אנרגיית כדור הארץ. משאבות חום. תכנית, תיאור

אינציקלופדיה של רדיו אלקטרוניקה והנדסת חשמל
ספרייה חינם / ערכות של מכשירים רדיו-אלקטרוניים וחשמליים

אנרגיית כדור הארץ. משאבות חום. אנציקלופדיה של רדיו אלקטרוניקה והנדסת חשמל

ספריה טכנית בחינם

אנציקלופדיה של רדיו אלקטרוניקה והנדסת חשמל / מקורות אנרגיה חלופיים

לפני מאה וחצי, הפיזיקאי הבריטי ויליאם תומסון המציא מכשיר שנקרא "מכפיל חום" המבוסס על התופעות הפיזיקליות הבאות:

החומר מוציא אנרגיה במהלך האידוי ונותן אנרגיה במהלך העיבוי;
נקודת הרתיחה של חומר משתנה עם הלחץ.

כתוצאה מכך, הופיע משאבת חום - מכשיר להעברת אנרגיה תרמית ממקור בטמפרטורה נמוכה יותר למקור בטמפרטורה גבוהה יותר, למעשה מדובר במקרר עם מקור לטמפרטורה נמוכה יותר בסביבה החיצונית או במזגן המחמם.

עקרון הפעולה של משאבת חום מבוסס על העובדה שנוזל הקירור מתאדה בתא עם לחץ וטמפרטורה נמוכים ומתעבה בתא עם לחץ וטמפרטורה גבוהים ובכך מעביר אנרגיה (חום) מגוף קר לגוף מחומם. , כלומר, בכיוון שבו העברת חום ספונטנית אינה אפשרית.

כמקור בעל פוטנציאל נמוך של אנרגיה תרמית לחימום בית, ניתן להשתמש בחום ממקור טבעי (אוויר חיצוני; חום מקרקע, מים ארטיזים ותרמיים; מים מנהרות, אגמים, ימים וממאגרים טבעיים אחרים שאינם קופאים). משאבות חום מצוידות במערכת בקרה ואוטומציה השומרת על מצב הפעולה המצוין של משאבת החום.

היעילות האנרגטית של השימוש במשאבות חום תלויה בטמפרטורה של המקור בעל הפוטנציאל הנמוך והיא תהיה ככל שתהיה הטמפרטורה גבוהה יותר.

משאבות חום הן ציוד לא זול. עלויות ההתקנה הראשוניות של מערכות אלו גבוהות מעט מאלה של מערכות חימום ומיזוג קונבנציונליות. עם זאת, אם ניקח בחשבון את עלויות התפעול. אז ההשקעה הראשונית בחימום גיאותרמי, קירור ואספקת מים חמים תשתלם במהירות באמצעות חיסכון באנרגיה. בנוסף, יש לקחת בחשבון שהפעלת משאבת החום אינה מצריכה תקשורת נוספת, למעט רשת החשמל הביתית.

הביצועים של משאבת חום (היחס בין כמות החום המועברת לגוף לעבודה שהושקעה) שווה באופן אידיאלי ל:

a \uXNUMXd T out / (T out - T in.),

איפה T החוצה. ו-T פנימה. - טמפרטורות, בהתאמה, ביציאה ובכניסה של המשאבה.

מכשיר משאבת חום

המרכיבים העיקריים של משאבת חום הם מאייד המחובר באמצעות צינור, מדחס, מעבה ווסת זרימה - מצערת, מרחיב או צינור מערבולת. סכמטית, משאבת חום יכולה להיות מיוצגת כמערכת של שלושה מעגלים סגורים: בראשון, חיצוני, מסתובב פולט חום (נושא חום שאוסף את חום הסביבה), בשני - חומר שמתאדה, נוטל החום של פולט החום, ומתעבה, נותן חום למקלט החום, בשלישי - מקלט חום (מים במערכות החימום והמים החמים של הבניין).

אנרגיית כדור הארץ. משאבות חום
איור.1. ערכת פעולת משאבת חום: 1 - מחליפי חום בבארות (מערכת איסוף חום); 2 - מעגל של נוזל קירור שאינו מקפיא (נוגד קיפאון); 3 - משאבת חום; 4 - מעגל מים לחימום

המעגל החיצוני (קולט) הוא צינור המונח באדמה או במים (לדוגמה, פוליאתילן), ובו מסתובב נוזל מונע קפיאה. מקור החום בדרגה נמוכה יכול להיות אדמה, סלע, אגם, נהר, ים, ואפילו יציאת אוויר חם ממערכת האוורור של מפעל תעשייתי.

