|
ЭНЦИКЛОПЕДИЯ РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ И ЭЛЕКТРОТЕХНИКИ Принцип работы теплового насоса
Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники/ Альтернативные источники энергии Принцип работы теплового насоса вытекает из работ Карно и описания цикла
Карно, опубликованного в его диссертации в 1824 г. Практическую теплонасосную
систему предложил Вильям Томсон ( лорд Кельвин ) в 1852 г. Она была названа
умножитель тепла и показывала, как можно холодильную машину эффективно
использовать для целей отопления. В обосновании своего предложения, уже тогда,
Томсон указывал, что ограниченность энергетических ресурсов не позволит
непрерывно сжигать топливо в печах для отопления и что его умножитель тепла
будет потреблять меньше топлива, чем обычные печи. Предложенный Томсоном
тепловой насос ( ТН ) использовал воздух в качестве рабочего тела. Окружающий
воздух засасывался в цилиндр, расширялся охлаждаясь от этого, а затем проходил
теплообменник, где нагревался наружным воздухом. После сжатия до атмосферного
давления воздух из цилиндра поступает в обогреваемое помещение, будучи нагретым
до температуры выше окружающей. Фактически подобная машина была реализована в
Швейцарии. Томсон заявил, что его ТН способен давать необходимое тепло при
использовании только 3% энергии, затрачиваемой на отопление.
Дальнейшее свое развитие теплонасосные установки получили только в 20-х и 30-х
годах 20 века, когда в Англии была создана первая установка предназначенная для
отопления и горячего водоснабжения с использованием тепла окружающего воздуха.
После этого начались работы в США, приведшие к созданию нескольких
демонстрационных установок.
Первая крупная теплонасосная установка в Европе была введена в действие Цюрихе в
1938-1939 гг. В ней использовались тепло речной воды, ротационный компрессор и
хладогент. Она обеспечивала отопление ратуши водой с температурой 60°C при
мощности 175 кВт. Имелась система аккумулирования тепла с электронагревателем
для покрытия пиковой нагрузки. В летние месяцы установка работала на охлаждение.
В период с 1939 по 1945 года было создано еще 9 подобных установок, с целью
сокращения потребления угля в стране. Некоторые из них успешно проработали более
30 лет.
Итак, в 1824 г. Карно впервые использовал термодинамический цикл для описания
процесса, и этот цикл остается фундаментальной основой для сравнения с ним и
оценки эффективности ТН. Тепловой насос можно рассматривать как обращенную
тепловую машину. Тепловая машина получает тепло (рис. 1.1.1) от
высокотемпературного источника и сбрасывает его при низкой температуре, отдавая
полезную работу. Тепловой насос требует затраты работы для получения тепла при
низкой температуре и отдачи его при более высокой. ![]() Рис.1.1.1. Термодинамическая схема теплового насоса и теплового двигателя: 1 -тепловой насос; 2 - тепловой двигатель. Можно показать, что если обе эти машины обратимы (т. е. термодинамические
процессы не содержат потерь тепла или работы ), то существует конечный предел
эффективности каждой из них, и в обоих случаях это есть отношение Qн/W. Если бы
это было не так то можно было бы построить вечный двигатель просто соединив одну
машину с другой. Только в случае тепловой машины это отношение записывается в
виде W/Qн и называется термическим КПД, а для теплового насоса оно остается в
виде Qн/W и называется коэффициентом преобразования теплоты (Кт).
Если считать, что тепло изотермически подводится при температуре TL и
изотермически отводится при температуре TH, а сжатие и расширение производятся
при постоянной энтропии (рис. 1.1.2), работа подводится от внешнего двигателя,
то коэффициент преобразования для цикла Карно будет иметь вид:
Кт = TL /( TН - TL ) + 1 = TН / ( TН - TL ) ![]() Рис.1.1.2 Таким образом, никакой тепловой насос не может иметь
лучшей характеристики, и все практические циклы лишь реализуют стремление
максимально приблизится к этому пределу.
раздел сайта Узлы радиолюбительской техники журналы Ремонт и сервис (годовые архивы) книга Электрооборудование кондиционеров общего назначения. Рубчинский В.М., Шкроботов В.П., 1978 книга Батареи для лампового радиоприемника. Спижевский И.И., 1952 статья Бесконечный водоподъемник статья Оператор АБЗ по приготовлению асфальто-бетонной смеси. Типовая инструкция по охране труда справочник Сервисные режимы телевизоров зарубежных телевизоров. Книга №6
|