Стаття з білоруської республіканської газети "Звязда" у перекладі російською мовою.
Уявіть багатоповерхівку, та не просто багатоповерхівку, а цілий хмарочос, який би опалювався... енергією ґрунту (геотермальною енергією). І для цього зовсім не треба "саджати" такий будинок на розломі геологічних плит, біля жерла вулкана. Гарячі батареї та тепла підлога на всіх поверхах за рахунок енергії землі можна забезпечити і в наших широтах. Головне – знати, як правильно підійти до справи та яку технологію застосувати. Весь секрет - у теплових трубах.
Проста фізика
Всі ми пам'ятаємо зі школи про три фізичні стани води - твердий, рідкий та газоподібний (пар). Знаємо, що при нагріванні рідина стає газом, а той, коли остигає, конденсується в рідину. На цьому простому ефекті і ґрунтується принцип дії теплової труби. Всередині закритої трубки із надпровідного металу (наприклад, міді) знаходиться рідина, яка легко випаровується. Один кінець трубки нагрівається. Перенесення тепла відбувається за рахунок того, що рідина випаровується на гарячому боці трубки, поглинаючи тепло випарювання і конденсується на холодній, після чого стікає на гарячу сторону.
Якщо трубка порожня, то сконденсована рідина повертається в зону випаровування під впливом сили тяжіння (така трубка працюватиме тільки у вертикальному або близькому до нього стані). Усередині сучасних теплових трубок знаходиться наповнювач. Такі трубки працюють практично в будь-якому положенні, тому що для повернення рідини в зону випаровування використовуються капілярні сили(Такий же капілярний ефект можна побачити, якщо покласти губку в калюжу, - вода наповнить пори губки).
Основний принцип дії теплових труб, що ґрунтується на використанні гравітації, був винайдений ще у вік пара. Сучасні концепції, що базуються на використанні капілярного ефекту, були запропоновані Р. С. Гауглеромз General Motors у 1942 році. Згодом він запатентував цю ідею. Незалежно від нього переваги капілярних систем були продемонстровані Джорджем Гроверомз Los Alamos National Laboratory 1963-го.
Сьогодні над удосконаленням теплових труб працюють вчені з усього світу. Коло застосування цієї технології виключно широке - від космічних апаратів до холодильників. Свій значний внесок у розвиток цього наукового спрямування зробили й білоруси. Про найбільш цікаві та перспективні вітчизняні розробки наш кореспондент поговорив із засновником наукової школи в галузі теплових труб у нашій країні, завідувачем лабораторії пористих середовищ Інституту тепло- та масообміну імені Ликова НАН Білорусі, лауреатом Держпремії та премії Ради Міністрів СРСР, президентом асоціації. труби", власником престижної міжнародної нагороди - золотої медалі Гровера - професором Леонардом Васильєвим.
Система термобезпеки
Якщо говорити спрощено, теплова труба – це аналог надпровідника електрики, За яким електроенергія передається без втрат на відстань, - пояснив Леонард Леонідович. – Тут ми маємо справу з тепловим надпровідником, який без втрат передає на відстань (причому досить значну – у сотні метрів) теплову енергію.
Зараз у світі активно розробляються проекти із застосуванням теплових труб, які дозволяють ефективно використовувати енергію. альтернативних та відновлюваних джерел енергії, зокрема, ґрунту. Вже здійснюються конкретні роботи з передачі теплової енергії з глибин землі на поверхню для того, щоб обігрівати багатоповерхові будівліза рахунок геотермальної енергії.
Загалом, за допомогою теплових труб ми можемо охолоджувати, нагрівати та регулювати температуру в межах необхідної. І все це може здійснюватися у найширшому температурному діапазоні. Такі надпровідники тепла можуть використовуватися як при температурах, близьких до абсолютного нуля (у таких теплових трубках застосовуються надплинний гелій, рідкий водень), так і при високих температурах (наповнювачами стають лужні метали - натрій, калій). Температурний діапазон складає 1000 градусів.
Найбільш дешевий та доступний наповнювач вода. Саме вона застосовується у всіх теплообмінних пристроях, що використовуються для нашого комфорту (наприклад, у системах опалення приміщень), технологічних процесах(Таких як сушіння, термообробка харчових продуктів) і т.д.