במעגל השני, שבו נוזל הקירור מסתובב, כמו במקרר ביתי, מובנים מחליפי חום - מאייד ומעבה, וכן מכשירים המשנים את לחץ הקירור - מצערת המרססת אותו בשלב הנוזל ( חור מכויל צר) ודחיסה שלו כבר במדחס המצב הגזי.

עיצובי משאבות גיאותרמיות

במהלך פעולתן של מערכות אלו נעשה שימוש בחום מתחדש מקרינת השמש, אשר מצטבר באדמה:

משאבה עם מחזור פתוח (נוזל הקירור מסופק ישירות מהמאגר ולאחר שעבר את המחזור הוא מקורר ומוחזר חזרה);
משאבת מחזור סגור (נוזל הקירור נשאב דרך מעגל סגור, אותו ניתן להניח עמוק באדמה או לאורך תחתית מאגר. זוהי שיטה ידידותית יותר לסביבה מאשר מחזור פתוח);
משאבה עם מחליף חום אופקי (המעגל הסגור של מחליף החום מונח אופקית בתעלות עמוקות);
משאבה עם מחליף חום אנכי (מחליף חום בלולאה סגורה מותקן אנכית בחורים מוכנים. הוא משמש באדמה כבדה או כאשר המקום מוגבל. משאבת חום בלולאה סגורה נחשבת היעילה ביותר: נוזל הקירור נשאב דרך לולאה סגורה, שניתן להניח עמוק באדמה או לאורך תחתית המאגר).

מחזור עבודה של משאבת חום

נוזל הקירור הנוזלי נדחף דרך המצערת, הלחץ שלו יורד, והוא נכנס למאייד, שם הוא רותח, ומוציא את החום שמספק הקולט מהסביבה. יתרה מכך, הגז שאליו הפך נוזל הקירור נשאב לתוך המדחס, נדחס ומחומם נדחק לתוך המעבה.המעבה הוא יחידת שחרור החום של משאבת החום: כאן החום נקלט ע"י מים במעבה. מערכת מעגל חימום. לאחר מכן הגז מקורר ומתעבה כדי להיות נתון שוב לוואקום בשסתום ההתפשטות ומוחזר למאייד.לאחר מכן, מחזור הפעולה מתחיל מחדש.

יעילות משאבת חום

במהלך הפעולה, המדחס צורך חשמל. עבור כל קילוואט-שעה של חשמל שנצרכת, משאבת החום מייצרת 2,5-5 קילוואט-שעה של אנרגיה תרמית. היחס בין האנרגיה התרמית המופקת לאנרגיה החשמלית הנצרכת נקרא יחס הטרנספורמציה (או מקדם המרת החום) ומשמש כאינדיקטור ליעילות משאבת החום. ערך זה תלוי בהפרש בין רמות הטמפרטורה במאייד ובמעבה: ככל שההפרש גדול יותר, כך ערך זה קטן יותר.

מסיבה זו, משאבת החום צריכה להשתמש בכמה שיותר ממקור החום בדרגה נמוכה מבלי לנסות לקרר אותו יותר מדי. למעשה, זה מגביר את היעילות של משאבת החום, שכן עם קירור חלש של מקור החום, אין עלייה משמעותית בהפרש הטמפרטורה. מסיבה זו, משאבות חום דואגות שהמסה של מקור החום בטמפרטורה נמוכה גדולה משמעותית מהמסה המתחממת.

ההבדל בין משאבת חום למקורות חום בדלק הוא שכדי לעבוד, בנוסף לאנרגיה למדחס, הוא זקוק גם למקור של חום בדרגה נמוכה, בעוד שבמקורות חום מסורתיים החום הנוצר תלוי אך ורק בערך הקלורי. של הדלק.

ניתן לפתור את הבעיה של קשירת משאבת חום למקור חום בעל פוטנציאל נמוך עם מסה גדולה על ידי הכנסת מערכת העברת מסה למשאבת החום, למשל מערכת שאיבת מים. כך פועלת מערכת ההסקה המרכזית בשטוקהולם.

