Casele pot fi încălzite de frig.
O. BOGAEVSKY inginer
Sverdlovsk
Probabil mulți vor părea ciudat, dacă spunem că casele sătenilor, sat sau oraș, situat pe malul unui râu mare, lac sau mare, iarna poate fi încălzit de căldura acestor rezervoare. Într-adevăr, cum pot încălzi camera, să zicem, la 20 de grade. apa a unui râu sau lac, a căror temperatură nu depășește 2-4 °?
Dar nu există nimic implauzibil în acest sens. Deși este cunoscut din fizica că transferul de căldură de la un corp rece la cald nu este posibil - acest proces este considerat nenatural - dar, în același fizicienii spun că este întotdeauna posibil să se efectueze procesul de la costul nenaturale naturale. Ce înseamnă asta?
Se știe că energia mecanică, de exemplu, se transformă liber în energie termică. Acesta este un proces natural al naturii. Trenul oprit, sunetul dispărut, vântul care a murit, toate sunt cazuri de transformare a energiei mecanice în căldură.
Este, de asemenea, cunoscut faptul că după o furtună violentă în mare se încălzește oarecum. Înapoi la aceeași căldură în muncă în sine nu merge - este nefiresc. Acest lucru necesită dispozitive speciale, adică mașini în care se achiziționează primirea energiei termice cu prețul transferului unei anumite cantități de căldură de la un corp fierbinte la unul rece.
Se spune că eficiența unei turbine cu abur este de 25%. Aceasta înseamnă că numai 100% din căldură creează o muncă, iar trei sferturi sunt cheltuite pentru încălzirea inutilă a mediului.
Este posibil ca acest sacrificiu să fie redus la natură? Da, puteți! Și industria noastră energetică se străduiește constant pentru acest lucru. Eficiența unei mașini termice va fi mai mare cu cât este mai mare temperatura sursei de încălzire și cu atât temperatura mediului ambiant este mai scăzută. De exemplu, pentru o turbină cu abur care funcționează la o scădere de temperatură de 300 până la 30 °, eficiența maximă este de 47%, iar la o scădere de temperatură de 500 până la 30 ° este deja 61%. De aceea, acum în domeniul căldurii și energiei electrice există o luptă persistentă pentru dezvoltarea turbinelor de parametri ultrahighi, în care temperatura aburilor ajunge la 550-600 °.
Deci, în scopul de a efectua un proces nenatural, spun - pentru a obține un loc de muncă de căldură, aveți nevoie de o mașină și o anumită natură sacrificiu sub forma unui proces natural, adică, în cazul motoarelor termice traducere a unei cantități cunoscute de căldură dintr-o sursă fierbinte la rece. Transferul de căldură de la un corp rece la unul fierbinte este, de asemenea, un proces nefiresc și, prin urmare, va necesita o mașină și o compensare sub forma unui proces natural.
Există mai multe moduri de a transfera căldura de la un corp rece la unul fierbinte. Vom lua în considerare doar unul, cel mai des întâlnit dintre ei, - compresie.
Ca și în centrala termică, turbina transformă căldura în muncă, în același mod în care pompa de căldură transferă căldura de la corpul rece la cel cald. Dacă turbina cu abur mediul de lucru este de vapori de apă, într-un motor cu turbină cu gaz sau motorină - un amestec de aer cu produsele de ardere a combustibilului, pompa de căldură este amoniac sau un amestec al acestuia cu apă, fluid de lucru cel mai mult. Elementele principale ale centralei turbinei cu abur sunt o turbină, un cazan și un condensator. Și în pompa de căldură, elementele principale sunt și boilerul și condensatorul, iar în locul turbinei - compresorul.
Într-o instalație cu turbine cu abur, boilerul este încălzit de gaze de ardere. În pompa de căldură, boilerul este încălzit de căldura rezervorului. Și diferența dintre ele este doar în temperatură. Dacă aburul este încălzit în cazanul unei turbine cu abur la 300 sau mai multe grade, atunci într-un cazan cu pompă de căldură, vaporii de amoniac sunt încălziți numai la 2 până la 4 ° C. În instalația de turbine cu abur, aburul uzat dă căldură la apa din condensator, în timp ce în pompa de căldură perechile de amoniac își dau căldura și în camera încălzită din condensator.
Da, dar în încăperea încălzită ar trebui să se încălzească o temperatură de cel puțin 20 °, iar în cazan amoniacul se încălzește numai la 2-4 °. Datorită temperaturii amoniacului din condensator? Se pare că compresorul a făcut această încălzire. Se știe că atunci când vaporii sunt comprimate, temperatura lor crește.