За словами вченого, теплові труби абсолютно поза конкуренцією, коли йдеться про охолодження електроніки, насамперед комп'ютерів: переважна більшість ПК має систему охолодження на теплових трубах. Те саме стосується і космічних апаратів: практично всі штучні супутники Землі мають систему теплорегулювання на теплових трубах.
Електроніка не любить високих температур, – розповів професор. - Допустимо діапазон нагрівання електронних приладів становить 100-120 градусів, тому дуже важливо гарантувати відсутність перегріву та виходу електроніки з ладу. Що й роблять теплові труби, створюючи своєрідну "систему термобезпеки".
Для наочності Леонард Леонідович демонструє різні зразкитеплових труб. Ось алюмінієва труба для космічних апаратів, що охолоджує електроніку. На одному її кінці кріпиться електроніка, а другий контактує з радіатором, через який надлишки теплової енергії викидаються в космос. Зсередини труба має капілярну структуру - борозенки, що заповнюються рідким аміаком або пропіленом. А ось теплова труба для використання в комп'ютері - набагато менших розмірів, мідна, з напиленням нікелю. Загалом, по конструкції теплові труби можуть бути різними. Сьогодні є кілька десятків варіантів.
"Крижані дороги" і не тільки
За роки роботи співробітники лабораторії пористих середовищ під керівництвом професора Васильєва розробили та впровадили в народне господарство десятки нових конструкцій теплових труб, випарників, конденсаторів та пристроїв для їх застосування, основними з яких можна назвати теплові труби для нагрівання, охолодження та терморегулювання радіоелектронної апаратури, ливарних форм , акумуляторів електрики, шахтних, захищених від вибуху трансформаторів; термопластифікаторів деталей машин і медичних приладів, що обертаються; теплові труби для роботи в зоні вічної мерзлоти, теплицях при намерзанні крижаних опор у шахтах і т.д. Отримали близько 300 авторських свідоцтв СРСР на винаходи, 12 закордонних патентів, 6 патентів Республіки Білорусь.
Леонард Леонідович гортає великий фотоальбом, де розміщено фотографії розробок лабораторії за різні роки. Ось, наприклад, дивовижне фото: довгі теплові труби, що наполовину закопані в болото. Навколо – порожнеча. Для чого вони там? Виявилося, це " крижані дороги(теплові труби, які використовувалися в Сибіру для заморожування боліт, щоб по них можна було проїхати тягачам; взимку труби відводили тепло ґрунту, і болото замерзало).
Ось ще одне цікаве застосування теплових труб. на залізничних "стрілках". Взимку на стрілочних перекладах може з'явитися льоду, утворюється ризик поганого змикання, що може спричинити аварію. А якщо під стрілку підвести теплову трубу в кілька метрів і закопати її в землю, завдяки теплу землі можна забезпечити підігрів стрілки і уникнути зледеніння. Обхіднику не потрібно щоразу довбати лід. Просто та ефективно.
Активні та пасивні
Останнім часом у науковому світі багато розмов ведеться про нанотехнології. Зокрема, про використання у теплових трубах наножидкостей(Рідин із виключно малими розмірами частинок), - розповідає завідувач лабораторії. – У тепловій трубі якимось чином потрібно створити капілярну структуру. Якщо ми застосуємо нанорідкість, то зможемо створити найбільш оптимальний пористий рельєф на внутрішній поверхні труби. Тоді тепловий обмін буде максимально ефективним.
Це дуже корисно для медицини: за допомогою мікрошунтів можна буде знижувати або підвищувати температуру тіла людини, проводити безкровні операції, впливати на енергоактивні точки тіла (локально нагрівати або охолоджувати).
Зауважу, що ми лише приходимо до використання штучно створених мікротеплових труб, а в природі вони існують у природному стані (система терморегулювання худоби та людини здійснюється за принципом мікротеплових труб).
Ще один цікавий напрямок, який згадав професор, - сорбційні теплові труби, де окрім звичайного капілярного гноту є ще й сорбент - пориста речовина, що дозволяє пов'язувати молекули пари у твердому стані. У такій трубі працює кілька сил: капілярні та сорбційні, відповідно виходить подвійний тепловий ефект.
