Большинство из нас воспринимают отопление и охлаждение как должное. Мы ожидаем, что наши системы отопления будут согревать нас зимой, и мы зависим от кондиционеров, чтобы сохранять прохладу летом.
Когда в доме холодно зимой или жарко летом, естественной реакцией будет обращение за профессиональной помощью. К счастью, есть альтернатива. Вы можете значительно сократить расходы на обслуживание и обеспечить эффективную работу систем отопления и охлаждения, выполняя техническое обслуживание и ремонт самостоятельно. Но сначала важно знать основы функционирования систем отопления и охлаждения.
Как работают системы отопления и охлаждения
Все устройства или системы климат-контроля состоят из трех основных компонентов: источника нагретого или охлажденного воздуха, средства подачи воздуха в обогреваемые или охлаждаемые помещения и устройства управления, используемого для регулирования системы (например, термостат). Источники теплого воздуха, такого как печь, и холодного воздуха, такого как кондиционер, в доме часто используют одни и те же системы распределения и управления. Если в вашем доме есть центральный кондиционер, холодный воздух, вероятно, проходит по тем же каналам, что и тепло, и регулируется тем же термостатом. Когда система отопления или охлаждения выходит из строя, причиной проблемы может быть любой из этих трех основных компонентов.
И отопление, и кондиционирование работают по тому принципу, что тепло всегда переходит от более теплого объекта к более холодному, подобно тому как вода течет от более высокого уровня к более низкому. Печи и обогреватели нагревают воздух, чтобы сделать ваш дом теплее; кондиционеры удаляют тепло, чтобы сделать ваш дом прохладнее.
Все нагревательные и охлаждающие устройства работают на топливе. Кондиционеры потребляют электричество. В большинстве домашних систем отопления используется газ или мазут; другие системы используют электричество. Тепловой насос — блок климат-контроля с электрическим приводом — нагревает и охлаждает воздух. Летом он извлекает тепло из воздуха внутри вашего дома. Зимой он забирает тепло из наружного воздуха и использует это тепло для обогрева воздуха внутри.
Когда печь включена, она потребляет топливо, которое питает ее, будь то газ, нефть или электричество. По мере сжигания топлива выделяется тепло, которое направляется в жилые помещения вашего дома по воздуховодам, трубам или проводам, а затем выдувается из регистров, радиаторов или нагревательных панелей. Старые системы используют тепло, которое они производят, для нагрева воды, которая, в свою очередь, нагревает воздух в вашем доме. В этих системах используется бойлер для хранения и нагрева воды, которая затем циркулирует в виде горячей воды по трубам, встроенным в стену, пол или потолок.
Когда кондиционер включен, электрическая энергия используется для охлаждения газа в змеевике до его жидкого состояния. Теплый воздух в вашем доме охлаждается при контакте с охлаждающим змеевиком, и этот охлажденный воздух направляется в комнаты вашего дома через воздуховоды и внешние регистры или - в случае комнатных кондиционеров - непосредственно из самого устройства.
В следующем разделе мы рассмотрим различные системы распределения, используемые для отопления и охлаждения дома.
Системы распределения тепла и охлаждения
Как только воздух нагревается или охлаждается в источнике тепла/холода, он должен быть распределен по различным комнатам вашего дома. Это может быть достигнуто с помощью систем с принудительной подачей воздуха, гравитационных или радиационных систем, описанных ниже.
Системы принудительной подачи воздуха
Система принудительной вентиляции распределяет тепло, производимое печью, или прохладу, создаваемую центральным кондиционером, через вентилятор с электрическим приводом, называемый нагнетателем, который нагнетает воздух через систему металлических воздуховодов в комнаты вашего дома. По мере того, как теплый воздух из печи поступает в помещения, более холодный воздух в помещениях стекает через другой набор воздуховодов, называемый системой возврата холодного воздуха, в печь для нагрева. Эта система регулируется: вы можете увеличить или уменьшить количество воздуха, проходящего через ваш дом. В центральных системах кондиционирования воздуха используется одна и та же система принудительной вентиляции, включая вентилятор, для распределения холодного воздуха по комнатам и возврата более теплого воздуха для охлаждения.
Проблемы с системами принудительной вентиляции обычно связаны с неисправностями вентилятора. Вентилятор также может быть шумным, и он добавляет стоимость электроэнергии к стоимости печного топлива. Но поскольку в ней используется вентилятор, система с принудительной подачей воздуха является эффективным способом направления переносимого по воздуху тепла или холодного воздуха по всему дому.
