Обігрівач з ефективністю 400% передає тепло від холодного до гарячого

Для обігріву будівель в зимовий період витрачається величезна кількість енергії. Потрібно спалювати паливо, або використовувати електроенергія. Як було б чудово, якщо б можна було черпати тепло просто з вулиці. А це, виявляється, дійсно можливо.

Будь-яке тіло з температурою вище температури абсолютного нуля має теплову енергією, яку потенційно можна вилучити. Так, при охолодженні одного кубічного метра води від -10 °С до 0 °С виділяється 42 МДж енергії. Тепло також можна вилучати і у землі, і у повітря.

Як забрати тепло у холодної вулиці і віддати його теплому дому? – За допомогою теплового насоса. Тепловий насос – це теплова машина навпаки. Якщо теплова машина отримує механічну енергію при теплопередачі від гарячого до холодного, то тепловий насос, навпаки передає тепло від холодного до гарячого, при підведенні сторонньої енергії. Таким же чином працюють холодильники, морозильні камери, і кондиціонери. Вони охолоджують продукти/кімнату і віддають тепло більш гарячому повітрю зовні.

Термодинамічний цикл теплового насоса – зворотній цикл теплової машини. Так ККД (ефективність) для зворотнього циклу Карно буде наступним:

Припустимо, температура повітря на вулиці -20 °С. Щоб отримати з нього тепло, тепловий насос повинен охолодити його ще сильніше, до -25° С (Тхол). Енергія, що вилучається піде на нагрівання підлоги в будинку до +30 °С (Тгар). Розрахунковий ККД складе 551%! Це означає, що кожен Джоуль затраченої енергії буде приносити 5,51 Джоуля тепла. Але це в теорії, реальна ефективність буде близько 400%, через неідеального термодинамічного циклу і додаткових енерговитрат.

Таким чином, теплові насоси дозволяють економити на опаленні від електрики в 4 рази і більше. Вони черпають тепло з повітря (1), або землі (2), або з грунтових вод (3), або водойм (4):

Завдання

  1. Порівняйте роботу теплового насоса з роботою холодильника?
  2. Що спільного, та чим відрізняються тепловий насос і кондиціонер?
  3. Який тепловий насос буде працювати з більшою ефективністю, той який забирає тепло у повітря (-20 °С), або той, який забирає тепло у ґрунтових вод (+8 °С)? Чому?
  4. Скільки електроенергії витратить ідеальний холодильник, щоб заморозити 1 літр води температурою 0 °С, температура кімнати, де стоїть холодильник – +20° С.
  5. Запропонуйте варіант “вічного” двигуна, з використанням теплового насоса і двигуна Стілінга. Обґрунтуйте формулами, чому двигун не буде вічним.

Напишіть відгук

Ваша пошт@ не публікуватиметься. Обов’язкові поля позначені *

Можна використовувати XHTML теґи та атрибути: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <strike> <strong>