Dar pentru a stoarce aburul, va dura munca. Prin urmare, munca compresorului este doar un tribut adus naturii, prin care se transferă un proces nenatural - transferul căldurii dintr-un iaz rece într-o încăpere caldă.
Dar, poate, costurile de lucru ale compresorului vor fi atât de mari încât, așa cum se spune, "pielea de oaie nu merită lumânarea"? Răspunsul la această întrebare poate fi dat numai prin calcul. Să luăm în considerare încă o dată, dar în detaliu, lucrarea pompei de căldură, circuitul de bază a căruia este afișat pe fila de culoare.
Vaporii de amoniac din cazan, incalziti pana la temperatura rezervorului, adica pana la 2 - 4 ° C. și având o presiune relativ mică, sunt aspirați de compresor și comprimați la o presiune nouă, la care temperatura lor devine mai mare decât temperatura camerei încălzite. În mod firesc, în același timp, compresorul își petrece o anumită cantitate de energie mecanică. Vaporii de amoniac comprimat și încălzit din compresor intră în condensator, unde, după ce au dat parte din încălzirea lor la încălzirea camerei, sunt răciți și condensați. Printr-o valvă de clapetă specială, amoniacul lichid din condensator, datorat diferenței de presiune, trece în cazan. Aici se evaporă și, desigur, se răcește; iar temperatura sa devine mai scăzută decât cea cu care a fost aspirată anterior de compresor, deoarece în condensator a pierdut o parte din căldura sa, care a dus la încălzirea camerei. Apoi, încălzită din nou de căldura rezervorului la o temperatură de 2 până la 4 °, vaporii de amoniac sunt din nou alimentați la compresor, care, comprimându-i, se transferă la condensator. Astfel, prin cheltuirea muncii la compresor, vom transfera continuu căldura dintr-un iaz rece într-o cameră caldă.
În industrie, pompa de căldură poate găsi o aplicare largă, în special în acele cazuri în care sunt necesare modificări minore ale temperaturii. Apropo, pompa de căldură a intrat deja în industria chimică și alimentară, unde este utilizată pentru evaporarea și distilarea soluțiilor.
În concluzie, trebuie să spun că schema descrisă a unei pompe de căldură compresor de amoniac nu este singura și, în plus, are un caracter academic, ca să spunem așa. Schema tehnică a pompei de căldură va fi mai complicată. Pentru tehnologie, în plus față de economie, este de asemenea necesar ca mașina să fie simplă, fiabilă, compactă, ieftină, durabilă etc.
O caracteristică tehnică importantă a unei pompe de căldură este valoarea puterii sale specifice de căldură, adică raportul dintre cantitatea de căldură transferată de la sursa rece la cea caldă și greutatea fluidului de lucru. Evident, cu cât puterea specifică de căldură este mai mare, cu atât pompa este mai compactă și mai ieftină. O creștere substanțială a puterii termice în pompa de căldură de compresie a amoniacului poate fi obținută dacă compresorul va intra în vaporii de amoniac uscat și comprimarea în sine va avea loc chiar în regiunea supraîncălzit de vapori.
Pentru a mai complet pompa de căldură satisface cerințele tehnologiei moderne, este necesar să se selecteze materialul pentru vapori cu pricepere de lucru, adică nu neapărat amoniac, și este avantajos să se construiască ciclul de operare, ghidat de principal economic și valoarea capacității calorice specifice.
Cu soluția tehnică a pompei de căldură, desigur, vor exista dificultăți constructive, precum și dificultăți asociate cu alegerea materialului de lucru. Dar toate aceste dificultăți sunt fundamental rezolvate. În plus, pentru a le rezolva, există căi clar delimitate. Toate acestea ne dă încredere că nu este departe atunci când pompa de căldură este intra ferm în viața noastră și în industria noastră, atât a intrat turbina lor cu abur, un motor cu ardere internă, unitățile de refrigerare și așa mai departe. Pentru sistemul de putere oferă un câmp larg și interesant activitate!
O sursă inepuizabilă de căldură.
N. Singer,
Candidat la Științe Tehnice, cercetător științific al Institutului de Inginerie Termică din cadrul Uniunii
Ideea utilizării pompelor de căldură nu este nouă. În 1920, fizicianul rus Prof. VA Mikhelson a dezvoltat "Proiectul de încălzire dinamică", în care a fost discutată în detaliu tehnica utilizării căldurii cu potențial scăzut pentru furnizarea de căldură.