Гравитационные системы
Гравитационные системы основаны на том, что горячий воздух поднимается вверх, а холодный опускается. Поэтому гравитационные системы нельзя использовать для распределения холодного воздуха от кондиционера. В самотечной системе топка располагается у пола или под ним. Нагретый воздух поднимается вверх и проходит по воздуховодам к регистрам в полу по всему дому. Если печь расположена на первом этаже дома, то регистры тепла обычно располагают высоко на стенах, потому что регистры всегда должны быть выше печи. Нагретый воздух поднимается к потолку. Когда воздух охлаждается, он опускается, поступает в возвратные воздуховоды и возвращается в печь для повторного нагрева.
Другой основной системой распределения тепла является лучистая система. Источником тепла обычно является горячая вода, которая нагревается в печи и циркулирует по трубам, встроенным в стену, пол или потолок.
Радиантные системы
Излучающие системы функционируют за счет обогрева стен, полов или потолков комнат или, чаще, за счет обогрева радиаторов в комнатах. Затем эти предметы нагревают воздух в комнате. В некоторых системах используются электрические нагревательные панели для выработки тепла, которое излучается в помещения. Как и гравитационные настенные обогреватели, эти панели обычно устанавливаются в странах с теплым климатом или там, где электроэнергия относительно недорогая. Излучающие системы нельзя использовать для распределения холодного воздуха от кондиционера.
Радиаторы и конвекторы, наиболее распространенные средства распределения лучистого тепла в старых домах, используются в системах водяного отопления. Эти системы могут зависеть от силы тяжести или от циркуляционного насоса для циркуляции нагретой воды от котла к радиаторам или конвекторам. Система, в которой используется насос или циркуляционный насос, называется гидравлической системой.
Современные системы лучистого отопления часто встраивают в дома, построенные на фундаменте из бетонных плит. Сеть труб горячей воды проложена под поверхностью бетонной плиты. Когда бетон нагревается трубами, он нагревает воздух, контактирующий с поверхностью пола. Плита не должна сильно нагреваться; в конечном итоге он будет контактировать и нагревать воздух во всем доме.
Радиационные системы, особенно когда они зависят от гравитации, подвержены нескольким проблемам. Трубы, используемые для распределения нагретой воды, могут засориться минеральными отложениями или иметь неправильный угол наклона. Котел, в котором нагревается вода на источнике тепла, также может выйти из строя. Системы горячего водоснабжения редко устанавливаются в новых домах.
В следующем разделе вы узнаете, как термостат и другие элементы управления используются для поддержания микроклимата в помещении, создаваемого вашими системами отопления и охлаждения.
Органы управления для систем отопления и охлаждения
Термостат, термочувствительный переключатель, является основным элементом управления, который регулирует температуру в вашем доме.
Он реагирует на изменения температуры воздуха в том месте, где он находится, и включает или выключает печь или кондиционер по мере необходимости для поддержания температуры на заданном уровне, называемом заданным значением. Ключевым компонентом термостата является биметаллический элемент, который расширяется или сжимается при повышении или понижении температуры в доме.
Старые термостаты имеют два открытых контакта. При понижении температуры биметаллическая полоса изгибается, образуя сначала один электрический контакт, а затем другой. Система полностью активируется при замыкании второго контакта, включающего систему отопления и предупредитель на термостате. Антиципатор нагревает биметаллический элемент, заставляя его изгибаться и размыкать второй электрический контакт. Однако первый контакт еще не разорван, и нагреватель продолжает работать до тех пор, пока температура не поднимется выше уставки на термостате.
Более современные термостаты имеют спиральные биметаллические ленточные элементы, а контакты запечатаны стеклом для защиты от грязи. При понижении температуры биметаллические элементы начинают разматываться. Сила, возникающая при разматывании элементов, отделяет неподвижный стальной стержень от магнита на конце катушки. Магнит приближается к застекленному контакту, подтягивает контактный рычаг внутри трубки и заставляет контакты замыкаться, замыкая электрическую цепь и включая нагреватель и предупредитель. По мере того, как воздух в помещении нагревается, катушка начинает перематываться и разрывает фиксацию магнита на контактном плече. Рука падает, разрывает цепь и выключает систему. В этот момент магнит возвращается к стационарной планке, удерживая контакты разомкнутыми, а обогреватель выключенным, пока комната снова не остынет.
В новейших системах управления отоплением и кондиционированием воздуха для контроля температуры воздуха используется полупроводниковая электроника. Как правило, они более точны и более отзывчивы, чем старые системы. Однако ремонт твердотельных элементов управления обычно означает замену.
Понимание того, как работают системы отопления и охлаждения в вашем доме, поможет вам предотвратить проблемы до того, как они станут слишком серьезными.
© Публикации Интернэшнл, Лтд.