Можна, можливо передавати вдвічі більшу енергію, ніж у звичайних теплових трубах, - додав Леонард Васильєв. - Крім того, це вже теплові труби активного терморегулювання, на відміну від звичайних - з пасивним терморегулюванням. З'являється можливість активно використовувати тепло для одержання холоду (наприклад, у космічних апаратах).
Коротше кажучи, багато розробок. Справа – за впровадженням. Потрібні інвестиції, які дали б можливість впроваджувати на наших підприємствах нові технології та обладнання. А науковий потенціал у нас, дякувати Богу, є.
Інга Мигдальова. Газета "Звязда", 28 січня 2012 року.
Оригінал білоруською мовою: zvyazda.minsk.by/ru/archive/article.php?id=92453&idate=2012-01-28
Холод отримують шляхом відведення тепла від газоподібного, рідкого або твердого тіла. Наприклад, охолоджують повітря камер з харчовими продуктами, заморожують воду під час виробництва штучного льодучи рибу на промислах. У всіх цих випадках тепло відводиться від тіла, що охолоджується, до охолоджувача або, як його називають, робочому тілу. Це стосується і найпростіших випадків. Наприклад, тепле молоко в бідонах охолоджують у баках із холодною колодязною водою. Робоче тіло – вода в баку – при цьому підвищує свою температуру.
Зниження температури досягається також рахунок розширення стиснутих газів. Звісно, газ не стискується сам собою. Для цього має бути прикладена сила ззовні, тобто виконана робота. Витрачена на стиск газу робота перейде у тепло, газ нагріється. Частинки його прискорять свій рух. Поштовхи частинок об стінки судини стануть частішими і сильнішими, а це означає, що підвищиться тиск газу. Тепер дамо стислому газу можливість розширитись. Розширюючись, газ зробить таку ж роботу, яка була витрачена на його стиснення. Робота ця може бути здійснена лише за рахунок теплової енергії самого газу. Якщо при цьому газ поміщений в оболонку, яка не проводить тепла, то приплив тепла зовні не буде, то температура газу значно знизиться. Таким чином, розширення газу призводить до його охолодження.
Це використовується у спеціальних газових холодильних машинах, у яких робочим тілом служить повітря.
Однак способи одержання холоду без зміни агрегатного стану робочого тіла недостатньо економічні.
Кращі результати виходять, коли робоче тіло змінює свій агрегатний стан, тобто переходить з твердого стану в рідке або рідкого пароподібне. Ці зміни охолоджувача повинні відбуватися при низьких температурах і супроводжуватися поглинанням відносно великої кількості тепла з середовища, що охолоджується.
Кожному агрегатному стану тіла відповідають певні температура та тиск. Зі зміною агрегатного стану змінюється і взаємне розташування частинок у тілі. При цьому змінюються багато фізичних властивостей тіла.
Зміна агрегатного стану речовини супроводжується виділенням або поглинанням прихованої теплоти, яка витрачається на перегрупування частинок. Тому воно відбувається при постійній температурі, яка залежить від фізичних властивостей речовини та умов її переходу з одного стану до іншого.
Якщо до твердого тіла безперервно підводити тепло, то за певної температури воно почне переходити в рідкий стан, тобто плавитися. Прикладом плавлення твердого тіла, що використовується для охолодження, є танення льоду.
Що відбувається з частинками льоду під час його танення?
Лід – тверде тіло; його частинки утворюють, як ми вже казали, кристалічні грати. Між частинками льоду діють великі силитяжіння, або зчеплення. При таненні льоду порядок у розташуванні
Часток порушується. Вони зриваються зі своїх місць і приходять у безладний рух – утворюється рідина. Щоб подолати сили зчеплення, т. е. зруйнувати кристалічні грати, необхідно витратити енергію. На це і витрачається тепло, що підводиться до льоду.
Деякі тверді тіла під час плавлення відразу переходять у пароподібний стан. Така зміна агрегатного стану речовини називається сублімацією, або сублімацією. Для отримання холоду використовується сублімація так званого сухого льоду з властивостями якого ми познайомимося нижче.
Охолодження, що ґрунтується на таненні льоду з води або сублімації сухого льоду, називається крижаним.
У сучасній холодильній техніці застосовується головним чином машинне охолодження, а в деяких випадках - крижане та кригосоляне охолодження, причому в основі всіх цих способів отримання холоду лежить зміна агрегатного стану речовини.
