中央供暖

中央供暖系统为建筑物内的多个空间提供温暖，并且可选地还能够从一个主要热源加热生活热水。它是供暖、通风和空调(HVAC)系统的组成部分，可以为室内空间降温和取暖。

中央供暖与空间供暖的不同之处在于热量产生发生在一个地方，例如房屋中的炉房或地下室或大型建筑物中的机械室（尽管不一定在几何中心点）。热量分布在整个建筑物中，通常是通过管道系统的强制空气、通过管道循环的水或通过管道输送的蒸汽。最常见的产热方法是在熔炉或锅炉中燃烧化石燃料。在大部分温带气候区，自二战前以来，大多数独立式住宅都安装了中央供暖系统。在容易获得煤炭的地方（即宾夕法尼亚州东北部的无烟煤地区），燃煤蒸汽或热水系统很常见。在20世纪后期，这些被更新为燃烧燃料油或天然气，无需在锅炉附近设置大型储煤仓，也无需清除和丢弃煤灰。热水或蒸汽加热的更便宜的替代品是强制热空气。炉子燃烧燃料油，在热交换器中加热空气，鼓风机将加热的空气通过管道网络循环到建筑物的房间。该系统更便宜，因为空气通过一系列管道而不是管道移动，并且不需要安装管道钳工。地板托梁之间的空间可以装箱并用作一些管道系统，进一步降低成本。电加热系统不太常见，仅在使用低成本电力或使用地源热泵时才实用。考虑到热电站和电阻加热的联合系统，整体效率将低于直接使用化石燃料进行空间加热。其他一些建筑物使用中央太阳能供暖，在这种情况下，分配系统通常使用水循环。这种系统的替代品是燃气加热器和区域供暖。区域供热利用来自工业过程或发电厂的废热为邻近的建筑物提供热量。与热电联产类似，这需要地下管道来循环热水或蒸汽。

在当今朝鲜的考古遗址中发现了炕的使用。在现在的朝鲜咸镜北道Unggi发现的新石器时代考古遗址，大约在公元前5000年，在挖掘出的住宅中显示出明显的gudeul遗迹（韩语：움집）。传统暖炕的主要组成部分是可从相邻房间（通常是厨房或主卧室）进入的agungi（火箱或火炉）、水平烟道下方的凸起砖石地板，以及对面外墙上的垂直独立烟囱，提供草稿。加热的地板由石墩或挡板支撑以分散烟雾，上面覆盖着石板、粘土和油纸等不透水层。早期的炕开始是为家庭和烹饪提供暖气的gudeul。当在炉子里生火煮饭做晚餐时，由于烟道入口在炉子旁边，火焰会水平延伸。这种安排是必不可少的，因为它不会让烟雾向上传播，这会导致火焰过早熄灭。当火焰穿过烟道入口时，它会随着烟雾被引导通过通道网络。整个房间都将建在炉烟道上，以创建暖炕地板房间。传统上，暖炕在1960年代之前在大多数韩国家庭中被用作坐着、吃饭、睡觉和其他消遣的生活空间。韩国人习惯坐在地板上睡觉，在矮桌而不是高高的桌子上工作和吃饭。炉子主要燃烧稻草、农作物废料、生物质或任何种类的干柴。对于短期烹饪，首选稻草或农作物废料，而长时间烹饪和地暖则需要更长时间燃烧的木柴。与现代热水器不同，燃料要么偶尔燃烧，要么定期燃烧（一天2到5次），具体取决于烹饪频率和季节性天气条件。

古希腊人最初开发了集中供暖。以弗所圣殿被种植在地下的烟道加热，并循环着火产生的热量。罗马帝国的一些建筑物使用中央供暖系统，将由炉子加热的空气通过地板下的空白空间和墙壁中的管道（称为caliducts）——这种系统被称为低烧。在古代晚期和倭马亚哈里发时期，罗马的大屠杀继续以较小的规模使用，而后来的穆斯林建筑商则采用了更简单的地下管道系统。罗马帝国崩溃后，在欧洲绝大多数地区，近一千年的时间里，取暖都恢复了更原始的壁炉。在中世纪早期的阿尔卑斯高地，一个更简单的中央供暖系统（热量从炉房通过地板下的通道传播）在某些地方取代了罗马的大屠杀。在赖歇瑙修道院，一个相互连接的地下通道网络在冬季为僧侣的300平方米大集会室供暖。系统的效率程度经计算为90%。在13世纪，西多会的僧侣们使用河流改道和室内燃木火炉恢复了基督教欧洲的中央供暖系统。西班牙阿拉贡地区埃布罗河上保存完好的摩天轮圣母皇家修道院（始建于1202年）提供了这种应用的一个很好的例子。

