Принцип работы теплового насоса. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Альтернативные источники энергии

 Комментарии к статье

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.

Смотрите другие статьи раздела Альтернативные источники энергии.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Зеленый чай и метаболическое здоровье 23.01.2026

Зеленый чай на протяжении многих лет остается объектом пристального внимания ученых, поскольку его регулярно связывают с профилактикой различных хронических заболеваний. Этот напиток давно вышел за рамки повседневной традиции и стал предметом серьезных биомедицинских исследований. Недавняя научная работа показала, что полезные свойства зеленого чая могут быть гораздо шире, чем считалось ранее, особенно в контексте обмена веществ и здоровья кишечника. В рамках исследования ученые наблюдали за 40 добровольцами, среди которых 21 человек имел диагностированный метаболический синдром, а 19 участников были здоровыми взрослыми. В течение 28 дней одной группе испытуемых давали экстракт зеленого чая, тогда как другая группа получала плацебо. Такой подход позволил сравнить влияние активных компонентов напитка на разные показатели здоровья. Результаты показали, что у участников, принимавших экстракт зеленого чая, уровень глюкозы в крови оказался ниже, чем у тех, кто получал плацебо. Этот эф ...>>

Наушники Sony LinkBuds Clip 23.01.2026

Sony представила новую модель беспроводных наушников - LinkBuds Clip. Они заметно отличаются от классических устройств. Это открытые наушники с клипсой, которые не вставляются в ушной канал и не охватывают ухо. Вместо этого они фиксируются на ухе, как кафф или ювелирное украшение, позволяя слушать музыку, не отсекая окружающие звуки. Это открытые наушники с клипсовым креплением, которые не вставляются в ушной канал и не охватывают ухо целиком. Они фиксируются на внешней части уха, напоминая кафф или декоративный аксессуар, и позволяют слушать музыку, не перекрывая естественные звуки окружающей среды. В основе модели лежит концепция open-ear, благодаря которой пользователь одновременно слышит воспроизводимый контент и то, что происходит вокруг - шум транспорта, объявления или речь собеседников. По утверждению Sony, такая "всегда открытая" конструкция особенно удобна для повседневного длительного использования, поскольку отпадает необходимость каждый раз ставить воспроизведение на ...>>

Луна поглощает воздух нашей планеты 22.01.2026

Взаимодействие Земли и Луны оказывается не только гравитационным. Новые исследования показывают, что наш естественный спутник постепенно "поглощает" крошечные фрагменты атмосферы Земли, используя для этого солнечный ветер и магнитное поле нашей планеты. Этот процесс исследователи называют космическим каннибализмом. Еще во времена миссий "Аполлон" в 1970-х годах ученые обнаружили в лунном реголите необычные следы воды, углекислого газа, гелия и азота. Стало ясно, что часть этих веществ, включая ионы азота, попала на Луну из верхних слоев земной атмосферы. Долгое время считалось, что подобная передача могла происходить только до того, как Земля сформировала свое магнитное поле. Магнитосфера, как считалось, должна была защищать планету и блокировать утечку атмосферных частиц в космос. Новое моделирование показало, что это представление неверно. Ученые объединили данные лунных образцов с компьютерными моделями и выяснили, что поток ионов усиливается, когда Луна проходит через так ...>>

Случайная новость из Архива Лунный пылесос 01.09.2020 Ученые из Колорадского университета в Боулере придумали "пылесос" для Луны. В основе их метода лежит электронный луч, который "удаляет" пыль с поверхностей. Мелкая пыль, которая появляется на поверхности Луны, может прилипать к скафандрам астронавтов, солнечным батареям и различной технике. Эта проблема настолько беспокоит специалистов, что ее рассматривают как одно из технических препятствий для будущих лунных миссий. Мелкие, как порошок, частички способны резать как стекло. Их сложно удалить даже после интенсивной чистки, а у Харрисона Джека Шмитта, который побывал на Луне в 1972 году, даже развилась "лунная сенная лихорадка". Внутри корабля пыль пахла как жженный порох. Теперь исследователи предложили новый метод борьбы с такой пылью. Недавние исследования электростатического подъема пыли показали, что излучение и поглощение вторичных электронов или фотоэлектронов внутри микрополостей, образующихся между частицами пыли, может вызывать накопление значительных отрицательных зарядов на окружающих частицах. Последующие силы отталкивания между этими частицами способны вызвать их высвобождение с поверхности. В своих экспериментах использованы мелкие частицы "имитатора Луны" диаметром менее 25 микрометров. Новая технология способна превратить электрические заряды на частицах пыли в оружие против них. Если воздействовать на слой лунной пыли потоком электронов (электронные пучки), ее поверхность будет собирать дополнительные отрицательные заряды. А если добавить заряды в промежутки между частицами, они начнут сразу же отталкивать друг друга - как два одинаковых полюса магнита. Физики проверили свою идею с помощью вакуумной камеры, в которую погрузили материалы, покрытые "имитатором лунной пыли". После наведения луча частицы пыли начали отскакивать и подпрыгивать. Метод сработал с различными поверхностями, включая материал скафандров и стекло. Ученым удалось очистить покрытые пылью ткани и предметы в среднем на 75-85% примерно за 50-100 секунд (зависит от толщины слоя) при оптимизированных параметрах электронного пучка (порядка 230 эВ, минимальная плотность тока - от 1,5 до 3 мкА/см2).

Другие интересные новости:

▪ Робот для казино

▪ Интеллектуальная система накопления энергии EcoBlade от Schneider Electric

▪ Самолет без вредных выбросов

▪ SAMSUNG: у жестких дисков нет перспективы

▪ Пчелиные предпочтения

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Заземление и зануление. Подборка статей

▪ статья Первая леди страны. Крылатое выражение

▪ статья Почему вода течет из родника? Подробный ответ

▪ статья Хикама. Легенды, выращивание, способы применения

▪ статья Многодиапазонный диполь. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Исчезновение лица. Секрет фокуса

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026