Що відбувається у суміші льоду із сіллю?
У ній одночасно протікають два процеси: танення льоду та розчинення солі. При розчиненні сіль переходить із твердого стану розчин. На цей перехід витрачається тепло, що йде на подолання сил взаємодії між частинками солі. Тому температура розсолу, що утворюється, виходить нижче, ніж температури льоду і солі, взятих окремо. Суміш, що складається з чотирьох вагових частин льоду та п'яти частин хлористого кальцію, знижує температуру до -40°С. Але частіше в промисловості застосовується льодосоляне охолодження, засноване на використанні суміші подрібненого льоду та звичайної кухонної солі. При цьому температура суміші залежить від кількості солі, що додається до льоду. При додаванні до льоду 30 відсотків солі (за вагою) досягається найнижча температура – 21,2°С.
Крижане та льодосоляне охолодження, засновані на зміні агрегатного стану робочого тіла, використовуються в харчової промисловості, у торговельній мережі та на залізничному транспорті при перевезенні вантажів, що швидко псуються.
Величезне значення в холодильній техніці має машинний спосіб одержання холоду, що ґрунтується на явищі випаровування деяких рідин при низьких температурах. У тому, що при випаровуванні рідини відбувається охолодження легко переконатися. Змочіть руку водою, а потім, не витираючи, помахайте нею у повітрі. Ви відразу відчуєте, що рука стала холоднішою. Швидко випаровуючись, вода охолоджує шкіру мокрої руки.
Випаровування рідини відбувається по-різному. Якщо рідина перетворюється на пару тільки з поверхні, це випаровування. Якщо ж пароутворення відбувається як з поверхні рідини, а й усередині її, це кипіння.
Простежимо, як вода при її нагріванні звертається до пари. При нормальному атмосферному тиску (760 мм ртутного стовпа) температура води, поступово підвищуючись, доходить до + 100 ° С, а потім залишається постійною, хоч би скільки її нагрівали. Вода у своїй кипить.
Температура випаровування і кипіння рідини залежить від тиску парів, що утворюються над нею. Наприклад, на дуже високій горі повітря більш розріджене, ніж у підніжжя, і, отже, тиск його нижче нормального. Тому при нагріванні вода тут кипить при температурі нижче + 100 ° С. Навпаки, в паровому котлі, де тиск у кілька разів перевищує нормальний, вода кипить при температурі вище + 100 ° С.
На випаровування та кипіння рідини, як і на плавлення твердого тіла, необхідно витратити теплову енергію.
Ця енергія йде на подолання сил зчеплення між частинками рідини при перетворенні її на пару. Кількість тепла, необхідне для перетворення на пару одного кілограма рідини, залежить від тиску парів і
Визначається фізичними властивостями РІДИНИ. ЦЕ КО"
Особа теплової енергії становить теплоту пароутворення цієї рідини.
Коли від пар віднімається тепло, вони знову перетворюються на рідину, тобто конденсуються.
Охолодженням шляхом випаровування люди користувалися давно. У стародавньому Єгипті, наприклад, так охолоджували воду.
Вода просочувалася через пори судини і швидко випаровувалась у зовнішньому повітрі. Щоб прискорити випаровування, раби приводили повітря в рух опахалами (рис. 2).
Кожен з вас може зробити найпростішу холодильну машину, засновану на випаровуванні рідини. Оберніть щільно мокрою ганчіркою банку зі вершковим масломі поставте її у тарілку з водою (рис. 3). По ганчірці, краї якої повинні бути занурені у воду, вода піднімається вгору, подібно до того, як по ґноті піднімається гас до пальника лампи. Завдяки випаровуванню води з мокрої ганчірки (якщо до того ж цей простий холодильник помістити на протягу) олія у банку затвердіє: випаровування води викличе охолодження олії.
Низькі температури в промисловості одержують при випаровуванні деяких так званих летких рідин, що мають низькі температури кипіння. Вони служать робочим тілом у парових холодильних машинах.
Перші спроби отримання глибокого охолодження були зроблені ще в минулому столітті, коли вчені спробували перетворити деякі гази на рідину. В даний час будь-який газ можна отримати у рідкому вигляді. Наприклад, повітря, яким ми дихаємо, перетворюється на рідину, яка має температуру близько - 193°С.