中央供暖的三种主要方法是在18世纪末至19世纪中叶发展起来的。

WilliamStrutt于1793年在德比设计了一座带有中央热风炉的新工厂，尽管这个想法在大约一百年前就已经由JohnEvelyn提出。Strutt的设计包括一个大火炉，该火炉通过一个大的地下通道从外部加热空气。空气通过大型中央管道通过建筑物进行通风。1807年，他与另一位杰出的工程师查尔斯·西尔维斯特合作建造了一座新建筑，以容纳德比皇家医院。Sylvester在为新医院应用Strutt的新型供暖系统方面发挥了重要作用。他在《国内经济哲学》上发表了他的观点；正如1819年在德比郡综合医院的取暖、通风、洗涤、烘干和烹饪模式中所体现的那样。-清洁和空气清新的厕所。医务室的新型加热系统使患者能够呼吸新鲜的热空气，而旧空气则被引导至中心的玻璃和铁制圆顶。他们的设计被证明是非常有影响力的。它们在中部地区的新工厂中被广泛复制并不断改进，随着deChabannes在1810年代下议院通风方面的工作达到成熟。在本世纪余下的时间里，该系统仍然是小型建筑供暖的标准。

英国作家休·普拉特在1594年为温室提出了一种基于蒸汽的中央供暖系统，尽管这是一个孤立的事件，直到18世纪才被跟进。可口可乐上校设计了一个管道系统，可以将中央锅炉的蒸汽输送到房子周围，但苏格兰发明家詹姆斯瓦特是xxx个在他的房子里建造工作系统的人。中央锅炉提供高压蒸汽，然后通过嵌入柱子中的管道系统在建筑物内分配热量。他在曼彻斯特的一家纺织厂大规模实施了该系统。罗伯逊·布坎南(RobertsonBuchanan)在1807年和1815年发表的论文中对这些装置进行了明确的描述。托马斯·特雷戈德(ThomasTredgold)的著作《公共建筑供暖和通风原理》描述了将热蒸汽加热应用于较小的非工业建筑的方法。到19世纪后期，这种方法已经取代了热空气系统。

早期的热水系统在古罗马被用于加热Thermæ。另一个早期的热水系统是在俄罗斯开发的，用于圣彼得堡彼得大帝的颐和园（1710-1714年）的集中供暖。稍晚一点，即1716年，瑞典首次使用水为建筑物供暖。瑞典工程师MårtenTriewald将这种方法用于泰恩河畔纽卡斯尔的温室。法国建筑师JeanSimonBonnemain(1743–1830)在巴黎附近的ChâteauduPêcq的合作社中将这项技术引入工业界。然而，这些分散的尝试是孤立的，主要局限于温室的应用。Tredgold最初认为它的使用不切实际，但在1836年改变了主意，当时该技术进入了快速发展的阶段。早期的系统使用低压水系统，这需要非常大的管道。1830年代，AngierMarchPerkins在伦敦安装了xxx批弥补这一缺陷的现代热水中央供暖系统。当时，中央供暖在英国开始流行，通常使用蒸汽或热空气系统。Perkins的1832设备在200摄氏度(392°F)下通过高压小直径管道分配水。使系统可行的一项关键发明是螺纹接头，它允许管道之间的接头承受与管道本身相似的压力。他还将锅炉与热源分开，以降低爆炸的风险。xxx个单元安装在英格兰银行行长约翰霍斯利帕尔默的家中，以便他可以在英格兰寒冷的气候下种植葡萄。他的系统安装在全国各地的工厂和教堂中，其中许多系统在150多年内一直处于可用状态。他的系统也适用于面包师加热烤箱和用木浆造纸。居住在圣彼得堡的普鲁士出生的俄罗斯商人弗朗茨·圣加利（FranzSanGalli）在1855年至1857年间发明了散热器，这是现代中央供暖系统最终成型的重要一步。随着美国散热器公司等公司在美国和欧洲扩大低成本散热器市场，维多利亚时代的铸铁散热器在19世纪末开始普及。

