

Экономичная вентиляция, отопление и кондиционирование дома,
схема

В обычном доме или квартире паразитное выделение тепла (например, кухонная плита, освещение, выделение тепла людьми и животными) - мало, в сравнении с потерями тепла/холода через пол и потолок, ограждающие помещение с боков конструкции (окна, стены, двери), поэтому можно смело утверждать, что отопление - это компенсация утечек тепла.
Подробнее об отоплении >>
(неожиданная для большинства потребителей информация об отоплении)

Вторым по величине местом тепловых потерь из жилого здания является вентиляция - вытяжная вентиляция и приточно-вытяжная вентиляция без теплообменника (heat exchanger) между вентканалами "чистый воздух - удаляемый из помещения воздух (air flues)". На схеме вентиляции, отопления-кондиционирования энергосберегающая ("теплосберегающая") приточно-вытяжная вентиляция с теплообменником обозначена "Air: fresh - indoor".
А иначе подогретый отопительными приборами воздух просто выбрасывается вместе с теплом на мороз... А свежий воздух с мороза нужно подогревать, тратя, в конечном итоге, деньги.
Или наоборот - охлаждённый воздух из помещения просто выбрасывается в пекло снаружи дома... А свежий горячий забортный воздух, поступающий в помещение, нужно охлаждать.

Источники тепла и холода - источники тепловой энергии

Как показано выше, тепловая энергия в доме нужна только лишь для компенсации утечек тепла или холода из жилого помещения. Добыча тепловой энергии посвящены разделы Отопление самодома и более общий взгляд - Принципы функционирования самодома.

В этой статье на схеме показаны источники тепловой энергии - схематически:
1 - тепловая энергия воздуха, проходящего над домом;
2 - ветротурбина (источник мощности для механического теплового насоса, дающего "тепло" и "холод");
3 - солнечные тепловые коллекторы;
4 - печь ("котёл"), пиковый источник тепла;
5 - тепловая энергия грунта (точнее, грунтовой воды) - inter-seasonal thermal store.

Тепловая энергия от источников 1-5 (тепло и холод!), плюс теплообменник вентиляции, поступают в аккумуляторы тепловой энергии (тепла и холода!), в том числе и через тепловой насос (thermal energy accumulators and converters).

HVAC для домов с печным отоплением

Печное отопление на газе (по-СНГ-русски - "котёл"), топочном мазуте (heating oil), угле, дровах, пеллетах (pellet) - с точки зрения HVAC - это одно и то же: воздух с кислородом забирается из помещения и выбрасывается в трубу.
... печь на топливе является своего рода вытяжным вентилятором.

То есть, тёплый воздух помещения выбрасывается через печку в трубу, да еще дополнительно разогретый окислением-горением топлива. Вдвойне обидно: теплотворная способность топлива ("теплоёмкость") вылетает в трубу, потому что в классических печах температура на выходе из печной трубы должна быть выше 100 градусов Цельсия, а иначе в печной-каминной трубе осаждается конденсат (пар) и прочая сажа. Это относится не только к угольному или дровяному отоплению, но и к газовому и нефтяному отоплению.

Впрочем, увеличивая скорость потока печных газов или прогоняя через печь избыточный воздух (это тоже перерасход топлива на нагрев избыточного воздуха!) температуру в трубе (каминном канале) можно уменьшить, отняв-вернув тепло для отопления.
См. Один из вариантов дымососа с вентилятором вне печной трубы.

Сколько энергии содержится в топливе

Heat of combustion

Тепла в углеводородном топливе содержится больше в водороде, чем в углероде - окисление водорода энергетически выгоднее: т.е. чем больше водорода и меньше углерода, балластных веществ и даже мешающих процессу горения - например, вода H2O, "зольные вещества", песок и пр.

Удельная теплота сгорания топлива, МДж/кг (КВт.час/кг)
Водород 120,9
Метан 50,1
Пропан 47,5
Нефть, бензин, керосин, дизтопливо 41-44
Мазут 39
Бытовой газ 31,8
Этиловый спирт 30,0
Каменный уголь, угольные брикеты 22-29
Бурый уголь 14-15
Дрова 10-12
Торф 8-15
(1)

Сколько калорий и джоулей в киловатт-часе,
Сколько киловатт-часов в калориях и джоулях

1 киловатт-час равен 3600000 джоулям (3,6 мегаджоулям)
1 мегаджоуль равен 0,278 киловатт-час
1 кВт·ч равен 860 KCal
1 British thermal unit (BTU) = 1,055 KJoules
1 килокалория равна 4187 килоджоуля, 1,1163 ватт-часа.

Печное отопление в системе вентиляции и кондиционирования дома

Но если рассматривать отопительную печь как вентилятор, гонящий тёплый воздух из помещения наружу, то... печь - это тоже элемент HVAC.

В самодоме печь является аварийным-экстремальным-пиковым источником тепла, тем не менее ее также необходимо включить в систему теплообменников и выбрасывать на улицу воздух только чуть теплее наружного воздуха или грунта (что теплее - от того и отбирать тепло для теплового насоса).

Если бы не сажа, "смола", вода (вместе - это дым), то не было бы никаких проблем. При отборе тепла от печного газа до температуры 0 градусов Цельсия на теплообменнике осаждается вода и недогоревшие углеводороды ("смола"); в смесь воды и этой недогоревшей органики влипает сажа и пр. - дымоход и теплообменник засоряется.

То есть, нужно обеспечить полное сгорание топлива, и обеспечить очистку печных газов перед отбором тепла. В древности применялись дымогарные трубы - в самоварах и паровозах. Проблему нужно решать, жалко выбрасывать на улицу поток воздуха температурой в 120 градусов.

Похожее на дымогарную трубу устройство применяется и в авиации - это форсажная камера авиадвигателя. Там, правда, наоборот - обычно впрыскивают топливо в недогоревший в "печи"-турбине кислород воздуха. Форсажная камера потребляет немыслимое количество топлива - но зато какая тяга!

P.S.
central heating и central air conditioner (центральное отопление и центральное кондиционирование) означает вовсе не то, о чём подумали жители Европы и стран СНГ - о трубах из центральной котельной-на-пол-города и трубах из огромного хладокомбината. Например, в Америке под "central heating/cooling" понимают, что все помещения в здании отапливаются/охлаждаются из одного места.

(1)
в т.ч. Википедия - Удельная теплота сгорания

 
17сен2012