Найпростіша схема отримання рідкого повітря наведена малюнку 4.
Мимоволі виникає питання, яка ж може бути отримана найнижча температура тіла. Вчені встановили, що така гранична температура -273,16° С. При цій температурі повинен повністю припинитися тепловий рух частинок в тілі. Тому температура -273,16 ° С і прийнята за абсолютний нуль особливої температурної шкали Кельвіна (скорочено К). Відліки температур за цією шкалою можуть бути лише позитивними.
Якщо тиск знизити до 0,007 бар, вода почне кипіти при температурі всього 4 °C — такі її властивості. У цьому випадку достатньо було б підвести до чайника теплоносій з температурою, наприклад, 10 °C, і за допомогою цього теплоносія вода в чайнику закипіла б, як від полум'я газового пальника, а теплоносій цей охолодився, наприклад, до температури 7 °C, подібно до того, як охолоджуються під киплячим чайником продукти згоряння газу. Теплоносій, охолоджений від 10 до 7 °C, називають холодоносієм, і його можна успішно використовувати, наприклад, у системах кондиціювання.
У випарнику АБХМ відбуваються саме такі процеси. Як холодильний агент у цій машині використовуються не фреони, а як у чайнику – звичайна вода, що кипить у випарнику, тиск усередині якого близький до абсолютного вакууму.
Разом з тим, холодильна машина повинна бути все ж таки дещо складнішою за чайник. Вакуум з випарника зникне, як тільки з води почне утворюватися пара. Щоб цього не сталося, пару потрібно видаляти. У звичайних компресорних холодильних машинах пар, що утворюється під час кипіння холодильних агентів, відсмоктують компресором. Теоретично можна було б відсмоктати компресором і водяну пару, але практично це завдання вирішити складно, тому що питомий обсяг водяної пари при низькому тиску дуже великий, і знадобився б компресор надмірно великого розміру. На цьому ідея водяної холодильної машини могла б піти в область фантастики, якби не відкрили таку речовину, як розчин бромистого літію у воді. Особливістю цього розчину є його здатність жадібно поглинати (по-науковому – «абсорбувати») водяну пару. Якщо в одному обсязі з випарником розпорошувати концентрований розчин бромистого літію, званий абсорбентом, то вакуум в цьому обсязі збережеться, оскільки пара перейде в розчин. Правда, абсорбент дуже скоро втратить свою здатність поглинати, тепло буде передано оборотній воді, що циркулює через змійовик абсорбера, і відведено в атмосферу через градирню.
Слабкий розчин з абсорбера А насосом 3 подається в генератор Г, через трубки якого циркулює теплоносій від джерела тепла Т. Під впливом цього тепла пара зі слабкого розчину випарується і через жалюзі спрямується (показано стрілкою) в простір охолоджуваного зворотною водою конденсатора К, на трубках пара сконденсується, конденсат повернеться у випарник І, а частково зневоднений (концентрований) розчин бромистого літію повернеться в абсорбер. Концентрація солі в розчині знижується, і водночас погіршується його абсорбційна здатність. Щоб підтримувати абсорбційну здатність розчину на постійному високому рівніпотрібно зайву пару з нього випарувати. А для випарювання немає більш підходящої енергії, ніж теплова.
У системах КВ повітря нагрівається в секціях підігріву, що виконуються у вигляді багатоходових калориферів із горизонтальних сталевих труб, ореброваних сталевою стрічкою. Типові секції збираються з одно-двох та трирядних базових теплообмінників.
Для першого підігріву по ходу повітря встановлюється зазвичай не менше 2-х секцій. Теплоносієм може бути вода з температурою до 150 0 С та пара з тиском не більше 0,6 МПа.
Якщо теплоносій – вода, то збільшення швидкості її руху в трубках теплообмінників і коефіцієнта теплопередачі секції підігріву з'єднуються послідовно.
Паралельне з'єднання застосовується лише у випадках недостатнього напору теплової мережі для подолання збільшення гідравлічних опорів теплообмінників, з'єднаних послідовно.
Якщо теплоносій – пара, то секції підігріву приєднуються до пароконденсатопроводів паралельно. Максимально допустимий тиск пари за умовами міцності теплообмінників 0,6 МПа.