为中央供暖系统选择的能源因地区而异。一次能源的选择基于成本、便利性、效率和可靠性。供暖的能源成本是在寒冷气候下运营建筑物的主要成本之一。一些集中供热厂出于经济和方便的原因可以转换燃料；例如，房主可能会安装一个带有备用电源的燃木炉，以便偶尔进行无人看管的操作。木材、泥炭或煤等固体燃料可以在使用点进行储存，但处理不便且难以自动控制。木材燃料仍然在供应充足的地方使用，并且建筑物的居住者不介意运输燃料、清除灰烬和照料火灾所涉及的工作。颗粒燃料系统可以自动助燃，但仍需要手动清除灰烬。煤炭曾经是一种重要的住宅供暖燃料，但如今已不常见，xxx燃料是开放式壁炉或火炉的首选替代品。液体燃料是石油产品，例如取暖油和煤油。在其他热源不可用的情况下，这些仍然被广泛应用。燃油可在中央供暖系统中自动燃烧，无需除灰，燃烧系统几乎不需要维护。然而，与其他一些能源相比，世界市场上的石油价格波动导致价格不稳定且价格偏高。机构供暖系统（例如办公楼或学校）可以使用低品位、廉价的船用燃料来运行其供热厂，但与更易于管理的液体燃料相比，资本成本较高。天然气是北美和北欧广泛使用的取暖燃料。燃气燃烧器是自动控制的，不需要除灰和很少的维护。然而，并非所有地区都可以使用天然气分配系统。液化石油气或丙烷可以在使用点储存，并通过车载移动罐定期补充。一些地区的电力成本较低，使电加热在经济上可行。电加热可以是纯电阻式加热，也可以使用热泵系统来利用空气或地面中的低品位热量。区域供热系统使用位于中央的锅炉或热水器，并通过循环热水或蒸汽将热能循环给各个客户。这具有中央高效能量转换器的优势，而不是可以使用xxx的可用污染控制，并且是专业操作的。区域供热系统可以使用不切实际的热源来部署到个人家庭，例如重油、木材副产品或（假设的）核裂变。与燃气或电加热相比，配电网络的建设成本更高，因此仅在人口稠密地区或紧凑社区中存在。并非所有的中央供暖系统都需要购买能源。一些建筑物由当地的地热供暖，使用当地井中的热水或蒸汽来提供建筑物热量。这样的区域并不常见。被动式太阳能系统不需要购买燃料，但需要为现场精心设计。

加热器输出以千瓦或BTU/小时为单位。对于放置在房屋中，需要计算加热器和房屋所需的输出水平。这个计算是通过记录各种因素来实现的——即，您希望加热的房间的上方和下方、有多少窗户、物业中的外墙类型以及将确定水平的各种其他因素充分加热空间所需的热量输出。这种计算称为热损失计算，可以使用BTU计算器完成。根据该计算的结果，加热器可以与房屋完全匹配。

热量输出可以通过热量成本分配器来衡量，因此即使只有一个集中式系统，每个单元也可以单独计费。

循环热水可用于集中供暖。有时这些系统被称为循环加热系统。使用水循环的中央供暖系统的常见组件包括：

• 燃料、电力或区域供热供应线的供应
• 加热系统中的水的锅炉（或用于区域供热的热交换器）
• 泵使水循环
• 热水器通过散热器将热量释放到房间中。

循环水系统采用闭环；相同的水被加热，然后再加热。密封系统提供了一种中央供暖形式，其中用于供暖的水独立于建筑物的正常供水循环。膨胀罐包含压缩气体，通过隔膜与密封系统水分离。这允许系统中压力的正常变化。当压力过高时，安全阀允许水从系统中逸出，如果压力下降过低，阀门可以打开以补充正常供水中的水。密封系统提供了开放式通风系统的替代方案，其中蒸汽可以从系统中逸出，并通过进水和中央存储系统从建筑物的供水中替代。英国和欧洲其他地区的供暖系统通常将空间供暖与家庭热水供暖的需求结合起来。这些系统在美国不太常见。在这种情况下，密封系统中的热水流经热水箱或热水缸中的热交换器，在此加热来自常规饮用水供应的水，用于热水水龙头或洗衣机等电器或洗碗机。水力辐射地板采暖系统使用锅炉或区域供暖来加热水，并使用泵在安装在混凝土板上的塑料管道中循环热水。嵌入地板的管道携带热水，将热量传导到地板表面，然后将热能传播到上面的房间。水力加热系统也用于人行道、停车场和街道的冰雪融化系统中的防冻液。它们更常用于商业和全屋地板辐射热项目，而电辐射热系统更常用于较小的局部加热应用。

