Обогреватель с эффективностью 400 % передает тепло от холодного к горячему

Для обогрева зданий в зимний период расходуется огромное количество энергии. Приходиться сжигать топливо, либо использовать электричество. А как было бы здорово, если бы можно было черпать тепло просто с улицы. И это, оказывается, действительно возможно.

Любое тело с температурой выше температуры абсолютного нуля обладает тепловой энергией, которую потенциально можно изъять. Так, при охлаждении одного кубического метра воды от -10 °С до 0 °С выделяется 42 МДж энергии. Тепло также можно забирать и у земли, и у воздуха.

Как забрать тепло у, и без того холодной, улицы и отдать его теплому дому? – При помощи теплового насоса. Тепловой насос – это тепловая машина наоборот. Если тепловая машина получает механическую энергию при теплопередачи от горячего к холодному, то тепловой насос, наоборот передает тепло от холодного к горячему, при подведении сторонней энергии. По такому же принципу работают холодильники, морозильные камеры, и кондиционеры. Они охлаждают продукты/комнату и отдают тепло более горячему воздуху снаружи.

Термодинамический цикл теплового насоса – обратный цикл тепловой машины. Так КПД (эффективность) для обратного цикла Карно будет следующим:

Предположим, температура воздуха на улице -20 °С. Чтобы получить из него тепло, тепловой насос должен охладить его еще сильнее, до -25 °С (Тхол). Отбираемая энергия пойдет на нагрев полов в доме до +30 °С (Тгор). Расчетный КПД составит 551 %! Это означает, что каждый Джоуль энергии будет приносить 5,51 Джоуля тепла. Но это в теории, реальная эффективность будет около 400%, из-за неидеального термодинамического цикла и дополнительных энергопотерь.

Таким образом, тепловые насосы позволяют экономить на отоплении от электричества в 4 раза и более. Они черпают тепло из воздуха (1), или земли (2), или из грунтовых вод (3), или водоемов (4):

Задание

  1. Сравните работу теплового насоса с работой холодильника?
  2. Что общего, и чем отличаются тепловой насос и кондиционер?
  3. Какой тепловой насос будет работать с большей эффективностью, тот который забирает тепло у воздуха ( -20 °С), или тот, который забирает тепло у грунтовых вод ( +8 °С)? Почему?
  4. Сколько электроэнергии затратит идеальный холодильник, чтобы заморозить 1 литр воды температурой 0 °С, температура комнаты, где стоит холодильник – +20 °С.
  5. Предложите вариант “вечного” двигателя, с использованием теплового насоса и двигателя Стилинга. Обоснуйте формулами, почему двигатель не будет вечным.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Можно использовать следующие HTML-теги и атрибуты: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <strike> <strong>