Для секцій другого підігріву місцевих або зональних підігрівачів повітря в якості теплоносія застосовують воду з постійною температурою в лінії подачі (зазвичай 60-70 0 С). Розрахунковий перепад температур води приймають 15-250С.
Приєднувати їх до теплових мереж не слід, т.к. необхідна тепловіддача підігрівачів, зазвичай, залежить від температури зовнішнього повітря, тобто. не пов'язана з температурним графіком, за яким змінюється температура мережної води. Живлення водою змінної температури значно погіршило роботу системи автоматичного регулювання.
Тепловіддача калориферів другого підігріву регулюється автоматичним клапаном, який змінює кількість води постійної температури, що подається в калорифер.
Для отримання води із постійною температурою за закритою схемою застосовують змішувальні установки із проміжними теплообмінниками.
33.2 Холодопостачання кондиціонерів.
Холодоносієм для ВКВ, як правило, є вода, що отримується від холодильних установок, а в окремих випадках – від природних джерел. Вибір системи холодопостачання залежить від способу отримання холодної води, відстані споживачів від джерела холоду, типу випарника, а також від способу приєднання охолоджувача повітря до холодоносія.
33.3. Джерела холоду для кондиціонування повітря.
При проектуванні ВКВ у районах із сухим і жарким кліматом слід приймати пряме, непряме чи комбіноване (двоступінчасте) випарне охолодження повітря, якщо ці способи забезпечують задані параметри повітря.
Найчастіше до роботи ВКВ необхідні природні чи штучні джерела холоду. До природних джерел відносяться холодна водаз артезіанських свердловин чи гірських річок. Використання цих джерел економічно доцільно у тих випадках, коли температура води, що служить холодоносієм, дозволяє отримати необхідні параметри повітря при нагріванні води не менше ніж на 30С.
В окремих випадках для невеликих систем КВ, що витрачають до 180 тис. Вт холоду, можна використовувати лід, заготовлений шляхом наморожування води в бунтах або одержуваний із водойм. Прямий контакт між льодом з бунтів або водойм і повітрям, що подається в приміщення, не допускається з санітарно-гігієнічних міркувань. Тому необхідно льодом охолоджувати воду, що циркулює у поверхневому водоповітряному теплообміннику.
Найбільш поширене одержання холоду від штучних джерел – холодильних машин. Машинне охолодження – це спосіб одержання холоду за рахунок зміни агрегатного стану холодильного агента (кипіння його при низьких температурах з відведенням від охолоджуючого середовища, необхідного для цього теплоти пароутворення).
Для подальшої конденсації парів холодильного агента потрібно попередньо підвищувати їхній тиск і температуру. За способом підвищення температури пари та тиску перед їх конденсацією розрізняють такі типи холодильних машин:
компресійні - зі стиском пари компресором з витратою механічної енергії;
абсорбційні – з поглинанням парів відповідним абсорбентом та виділенням їх випарюванням розчину з витратою теплової енергії;
ежекторні - в яких одночасно здійснюється два цикли: прямий - з перетворенням теплової енергії, що підводиться в механічну і зворотний - з використанням механічної енергії для виробництва холоду.
У наших розповідях про різні сучасні технології, що дозволяють раціонально використовувати енергію та отримувати її з так званих альтернативних джерел, ми пропустили такий важливий інструмент як тепловий насос. Теплові насоси стають все більш поширеними в розвинених країнах через зростаючі ціни на енергоносії та високу ефективність цих самих теплових насосів. Про реалії застосування теплових насосів у нас читайте статтю про перспективи використання теплових насосів російською та українською мовами.
Тепловий насос - пристрій для перенесення теплової енергії від джерела низькопотенційної теплової енергії (з низькою температурою) до споживача (теплоносія) з більш високою температурою. В основі роботи теплового насоса лежить фізичний принцип – так званий цикл Карно, який був розроблений і описаний ще в 19-му столітті. Цикл Карно названо на честь французького фізика Саді Карно, який уперше його досліджував у 1824 році. Але технічна можливість втілення ідеї у життя виникла лише у 20-му столітті.
