Обогрев дома, прикидочные расчеты.

Рубрика: (Идеи и предположения) | Автор: EDEM | Дата: 12-09-2011



Обогрев дома, прикидочные расчеты.

1 постулат – все известные термодинамические циклы не лучше цикла Карно.
2 постулат – двигатели внутреннего сгорания не дотягивают до цикла Карно. (см. Энциклопедию -Википедию)
Официальный теоретический предел КПД для любой тепловой машины определяется выражением.:
КПД= (Тн-Тх)/Тн.
Для паровых турбин
Тн=800, Тх=300 КПД= (Тн-Тх)/Тн=500/800=0.625
Для газовых турбин
Тн=1500, Тх=300 КПД= (Тн-Тх)/Тн=1200/1500=0.8
Для относительно реальных Стирлингов
Тн=500, Тх=290 КПД= (Тн-Тх)/Тн=210/500=0.42. (У реальных ниже, но возможно и 0.45).
Для электрогенераторов, преобразующих механическую энергию в электрическую КПД может достигать 0.8.

Предельный КПД от совместного использования тепловой машины и электрогенератора 0.8*0.8=0.64 плюс быстрое уничтожение окружающей среды.
У бензогенераторов – 0.38*0.7=0.27 Возможно 0.3-0.35.
Официально зарегистрированное преобразование солнечной энергии в электричество. 0.3125.
Используются солнечный концентратор-стирлинг-электрогенератор. Примерно 0.4*0.8=0.32.
Для солнечных батарей – не более 0.18.
Условно примем за основу, что КПД преобразования высокопотенциальной тепловой энергии в электрическую, на текущем этапе равен 0.3. Плюс современный уровень уничтожения окружающей среды. (Справедливо для современных ТЭЦ)
Поэтому отапливаться газом в 3 раза выгодней, чем электричеством. Но начальные затраты на подведение газа в среднем в 10 раз дороже, чем подведение электричества. Поэтому среднестатистический экономический эффект от перехода с электричества на газ наступает через 3 года.
Современные системы отопления низкопотенциальным теплом Земли (НПТЗ), позволяют с помощью 1 кВт электрической мощности получать до 4 кВт тепловой мощности. Что примерно в 0.3*4=1.2 раза выгоднее, чем отопление газом. Но начальные затраты на оборудование в среднем в 20 раз дороже, чем подведение электричества. Поэтому среднестатистический экономический эффект от перехода с электричества на НПТЗ наступает через 5-6 лет.
Конечно, в разных конкретных ситуациях, соотношения могут быть совсем другими. Но средне статистически, это то, что может предложить нам современная наука и техника. И если у Вас есть деньги, то Вы это получите.

Для холодильных машин работают другие формулы. Если мы с помощью холодильника хотим не заморозить что-то, а нагреть одно место, отняв тепло у другого места, то мы получим отопительный коэффициент холодильника.
Кот=1+Тз/Тн-Тз
где: 1 – это вся работа, затрачиваемая на получение тепла, в конечном счете, превращается в тепло;
Тз – температура замораживаемого места; Тн – температура нагреваемого места. И что самое интересное, все «Т» измеряются не в Цельсиях а в Кельвинах, т.е. к любому Цельсию надо еще прибавить 273.15 градуса, чтобы получить Кельвин. И что еще более интересно – еще никому не удалось найти такое место, чтобы там был 0 Кельвинов. (Для тепловых машин все тоже самое.)

Но вот в чем беда. Если мы хотим нагреть одно место на 20 градусов относительно другого, то мы получим очень даже приличный Кот = 1+273/20=14.65. А это значит, что на каждый киловатт затраченной работы мы можем получить аж 14.65 кВт тепла. А если мы хотим повысить температуру на 1 градус, то Кот будет равен ваще 274. Супер!
Но вот беда, если мы вдруг захотим поднять где-то температуру на 200 градусов. То получим
Кот = 1+273/200=2.365.
И если мы вдруг захотим из этого тепла получить полезную механическую энергию с помощью идеальной тепловой машины, то получим
КПД=473-273/473=0.42.
И если, посчитав все очень точно, 0.42 умножим на 2.365, то получим ровно 1. Т.е чисто теоретически, пара из тепловой и холодильной машины могут крутиться вечно, если не выпустят ни одной калории тепла наружу.
Попробуем с 1 градусом…
Кот=1+Тз/Тн-Тз= 1+273.15/1= 274.15.
КПД=274.15-273.15/274.15=0.0036476381542950939266824730986686.
0.0036476381542950939266824730986686*274.15=1.000. ;_)
Да, просто так, против науки не попрешь!Ё!
Но мы-то, в конце концов, не вечный двигатель изобретаем.
Нам бы погреться…
А какой вывод можно сделать из этого безобразия?

ЧЕМ СИЛЬНЕЕ МЫ ХОТИМ НАГРЕТЬ ОДНО МЕСТО ЗА СЧЕТ ОХЛАЖДЕНИЯ ДРУГОГО МЕСТА с помощью холодильной машины, ТЕМ БОЛЬШЕ НАДО ПЛАТИТЬ ЗА ЭЛЕКТРИЧЕСТВО.
Печально, но факт!
И какой из этого выход?
А очень даже простой.
Я не зря посчитал про 20 градусов.
Если у нас за бортом -30, и внутри мы ничем не греем, то и внутри будет -30.
А если внутри требуется +20, то зачем разницу в 50 градусов греть холодильником? Если у нас есть неограниченный запас воды с температурой +10? Уж до 0 то можно нагреть и без холодильника. А остальные 40 процентов тепла, так и быть, с помощью холодильника.
Итак, исходно имеем.
По строительным нормам, при разнице температур в 50 градусов, требуется тепловая мощность 1 кВт на 10 кв.м. помещения. Если вы лучше утеплите свое помещение, то потребуется меньше, но там тоже есть свои но, так что остановимся на нормах.
По тем же строительным нормам, при разнице температур в 20 градусов, требуется тепловая мощность 0.4 кВт на 10 кв.м. помещения.
При обеспечении с помощью холодильной машины разности температур в 50 градусов
Кот = 1+273/50=6.46.
Соответственно электрической мощности требуется 1/6.46=155 Вт.
При обеспечении с помощью холодильной машины разности температур в 20 градусов
Кот = 1+273/50=14.65.
Соответственно электрической мощности требуется 0.4/14.65=27 Вт.
Для нагрева помещения до 0 градусов с помощью насоса без холодильника требуется электрической мощности 0.6/50=12 Вт.
155/(27+12)=3.9 раз.
Понятно, что в реальной системе Кот = 6.46 не получится. Возьмем общепринятый Кот =4.
Пусть даже эффект, от использования двухконтурной системы будет не 3.9, а 2.5 раза. Все равно, электричества потребуется в 10 раз меньше, чем при отоплении электричеством, и в 3 раза дешевле чем газом.
Опять же экология меньше страдает…


Оставить комментарий

Это не спам.
сделано dimoning.ru