蒸汽加热系统利用蒸汽冷凝成液态水时释放的高潜热。在蒸汽加热系统中，每个房间都配备一个散热器，该散热器连接到低压蒸汽源（锅炉）。进入散热器的蒸汽冷凝并释放其潜热，返回液态水。散热器反过来加热房间的空气，并提供一些直接的辐射热。冷凝水通过重力或在泵的帮助下返回锅炉。一些系统仅使用一条管道来组合蒸汽和冷凝水返回。由于截留的空气阻碍了正常循环，因此此类系统具有排气阀以允许空气被清除。在家用和小型商业建筑中，蒸汽在相对较低的压力下产生，小于15psig(200kPa)。由于管道安装成本，蒸汽加热系统很少安装在新的单户住宅建筑中。管道必须小心倾斜，以防止冷凝水堵塞。与其他加热方法相比，蒸汽系统的输出更难控制。然而，例如，可以在校园内的建筑物之间输送蒸汽，以允许使用高效的中央锅炉和低成本的燃料。高层建筑利用低密度的蒸汽来避免从安装在地下室的锅炉中循环热水所需的过大压力。在工业系统中，用于发电或其他用途的工艺蒸汽也可用于空间加热。用于加热系统的蒸汽也可以从热回收锅炉中获得，使用来自工业过程的其他废热。

电加热或电阻加热将电能直接转化为热能。电热通常比天然气、丙烷和石油等燃烧设备产生的热更昂贵。电阻热可由踢脚板加热器、空间加热器、辐射加热器、熔炉、壁式加热器或蓄热系统提供。电加热器通常是作为中央空调一部分的风机盘管的一部分。它们通过将空气吹过加热元件来循环热量，加热元件通过回风管道供应给炉子。电炉中的鼓风机将空气吹过一到五个电阻线圈或通常额定为5千瓦的元件。加热元件一次激活一个，以避免电气系统过载。称为限位控制器或限位开关的安全开关可防止过热。如果鼓风机发生故障或有什么东西阻塞了气流，这个限制控制器可能会关闭炉子。然后加热的空气通过供应管道送回家中。在较大的商业应用中，中央供暖是通过空气处理器提供的，该空气处理器包含与熔炉类似的组件，但规模更大。数据炉使用计算机将电能转化为热能，同时处理数据。

在温和的气候中，空气源热泵可用于在炎热天气对建筑物进行空气调节，并在寒冷天气使用从室外空气中提取的热量为建筑物取暖。对于远低于冰点的室外温度，空气源热泵通常不经济。在较冷的气候中，地热热泵可用于从地下提取热量。

出于经济考虑，这些系统专为冬季平均低温而设计，并在极端低温条件下使用补充加热。热泵的优点是减少了建筑供暖所需的外购能源；通常地热源系统也供应生活热水。即使在化石燃料提供大部分电力的地方，地热系统也可以抵消温室气体的产生，因为大部分热量来自周围环境。

从能源效率的角度来看，如果只有一个房间需要供暖，则相当多的热量会损失或浪费掉，因为中央供暖会造成分配损失，并且（特别是在强制空气系统的情况下）可能会在不需要加热一些无人居住的房间的情况下进行加热。在需要隔离供暖的此类建筑物中，可能希望考虑非中央系统，例如单独的房间加热器、壁炉或其他设备。或者，建筑师可以设计几乎可以消除供暖需求的新建筑，例如按照被动房标准建造的建筑。但是，如果建筑物确实需要全面供暖，燃烧式集中供暖可能会提供比电阻供暖更环保的解决方案。这适用于电力来自化石燃料发电站的情况，燃料损失高达60%的能量（除非用于区域供热），传输损失约6%。出于这个原因，瑞典提出了逐步淘汰直接电加热的提议（参见瑞典的石油淘汰）。核能、风能、太阳能和水力发电减少了这一因素。相比之下，热水中央供暖系统可以使用高效冷凝锅炉、生物燃料或区域供暖在建筑物内或建筑物附近加热水。湿式地暖已被证明是理想的选择。这提供了在未来相对容易转换以使用热泵和太阳能组合系统等开发技术的选项，从而也提供了面向未来的选择。中央供暖的典型效率（在客户购买能源时测量）为：燃气供暖为65–97%；燃油供暖为80-89%，燃煤供暖为45-60%。储油罐，尤其是地下储油罐，也会影响环境。即使建筑物的供暖系统很久以前是用石油改造的，石油仍可能通过污染土壤和地下水来影响环境。建筑业主可能会发现自己有责任拆除埋藏的水箱和修复费用。