Primele experimente privind utilizarea pompelor de căldură datează din 1924. Pompa de căldură necesită același echipament ca și pentru o unitate de răcire convențională. Datorită acestui fapt, sistemul de răcire, care în vara servește la răcirea aerului în sistemul său de condiționare, poate fi folosit iarnă ca o pompă de căldură pentru încălzirea clădirii. Câteva zeci de astfel de instalații au fost construite în SUA între 1930 și 1940. Sursa de căldură cu potențial scăzut în aceste instalații a fost apa arteziană, apa din aprovizionarea cu apă urbană, aerul exterior.
Pompele de căldură distribuite pe scară largă au început după o îmbunătățire semnificativă a echipamentelor frigorifice și au redus costul energiei electrice. Au fost foarte răspândite în Elveția, Anglia și SUA, unde numărul lor ajunge la câteva mii.
Indicatorul principal al eficienței pompei de căldură este raportul dintre cantitatea de căldură utilizată în mod uzual și echivalentul termic al energiei electrice consumate pentru funcționarea compresorului. Acest raport se numește de obicei coeficientul de încălzire sau coeficientul de conversie al pompei de căldură "Mu". Evident, cu cât este mai mare factorul de conversie, cu atât pompa de căldură poate fi mai economică.
Valoarea de limitare a coeficientului pompei de căldură de transformare „mu“ id, care poate fi obținută la o temperatură predeterminată „fierbinte“ sursa T1 (T1 -. Temperatura măsurată de la absolut temperatura de zero Această temperatură este egală cu (t1 + 273 °, unde temperatura T1- „fierbinte“ sursa, exprimată în grade Celsius) și temperatura setată a sursei "rece" To, este determinată de formula:
Această valoare poate fi obținută într-un proces "ideal", care nu ia în considerare pierderile inevitabile ale compresorului, motorului, aparaturii telleobmennyh, rețelelor de căldură. Valorile reale ale coeficienților de transformare sunt de aproximativ 50-60% din valorile maxime. După cum se poate observa din expresia de mai sus, valoarea coeficientului de transformare crește brusc cu o scădere a diferenței de temperatură dintre sursele "fierbinți" și "rece". De exemplu, dacă temperatura apei în râu 4 ° C, iar temperatura apei care trebuie furnizată sistemului de încălzire, 95 ° C, coeficientul de conversie ideal este 4, iar valid 2-2,5. Aceasta înseamnă că pentru fiecare unitate de energie folosită sub formă de lucrări mecanice în compresor, va fi util să se utilizeze 2-2,5 unități de energie sub formă de căldură pentru încălzire. Sau, consumând 1 kWh de energie electrică într-un compresor, puteți obține aproximativ 2 mii de calorii mari de căldură. Dacă acest kilowatt-oră de energie electrică este utilizată direct pentru încălzire, de exemplu, într-un aragaz electric, atunci vom primi doar 860 calorii mari de căldură.
Dacă există o sursă de căldură cu o temperatură de, să zicem, 25 ° C, iar sistemul de încălzire permite utilizarea de apă la 50-60 ° C (de exemplu, sistemul de încălzire panou), atunci raportul real de transformare este mărită până la 6, adică a cheltui 1 kwh electricitate în compresor, puteți obține mai mult de 5.000 de calorii mari de căldură pentru încălzire.
Astfel, din punct de vedere tehnic, utilizarea pompelor de căldură nu cauzează dificultăți semnificative. Scopul aplicării lor ar trebui să fie determinat de compararea tehnică și economică a diferitelor opțiuni de furnizare a căldurii.
Pompele de căldură, de regulă, pot concura cu încălzirea electrică. După cum se arată prin calcule comparative, pentru condiții obișnuite, încălzirea cu ajutorul pompelor de căldură este aproximativ echivalentă cu încălzirea din cazanele locale, dar este considerabil inferioară sistemelor de transfer termic.
Costurile inițiale pentru instalarea unei pompe de căldură depășesc în mod semnificativ costul construirii unei centrale termice.
În timpul verii, o astfel de instalație de pompare de căldură poate fi utilizată pentru aer condiționat, care este necesară din cauza temperaturii ridicate și a umidității aerului.
Trebuie spus că problema aplicării practice a pompelor de căldură este încă una dintre problemele nesoluționate ale științei și tehnologiei moderne. O soluție reușită a acestei probleme importante va deschide noi surse de căldură inepuizabile care pot fi utilizate în beneficiul întregii omeniri.
Tehnica tineretului 1958
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: