Динамическое отопление

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск

Динамическое отопление — система отопления, включающая топку, нагреватель и холодильник, дающая возможность передавать помещению больше тепла, чем топка в отдельности, так как помещению также передаётся тепло из окружающей среды[1]. Технологические трудности и необходимость значительных начальных вложений капитала задерживают широкое распространение этого способа отопления[2]. Возможно, что по мере дальнейшей централизации отопления динамическое отопление найдёт широкое применение.[3] Но, например, в Швеции, богатой стране с развитой технологией и дефицитом топлива, динамическое отопление уже находит заметное применение. [4].

Качественное рассмотрение[править | править вики-текст]

При динамическом отоплении часть теплоты, полученной в топке, поступает в обогреваемое помещение. Остальная часть затрачивается на работу, производимую тепловой машиной (двигателем). Нагревателем в двигателе является топка, а холодильником — отапливаемое помещение. Производимая двигателем работа используется для приведения в действие холодильной машины (теплового насоса), включаемой между окружающей средой и помещением: холодильная машина забирает тепло от окружающей среды и передаёт его помещению. Так помещение получает теплоту и от горячей топки, и от холодной окружающей среды. Общее количество теплоты может превзойти теплоту, полученную при типичной для большинства отопительных систем передаче всего тепла от топки в помещение. Динамическое отопление может быть реализовано на основе абсорбционной холодильной машины, что значительно упрощает конструкцию.

Количественное рассмотрение[править | править вики-текст]

схема динамического отопления

Пусть T1 , T2, T3 — температуры (в Кельвинах) топки, отапливаемого помещения и окружающей среды соответственно.

1) От источника тепла поступает количество тепла Q1 тепловой машине. Из него Q2 отдаётся помещению, играющему для этой машины роль холодильника. Совершённая машиной работа A=Q1-Q2 идёт на включение холодильной машины. Эта работа затрачивается холодильной машиной для получения тепла Q3 из окружающей среды и передачи тепла Q2' в помещение. Для этого над холодильной машиной тепловая машина совершает работу Q2'-Q3. Отсюда по закону сохранения энергии Q2'-Q3 = Q1-Q2.

2) Можно, рассматривая двигатель и холодильную машину как одну систему, записать, что она:

  1. получила Q1 при температуре T1 от топки
  2. получила Q3 при температуре T3 из окружающей среды;
  3. получила — q = — Q2 — Q2' из помещения.

По соотношению Клаузиуса, если процессы квазистатические, то сумма отношений полученных количеств теплоты к температурам, при которых они получены, равна 0:

{Q_1 \over T_1} - {q \over T_2} +  {Q_3 \over T_3} = 0

Пользуясь соотношением Q2'-Q3 = Q1-Q2 из пункта 1 рассуждений, можно записать выражение без Q3:

{Q_1 \over T_1} - {q \over T_2} + {{q - Q_1} \over T_3} = 0

Отсюда переданное помещению количество тепла:

q = {{{1 \over T_3} - {1 \over T_1}} \over{{1 \over T_3} - {1 \over T_2}}} Q_1 
= {{T_1 - T_3} \over{T_2 - T_3}}*{{T_2} \over{T_1}} Q_1.

Так как T_1 > T_2 > T_3, то отсюда следует, что q > Q1. Например, при T1 = 500 К, T2=300 К и T3=250 К отношение q/Q_1 равно 3; при сжигании в топке топлива, дающего «обычно» 1 Дж тепла, при динамическом отоплении можно получить приближённо 3 Дж тепла.

Примечания[править | править вики-текст]

  1. Сивухин Д. В. Общий курс физики. — М.: Наука, 1975. — Т. II. Термодинамика и молекулярная физика. — 519 с.
  2. Белонучкин В. Е., Заикин Д. А., Ципенюк Ю. М. Основы физики. Курс общей физики. В 2 т. Т. 2. Квантовая и статистическая физика / Под ред. Ю. М. Ципенюка. — М.: Физмалит, 2001.
  3. Сивухин Д. В. Общий курс физики. — М., 2005. — Т. II. Термодинамика и молекулярная физика.
  4. Белонучкин В. Е., Заикин Д. А., Ципенюк Ю. М. Основы физики. Курс общей физики. Т. 2. Квантовая и статистическая физика, — М.: Физмалит, 2007.