Shematic.net

«Тепловой насос» – восхищения и неудачи?

Простой «тепловой насос» не работает и объяснение абсолютно логично, даже не нужно формул*.

Экспериментально установлено, что от так называемого теплового насоса есть эффект при разнице температур больше 10° С.

Давайте логически сделаем круг: в земле зимой температура не снижается ниже 10° С, возьмем эту величину для примера. Оттуда начинается круг и поступает теплоноситель в помещение, но в помещении нужна температура 20° С, значит нужно нагреть воду газом, или электроэнергией более, например, к 40° С. Отдав теплоту** в помещение (пусть КПД высокий), температура воды после этого опустится до 20° С и будет поддерживаться, потому что на улице холодно, допустим, около 0° С (масса теплообменников одинакова, система стабильна). И что мы теперь должны подать воду с 20° С в землю где температура 10° С? Значит вода дальше будет охлаждаться, нагревая землю, а не нагреваясь от земли. А здесь нам нужно замкнуть круг, чтобы был круговорот носителя тепла. Такая система не работает и теплота не поступает в помещение от земли. Она бы работала, если дом нужно нагреть до температуры 10° С, а на дворе было бы меньше 10° С, тогда не нужно нагревать дополнительно теплоноситель газом, или электроэнергией.

Если вам нужно нагреть среду до 10° С, пожалуйста, обычный теплообмен. А выше? Невозможно никакими методами обойти 1-й и 2-й закон термодинамики.

Но есть выход: туда нужно поместить систему с кефициентом отдачи 200% (холодильник, или кондиционер http://www.shematic.net/page-67.html), один теплообменник с температурой –10° С, к которому поступает теплота от земли, второй с 40° С для нагрева среды в помещении. Тогда все работает – теплота от земли с температурой 10° С поступает в теплообменник с температурой –10° С, температура горячего теплообменника системы 40° С будет нагревать помещение до 20° С (рис. 1).

* пример объяснения физических процессов при теплообмене, расчеты, приведенные в статье, весьма приблизительные.
** физическая величина, соответствующая переносу энергии между двумя телами, осуществляется за счет разницы температур без выполнения механической работы и не связана с переносом вещества от одного тела к другому и выступает характеристикой процессов передачи энергии между телами при теплообмене (Википедия).

Рис. 1. Пример нагревания помещения теплом земли.

Пусть холодильная установка, или кондиционер потребляет количество теплоты Qк от внешнего источника энергии и вся эта энергия расходуется на компрессор, сжижает теплоноситель, фреон, который нагревается до температуры tк = 40° С и поступает в теплый теплообменник с массой Мm. m., нагревая помещения до температуры tп = 20° С.

В идеальном случае, если tд → tп, то коэффициент теплоотдачи теплого теплообменника

Кm. m. →1. В реальных условиях Кm. m. определяется по формуле:

.

Далее теплоноситель поступает на дроссель, испаряется, охлаждается до температуры tх = –10° С и поступает к холодному теплообменнику. При массе холодного теплообменника Мх. m. = Мm. m. и температуре земли tз = 10° С (в идеальном случае и одинаковых материалах теплообменников, поглотит количество теплоты Qз). В реальных условиях коэффициент поглощения холодного теплообменника Кх. m. можно определить по формуле:
 

 .

Оборудовать такой теплообменник можно и в подвальном помещении (рис. 2), если оно есть, но при этом необходима очень хорошая теплоизоляция пола. Некоторые предлагают разместить холодный теплообменник в ближайшими водоеме, например озере, но зимой температура воды может опускаться до 4° С. В каждом случае это индивидуальный подход – в земле, подвале, или колодце.

Рис. 2. Пример размещения теплообменника в подвале.

Дальнейший расчет теплообмена и нагрева помещения можно сделать по принципу отдачи тепла от радиатора.

добавлено 01.11.21 14:10:45 | просмотрено 4568 раз