יעילות מותנית של משאבות חום

משאבת החום מסוגלת, באמצעות מקורות אנרגיה בעלי פוטנציאל גבוה, "לשאוב" לחדר (כאחוז מההוצאה) מ-200% ל-600% מאנרגיה תרמית בדרגה נמוכה. אין בכך הפרה של חוק שימור האנרגיה, שכן הסביבה מקוררת.

תיאורטית, השימוש במשאבות חום לחימום חלל יעיל יותר מדודי גז. מפעלי קיטור וטורבינות גז מודרניים בתחנות כוח הם בעלי יעילות נמוכה מעט מהיעילות של דודי גז. כתוצאה מכך, עם המעבר של תעשיית החשמל לציוד מודרני ושימוש במשאבות חום, ניתן להשיג חיסכון בגז עד פי 3-5 בהשוואה לדודי גז. במציאות, יש לקחת בחשבון את עלויות התקורה של הולכה, הסבה והפצה של חשמל (כלומר שירותי רשת). כתוצאה מכך, מחיר המכירה של החשמל גבוה פי 3-5 מעלותו, מה ששולל את השימוש בטכנולוגיה מתקדמת בדרך כלל. בעניין זה רצוי להשתמש בחשמל ממקורות חלופיים (תחנות כח גל, רוח, סולאריות) או לשלב ייצור חשמל מגז עם השימוש בו כאן באתר, להפקת חום במשאבת חום.

המלצות לתפעול משאבת החום

כאשר משתמשים באנרגיית מענקים כמקור חום, הצינור בו מסתובב חומר מונע קפיאה קבור באדמה 30-50 ס"מ מתחת לרמת הקפאת הקרקע באזור הנתון. המרחק המינימלי המומלץ בין צינורות האספן הוא 0,8 1 מ'. אין צורך בהכנת אדמה מיוחדת. אבל רצוי להשתמש באתר עם אדמה רטובה, אבל אם הוא יבש, יש להאריך את קו המתאר. הערך המשוער של ההספק התרמי לליטר מ' של הצינור הוא 20-30 וואט. לפיכך, כדי להתקין משאבת חום בהספק של 10 קילוואט, נדרש מעגל אדמה באורך 350-450 מ' להנחה שידרוש חלקת אדמה של כ-400 מ"ר (2X20 מ'). כאשר מחושב כראוי, קו המתאר אינו משפיע על שטחים ירוקים.
אם אין שטח פנוי להנחת האספן או סלע משמש כמקור חום, הצינור מורד לתוך הבאר. אין צורך להשתמש בחור אחד עמוק - ניתן לקדוח כמה רדודים וזולים יותר כדי לקבל את העומק המשוער הכולל. לפעמים ערימות יסוד משמשות כבארות.
כ-1-50 וואט של אנרגיה תרמית לכל מטר ליניארי אחד של באר. לפיכך, כדי להתקין משאבת חום בהספק של 60 קילוואט, נדרשת באר בעומק של 10 מ'.
הקירור מסופק ישירות למקור האדמה, מה שמבטיח את היעילות הגבוהה של מערכת החימום הגיאותרמית. המאייד מותקן בחצי קילו אופקית מתחת לעומק הקפאה או בבארות בקוטר של 40-60 מ"מ, קדחו אנכית או בשיפוע עד לעומק של 15-30 מ'. הודות לפתרון הנדסי זה, מעגל חילופי החום הוא בנוי על שטח של מספר מטרים רבועים בלבד, אינו מצריך התקנת מחליף חום ביניים ועלויות נוספות לתפעול משאבת הסחרור.
כאשר משתמשים במאגר סמוך כמקור חום, המעגל מונח על הקרקעית. אפשרות זו נחשבת לאידיאלית לא ארוכה מדי מעגל חיצוני טמפרטורת סביבה גבוהה (טמפרטורת המים במאגר בחורף היא תמיד חיובית; יעילות המרת אנרגיה גבוהה של משאבות חום).
הערך המשוער של הספק תרמי ל-1 מ' של הצינור הוא 30 וואט. לפיכך, כדי להתקין משאבת חום בהספק של 10 קילוואט, יש צורך להניח מעגל באורך 300 מ' באגם. כדי למנוע מהצינור לצוף למעלה, לריצה 1. מ' מותקן על 5 ק"ג של מטען
כדי לקבל חום מאוויר חם (לדוגמה, מפליטת מערכת אוורור), נעשה שימוש בדגם מיוחד של משאבת חום עם מחליף חום אוויר. ניתן לאסוף חום מהאוויר למערכות חימום ומים חמים גם במפעלי תעשייה.
אם החום מהמעגל החיצוני עדיין לא מספיק לחימום בכפור חמור, נוהגים להפעיל את המשאבה במקביל לחולל חום נוסף (במקרים כאלה, הם מדברים על שימוש בתוכנית חימום דו-ערכית). כאשר הטמפרטורה החיצונית יורדת מתחת לרמה המחושבת (טמפרטורת דו-ערכיות), מחולל החום השני מופעל - לרוב דוד חשמלי קטן.