"Скільки потрібно сніжків, щоб натопити піч?" - так іронізував двісті років тому знаменитий філософД. Дідро. Його глузливе питання, як виявилося, не позбавлене сенсу.
Теоретично джерелом тепла може бути будь-яка речовина, температура якої вища абсолютного нуля: повітря, скеляста порода, вода і навіть сніг. Згадайте, як працює звичайнісінький домашній холодильник. Адже теплота, що віднімається від продуктів, що охолоджуються, теплота конденсації і теплота замерзання вологи, тобто теплота утворення снігу і його охолодження, виділяється з холодильника і обігріває кімнату. У цьому легко переконатися, приклавши руку до задньої, іноді бічної стінки холодильника: вона завжди тепла.
Таким чином, холодильна машина може успішно служити і для опалення. Замість того, щоб прямо витрачати електроенергію на електричні тени, що обігрівають будинок, може краще використовувати її для здійснення термодинамічного циклу і опалювати з її допомогою будинок снігом? Доведемо, що це цілком можливо.
Нехай температура снігу на вулиці -3°С (припустимо, що зима тепла, сутність питання це не змінить, а розрахунок спростить; можна сніг замінити холодною водою з річки або хоч з Льодовитого океану - буде ще вигідніше). Температуру опалювальних приладів у будівлі встановимо 27 ° С. Різниця температур дорівнює 30 ° С. Абсолютна температура нагрівача 27 + 273 = 300 К. ККД теплової машини, що працює між такими близькими температурними межами, дуже малий - лише 0,1. (ККД = 30/300 = 0,1). Це означає, що якщо ми захочемо отримувати в такій машині роботу, то з кожних 10 Дж тепла, отриманих від нагрівача, у найкращому разі ми можемо перетворити на роботу лише 1 Дж.
Але якщо ми змусимо ту ж машину працювати у зворотному напрямку, то, витративши роботу, еквівалентну лише 1 Дж, зможемо передати нагрівачеві (пічці) цілих 10 Дж, з яких 9 Дж будуть отримані від холодильника (снігу). Розглянемо як працює тепловий насос:
1. Теплоносій, проходячи трубопроводом, покладеним, наприклад, у землю нагрівається на кілька градусів. Усередині теплового насоса теплоносій, проходячи через теплообмінник, званий випарником, віддає зібране з довкіллятепло у внутрішній контур теплового насоса.
2. Внутрішній контур теплового насоса заповнений холодоагентом. Холодоагент, маючи дуже низьку температуру кипіння, проходячи через випарник, перетворюється з рідкого стану на газ. Це відбувається при низькому тиску та низькій температурі.
3. З випарника газоподібний холодоагент потрапляє, компресор, де він стискається, його температура підвищується.
4. Далі гарячий газ надходить у другий теплообмінник (конденсатор). У конденсаторі відбувається теплообмін між гарячим газом та теплоносієм із зворотного трубопроводу системи опалення будинку. Холодоагент віддає своє тепло в систему опалення, охолоджується і знову переходить у рідкий стан, а нагрітий теплоносій системи опалення надходить до опалювальних приладів.
5. При проходженні холодоагенту через редукційний клапан тиск знижується, холодоагент потрапляє у випарник, і цикл повторюється знову.
Теплові насоси використовуються в холодну пору року для опалення приміщення, а в теплу пору року їх використовують для охолодження повітря в будинку. Принцип роботи такого насоса при охолодженні приміщення такий самий, як і при опаленні. Тільки тепло в цьому випадку забирається з повітря в приміщенні та віддається землі чи водойми.
У разі принцип роботи теплового насоса практично повністю збігається з принципом роботи холодильника.
Загалом, тепловий насос - це просто інша назва холодильника, який є машиною Карно, що працює у зворотному напрямку. Холодильник перекачує тепло з об'єму, що охолоджується, в навколишнє повітря. Якщо помістити холодильник на вулиці, то, виймаючи тепло із зовнішнього повітря і передаючи його всередину будинку, можна таким нехитрим способом обігрівати приміщення.
Опалення будинку тепловими насосами
Якщо вам сподобався цей матеріал, то пропонуємо вам добірку самих кращих матеріалівнашого сайту, на думку наших читачів. Добірку - ТОП про екологічно безпечні технології, новій науціта наукових відкриттях ви можете знайти там, де вам максимально зручно
