- Рубрики
- Бізнес «Магазин шпалер»
- Допомога в ремонті
- Будівельні матеріали
- Думки вголос
- Дизайн
- Будівельне обладнання
- двигун Стірлінга
Основні моменти в побудові двигунів Стірлінга, як низькотемпературних, так і високотемпературних. Розрахунки і калькулятори вам допоможуть швидко отримати потрібні значення.
- Бізнес «Магазин шпалер»
- Каталог статей. Правила
Теплові стірлінг насоси - мабуть правильний крок у розвитку зберігаючих технологій. Вони дозволяють не тільки економити електроенергію або спалюється паливо, а й надають мінімальні негативні ефекти на наше довкілля. А представляють вони собою звичайний холодильник з двигуна Стірлінга.
Принцип роботи простий. Якщо до двигуна стірлінга докласти механічну енергію, то т.зв. гарячий циліндр буде охолоджуватися, а холодний нагріватися, перетворюючи низько потенційне тепло (з охолоджувальної частини) в тепло з більш високою температурою. Температура цієї охолодженої частини може опускатися до -273 ° С (теоретично). Практично ж вдається легко досягати значень -190 ° С і нижче.
Якщо «насильно» нагрівати охолоджену частину циліндра, то гаряча сторона буде ще більше нагріватися, намагаючись перетворити тепло, що підводиться до охолодженого ділянці. Це називається перенесення тепла від «джерела» до «споживачеві». Виходить, що ми ще більше відбираємо тепло у холодного джерела, роблячи його ще холодніше і передаємо це тепло до споживача, роблячи його ще гаряче. Це дає нам прекрасну можливість використовувати низько потенційну енергію (повітря, вода, грунт, стічні води і т.п.) для нагрівання чого небудь. Наприклад, температура грунту є практично постійною величиною. У середній смузі Росії вона коливається від 4 до 8 градусів. Тобто нагріваючи замерзаючу частина циліндра теплотою, запасеної в землі, ми можемо температурою в гарячій частині двигуна обігрівати своє житло. Коротенько це і є суть теплового насоса з Стірлінга і взагалі будь-якого теплового насоса.
Тепловий насос Стірлінга
На сьогоднішній день на базі двигуна Стірлінга практично не виробляють теплових насосів для побутових потреб. Їх переважно роблять за допомогою компресорів з газами, що володіють здатністю скраплюватися при невисоких тиску. Це різні марки фреонів, аміак, вуглекислота і т.п.
Ефективність теплового насоса характеризується коефіцієнтом трансформації енергії (перенесення тепла). Для швидкої оцінки можете скористатися калькулятором т.зв. ККД (тут). Для прикладу, температура грунту дорівнює 4 ° С, а температура для нагріву потрібно 70 ° С. За калькулятору ми отримуємо ефективність перетворення майже 420%. Це означає, що пролежав 1 кВт енергії для перенесення тепла від низько потенційного джерела (в нашому випадку від грунту), ми отримаємо виділення 4,2 кВт теплової енергії. Зауважте, чим менше різниця температур, тим більше ефективність. А ті, хто знову задумався над вічним двигуном, раджу прочитати пост Деякі помилки щодо Двигунів Стірлінга.
На практиці ж все не так вже райдужно. У кожного пристрою є як свої переваги, так і свої недоліки. У теплових насосів є багато різних втрат, які в сумі дуже істотно знижують ефективність пристрою.
- Втрати в електродвигуні. Механічне зусилля здійснюють зазвичай електричними двигунами. Їх ККД у найпотужніших екземплярів досягає 95%. У менш потужних ця величина рідко перевищує 80%.
- При переході газу в рідину і при переході з рідини в газ робоче тіло безповоротно витрачає прикладену для цього процесу енергію.
- Тертя в поршневий групі. Для підвищення компресії доводиться вводити різні схеми ущільнень. Це змушує витрачати нашу прикладену енергію не тільки для здійснення стиснення робочого тіла, а й на подолання сили тертя ущільнень.
- Теплові втрати. Використовувані матеріали мають теплопровідність. Там де потрібно зберігати тепло, вони його «скидають» в навколишнє середовище, там де потрібно його скидати, вони роблять це не так швидко як хотілося б. Те ж саме стосується і холодної частини теплового насоса.
- Гідравлічні втрати. Кожен газ або рідина мають свою в'язкість. Це властивість робочого тіла змушує нас витрачати енергію на подолання в'язкості. А при збільшенні швидкості руху робочого тіла сили на подолання в'язкості зростають в експоненційної формі. Гідравлічні втрати закладені і в перекачуванні рідини по контуру низько потенційного тепла і по нагрівається контуру.
- Механічні втрати. Конструкція будь-якого двигуна не є досконалістю. Неврівноваженість і дисбаланси в рухомих частинах також негативно впливають на ККД механічної частини компресорів.
Читайте також: Трубчасті нагрівачі в Стірлінг, як від них відмовитися?
У загальному і цілому всі ці сумарні втрати в теплових насосах називають ступінь термодинамічної досконалості і позначають це коефіцієнтом h. Для пристроїв потужністю до 3 кВт h = 0,35 максимум. У більш сучасних і дорогих розробках вдається значно збільшити це значення. Це означає, що для нашого прикладу (де ми отримали 420% ефективності) реальна ефективність буде максимум 147% (420 * 0,35). Для більш потужних установок h = 0,5. Тобто і ефективність тут буде на рівні 210%. На практиці ж рідко використовують такі високі температури нагрівання. Зазвичай не вище 55 ° С. При такій температурі теоретична ефективність буде 543%, а реальна ефективність для малопотужного теплового насоса складе близько 200%. Тобто витративши 1 кВт електроенергії ви отримаєте 2 кВт тепла. Також для збільшення ефективності слід прагнути до збільшення температури джерела тепла (грунту, води, повітря). Через низькі температур землі в багатьох широтах нашої країни не вигідно використовувати теплові насоси для обігріву житла, особливо на територіях з вічною мерзлотою.
Що нас манить у виробництві холодильників на основі двигунів Стірлінга? В першу чергу ми позбавляємося деяких недоліків, а саме втрати на випаровування і конденсацію. Двигун стірлінга працює за циклом Карно, а це найефективніший цикл перетворення теплової енергії. Також різні технологічні хитрощі можуть підвищити ступінь термодинамічної досконалості. Наприклад - конфігурація подвійна гамма. Вона майже в двоє може знизити втрати на тертя. Замість фреонів та інших небезпечних робочих тіл в Стірлінг ми можемо використовувати будь-який безпечний газ: повітря, вуглець, азот, гелій і водень. Звичайно розплатою за це буде високі значення тисків робочих газів, що доходять до 100 атмосфер і більше.
Читайте також: Графік ККД ідеального двигуна Стірлінга