יתרונות וחסרונות של משאבת חום

קודם כל, היתרונות של משאבות חום כוללים חסכון: כדי להעביר 0,2 קילוואט-שעה של אנרגיה תרמית למערכת החימום, המתקן צריך להוציא רק 0,35-50 קילוואט-שעה של חשמל. מאחר והפיכת אנרגיה תרמית לאנרגיה חשמלית בתחנות כוח גדולות מתרחשת ביעילות של עד XNUMX%, יעילות השימוש בדלק בעת שימוש במשאבות חום עולה. דרישות מפושטות למערכות אוורור ומעלות את רמת בטיחות האש. כל המערכות פועלות באמצעות לולאות סגורות ואינן דורשות למעשה עלויות תפעול, מלבד עלות החשמל הנדרשת להפעלת הציוד.

יתרון נוסף של משאבות חום הוא היכולת לעבור ממצב חימום בחורף למצב מיזוג בקיץ: רק במקום רדיאטורים, מאווררים מחוברים לקולט חיצוני.

משאבת החום אמינה, פעולתה נשלטת על ידי אוטומציה. במהלך הפעולה, המערכת אינה דורשת תחזוקה מיוחדת, מניפולציות אפשריות אינן דורשות מיומנויות מיוחדות ומתוארות בהוראות.

תכונה חשובה של המערכת היא האופי האינדיבידואלי שלה עבור כל צרכן, המורכב מבחירה אופטימלית של מקור יציב של אנרגיה בעלת פוטנציאל נמוך, חישוב מקדם ההמרה, החזר כספי ודברים נוספים.

משאבת החום קומפקטית (המודול שלה אינו חורג מגודלו של מקרר רגיל) וכמעט שקטה.

החסרונות של משאבות חום המשמשות לחימום כוללים את העלות הגבוהה של ציוד מותקן.

ראה מאמרים אחרים סעיף מקורות אנרגיה חלופיים.

תקרא ותכתוב שימושי הערות על מאמר זה.

<< חזרה

חדשות אחרונות של מדע וטכנולוגיה, אלקטרוניקה חדשה:

עור מלאכותי לחיקוי מגע 15.04.2024

בעולם טכנולוגי מודרני בו המרחק הופך להיות נפוץ יותר ויותר, חשוב לשמור על קשר ותחושת קרבה. ההתפתחויות האחרונות בעור מלאכותי על ידי מדענים גרמנים מאוניברסיטת Saarland מייצגים עידן חדש באינטראקציות וירטואליות. חוקרים גרמנים מאוניברסיטת Saarland פיתחו סרטים דקים במיוחד שיכולים להעביר את תחושת המגע למרחקים. טכנולוגיה חדשנית זו מספקת הזדמנויות חדשות לתקשורת וירטואלית, במיוחד עבור אלה שמוצאים את עצמם רחוקים מיקיריהם. הסרטים הדקים במיוחד שפיתחו החוקרים, בעובי של 50 מיקרומטר בלבד, ניתנים לשילוב בטקסטיל וללבוש כמו עור שני. סרטים אלה פועלים כחיישנים המזהים אותות מישוש מאמא או אבא, וכמפעילים המשדרים את התנועות הללו לתינוק. הורים הנוגעים בבד מפעילים חיישנים המגיבים ללחץ ומעוותים את הסרט הדק במיוחד. זֶה ... >>

