8.6: Охолодження та нагрівання (II)
- Page ID
- 29686
Тепловий насос з повітряним джерелом або повітряно-повітряний тепловий насос
Тепловий насос «повітря-повітря» або «повітря-повітря» може забезпечити як нагрів, так і охолодження.
- Взимку тепловий насос витягує тепло з зовнішнього повітря і подає його в приміщення.
- У спекотні літні дні він працює в зворотному напрямку, витягуючи тепло з повітря приміщення і перекачуючи його на вулицю для охолодження будинку.
Майже всі теплові насоси з джерелом повітря та повітря-повітря працюють від електрики. Вони мають зовнішній компресор/конденсаторний блок, який з'єднаний з наповненими холодоагентом трубками до внутрішнього обробника повітря. Коли холодоагент рухається через трубки системи, він завершує основний цикл охолодження, нагріваючи або охолоджуючи змійовики всередині повітряного обробника. Повітродувка втягує повітря в приміщення, циркулює його по змійовиках і виштовхує повітря через повітроводи назад в приміщення.
Коли необхідне додаткове тепло в особливо холодні дні, додаткові елементи електричного опору штовхаються всередині обробника повітря, щоб додати тепла повітрю, яке проходить.
Взимку тепловий насос витягує тепло з зовнішнього повітря і подає його в приміщення. Влітку тепловий насос витягує тепло з повітря приміщення і перекачує його на відкритому повітрі для охолодження будинку.
Відео нижче пояснює цикли нагрівання та охолодження теплового насоса.
Точка балансу
Як ми дізналися, теплові насоси «повітря-повітря» і «повітря-повітря» працюють, витягуючи тепло з зовнішнього повітря. Ці теплові насоси вимагають резервної системи, щоб доповнити їх нагрівальну здатність, коли зовнішня температура стає нижче певної температури.
При зниженні зовнішньої температури підвищується потреба в опаленні будинку і зменшується потужність теплового насоса. У якийсь момент температура потреби в опаленні будинку та потужність теплового насоса збігаються. Ця температура називається точкою балансу і зазвичай падає в межах 30-45 градусів за Фаренгейтом. При будь-яких температурах нижче точки балансу буде потрібно додаткове тепло.
Щоб знайти точку балансу, потреба в опаленні (BTus/h) будинку і потужність теплового насоса (BTus/h) наносяться на основі змін зовнішньої температури. Місце, де перетинаються вимоги до опалення будинку та вихідні лінії теплового насоса, є точкою балансу.
На малюнку 8.6.2 показаний графік точки балансу.
Малюнок 8.6.2. Точка балансу
ККД теплового насоса
ККД теплового насоса вимірюється за допомогою терміну c oefficient продуктивності (КС), і це відношення корисного тепла, яке перекачується до більш високої температури, до одиничного обсягу роботи, який вкладається в. Ми розглянемо КС в плані повітряних теплових насосів.
Загальний вираз для ККД теплового двигуна можна записати як
\[ COP = \dfrac{(Heat \, Energy)_{hot}}{Work} \]
Використовуючи ту ж логіку, яка використовувалася для теплових двигунів, рівняння 8.6.1 стає
\[ COP = \dfrac{Q_{hot}}{Q_{hot} - Q_{cold}} \]
де Q h ot - тепловіддача при високій температурі, а Q холод - тепло, відкинуте при низькій температурі. Таким чином, рівняння 8.6.2 можна переписати як
\[ COP = \dfrac{T_{hot}}{T_{hot} - T_{cold}} \]
Примітка
Т гарячого і Т холодного повинні бути виражені в одиницях Кельвіна.
Приклади проблем
Приклад 1
Розрахуйте ідеальний COP для теплового насоса повітря-повітря, який використовується для підтримки температури будинку на рівні 70° F, коли зовнішня температура становить 30° F.
- Відповідь
-
Додайте сюди тексти. Не видаляйте цей текст спочатку.
По-перше, перетворіть температуру Фаренгейта в температуру за Цельсієм, використовуючи
\[ T_{hot} = (70 - 32) * \dfrac{5}{9} = 21°C \nonumber\]
\[ T_{cold} = (30 - 32) * \dfrac{5}{9} = -1°C \nonumber\]
Далі перетворіть температуру Цельсія в температуру Кельвіна, додавши 273:
\[ T_{hot} = 21°C + 273 = 294 K \nonumber\]
\[ T_{cold} = -1°C + 273 = 272 K \nonumber\]
Нарешті, використовуйте рівняння 8.6.3 для вирішення КС:
\[ COP = \dfrac{T_{hot}}{T_{hot} - T_{cold}} \nonumber\]
\[ COP = \dfrac{294 \, K}{294 \, K - 272 \, K} = 13.3 \nonumber\]
Приклад 1 показує, що за кожен ват потужності, яку ми використовуємо (і платимо за) для приводу цього ідеального теплового насоса, 13,3 Вт подається всередину будинку і 12,3 ззовні (ми за це не платимо). Це, здається, угода, від якої не можна відмовитися. Однак теоретичний максимум ніколи не досягається в реальному світі. На практиці типовий КС в діапазоні від 2 до 6. Навіть з цим діапазоном це відмінний вибір, адже на кожен ват потужності, яку ми використовуємо, ми передаємо від 1 до 5 додаткових ват ззовні.
Приклад 2
Порівняйте ідеальні коефіцієнти продуктивності того ж теплового насоса, встановленого в Стейт-Коледжі, Пенсильванія та Енн-Арбор, штат Мічиган, коли внутрішня температура будинку підтримується на рівні 70° F в обох місцях, а зовнішня температура в даний день становила 40° F і 15° F в Державному коледжі та Енн-Арборі відповідно.
- Відповідь
-
Додайте сюди тексти. Не видаляйте цей текст спочатку.
Державний коледж, PA Енн-Арбор, Мічиган Т гаряча = 70°F = 294 К Т гаряча = 70°F = 294 К Т холод = 40°F = 277 К Т холод = 15°F = 264 К \[ COP = \dfrac{294 \, K}{294 \, K - 272 \, K} = 17.3 \nonumber\] \[ COP = \dfrac{294 \, K}{294 \, K - 264 \, K} = 9.8 \nonumber\]
Примітка
Під час опалювального сезону ККД теплового насоса збільшується в м'які дні і знижується в холодні дні.