Физика термодинамического цикла Теплового насоса

Когда в статьях говорится о  коэффициентом полезного действия (КПД)  Теплового Насоса (ТН)  большем 100%, то первая мысль которая посещает нормального человека, ещё не забывшего общего курса физики, что речь идёт об   обмане – вечном двигателе.

Давайте попробуем разобраться.

В термодинамике существует чёткое определение КПД:

Отношение количества теплоты, превращенной в положительную работу за один цикл, ко всей теплоте, подведенной к рабочему телу, называется термическим коэффициентом полезного действия (КПД) прямого цикла:

 Kпд=1-Tх/Тн ,

Тх -  это температура холодильника,

 Тн – температура нагревателя.

В быту же пользуются более общим понятием КПД, полагая его как отношение полезной работы (тепла) к затраченной. В этом и кроется подвох, а что считать полезной работой (теплом)?

Если речь идёт о Тепловом Насосе , то надо понимать что Тепловой Насос не производит тепла!

Он переносит его из одного места в другое, и при этом на перенос затрачивается электрическая энергия, которая в конечном итоге вся так же  переходит в тепло.

Тепловой Насос может переносить до 5кВтч тепла, потребляя всего 1кВтч электричества.

И эти 5кВт тепла для нас полезны, потому что используются в качестве отопления.

Вот чудо, скажите Вы, если эти 5кВт потратить на производство электричества, то вот он Вечный Двигатель! С КПД = 500% . На самом деле всё не так.

Давайте рассмотрим весь цикл от производства электроэнергии до получения тепла  и посмотрим, сколько же электричества можно получить из 5кВт тепла?

Вот несколько цитат:

«КПД электростанции. Термический КПД электростанции, работающей на угле, можно приближенно характеризовать массой угля в килограммах, которая сжигается для получения одного киловатт-часа электроэнергии. Этот показатель (удельный расход топлива) неуклонно снижался от 15,4 кг/кВт×ч в 1920-х до 3,95 кг/кВт×ч в начале 1960-х, но к 1990-м годам постепенно повысился до 4,6 кг/кВт×ч. Повышение в значительной мере объясняется введением пылезолоуловителей и газоочистителей, съедающих до 10% выходной мощности электростанции, а также переходом на экологически более чистый уголь (с низким содержанием серы), на который многие электростанции не были рассчитаны.»

«Переход на ценообразование товарной продукции на основе теплотворности угля произойдет в конце отопительного сезона 2006-2007 гг. Об этом сообщил министр топлива и энергетики Сергей Тулуб, выступая на расширенном заседании коллегии Минуглепрома. Он отметил, что, согласно с расчетами специалистов Минтопэнерго, теплотворность рядового угля, поставляемого на ТЭС, должна составлять 20,15 МДж/кг.»

Отсюда следует, что для получения 1 кВт×ч электроэнергии надо потратить минимум

79,58 МДж или 22.1 кВт×ч тепловой энергии. То есть КПД ТЭС составляет около 4,5%.

И таким образом,  из 5кВтч тепла мы сможем получить лишь 0,225кВтч электроэнергии.

Вечный Двигатель ни как не получается!

За то  КПД всей системы с помощью Теплового Насоса по теплу в доме поднимется  до 22%.

По этому во избежании путаницы в Теплотехнике в качестве основного показателя эффективности теплового насоса применяется коэффициент преобразования или отопительный коэффициент СОР (coefficient of performance), равный отношению теплопроизводительности теплового насоса к мощности, потребляемой компрессором. В режиме охлаждения для оценки эффективности применяется холодильный коэффициент EER (energy efficiency ratio), равный отношению холодопроизводительности теплового насоса к мощности, потребляемой компрессором.
СОР = QR/N = (QC + N)/N = EER + 1 = T0/(TK - T0) + 1;
EER = QC/N,
где QR — энергия, отдаваемая нагревателем;
QC — тепловая энергия, отбираемая у холодильника;
N — затраченная электроэнергия;
TK и T0 — температуры конденсации и кипения в тепловом насосе.

 www.teplodarom.com


Leave a Reply