פסולת חתולים של Petgugu Global 15.04.2024

טיפול בחיות מחמד יכול להיות לעתים קרובות אתגר, במיוחד כשמדובר בשמירה על ניקיון הבית שלך. הוצג פתרון מעניין חדש של הסטארטאפ Petgugu Global, שיקל על בעלי החתולים ויעזור להם לשמור על ביתם נקי ומסודר בצורה מושלמת. הסטארט-אפ Petgugu Global חשפה אסלת חתולים ייחודית שיכולה לשטוף צואה אוטומטית, ולשמור על הבית שלכם נקי ורענן. מכשיר חדשני זה מצויד בחיישנים חכמים שונים המנטרים את פעילות האסלה של חיית המחמד שלכם ופועלים לניקוי אוטומטי לאחר השימוש. המכשיר מתחבר למערכת הביוב ומבטיח פינוי פסולת יעיל ללא צורך בהתערבות של הבעלים. בנוסף, לאסלה קיבולת אחסון גדולה הניתנת לשטיפה, מה שהופך אותה לאידיאלית עבור משקי בית מרובי חתולים. קערת המלטה לחתולים של Petgugu מיועדת לשימוש עם המלטה מסיסת במים ומציעה מגוון זרמים נוספים ... >>

האטרקטיביות של גברים אכפתיים 14.04.2024

הסטריאוטיפ שנשים מעדיפות "בנים רעים" כבר מזמן נפוץ. עם זאת, מחקר עדכני שנערך על ידי מדענים בריטים מאוניברסיטת מונאש מציע נקודת מבט חדשה בנושא זה. הם בדקו כיצד נשים הגיבו לאחריות הרגשית של גברים ולנכונותם לעזור לאחרים. ממצאי המחקר עשויים לשנות את ההבנה שלנו לגבי מה הופך גברים לאטרקטיביים לנשים. מחקר שנערך על ידי מדענים מאוניברסיטת מונאש מוביל לממצאים חדשים לגבי האטרקטיביות של גברים לנשים. בניסוי הראו לנשים תצלומים של גברים עם סיפורים קצרים על התנהגותם במצבים שונים, כולל תגובתם למפגש עם חסר בית. חלק מהגברים התעלמו מההומלס, בעוד שאחרים עזרו לו, כמו לקנות לו אוכל. מחקר מצא שגברים שהפגינו אמפתיה וטוב לב היו מושכים יותר לנשים בהשוואה לגברים שהפגינו אמפתיה וטוב לב. ... >>

חדשות אקראיות מהארכיון

צג LCD בגודל 19 אינץ' מבית Buffalo Corporation 08.01.2004

Buffalo Corporation הוציאה את צג ה-LCD FTD-G911 AD - 19 אינץ' עם מטריצת ה-MVA TFT החדשה. התצוגה יצאה למכירה בסוף דצמבר תמורת כ-770 דולר.

רזולוציית מסך מקסימלית - 1280x1024 פיקסלים בהירות תצוגה - 250 cd/m2, יחס ניגודיות - 600:1, זווית צפייה - 170 מעלות לכל כיוון, זמן תגובה - 25 אלפיות השנייה. ממשק חיבור - D-Sub ו-DVI-I. מידות - רוחב 415 מ"מ, עובי 193 מ"מ, גובה 437 מ"מ, משקל - 7,4 ק"ג.

עוד חדשות מעניינות:

▪ רעש משפר את ביצועי החיישן

▪ סוללת אקסטרים חדשה

▪ קליפות תפוזים למיחזור סוללות ליתיום

▪ מודולי אספקת חשמל מסוג SPM

▪ מעבד IBM Telum

עדכון חדשות של מדע וטכנולוגיה, אלקטרוניקה חדשה

חומרים מעניינים של הספרייה הטכנית החופשית:

▪ קטע אתר ציוד מדידה. בחירת מאמרים

▪ העיוור מוביל את העיוור. ביטוי עממי

▪ מאמר מהו הורמון? תשובה מפורטת

▪ מאמר מפעיל מכונה של מכונת כיוון קר העוסק בייצור סיכות לאקדחי אוויר. הוראה סטנדרטית בנושא הגנת העבודה

▪ מאמר מכשיר פשוט נגד גניבות. אנציקלופדיה של רדיו אלקטרוניקה והנדסת חשמל

▪ מאמר בקרת עוצמת הקול עם פיצוי עדין על נגד ללא ברזים. אנציקלופדיה של רדיו אלקטרוניקה והנדסת חשמל

השאר את תגובתך למאמר זה:

כל השפות של דף זה

בית | הספרייה | מאמרים | <font><font>מפת אתר</font></font> | ביקורות על האתר