Värme [18487] Ursprunglig fråga: Svar: En värmepump är en teknisk anordning som överför värme från en kall till en varm plats (Värmepump ). Enligt termodynamikens andra huvudsats, se fråga 15733 , kan värme bara gå från varmt till kallt. Man kan emellertid komma ifrån detta om man på ett fiffigt sätt utför ett arbete. Detta är vad ett kylskåp gör: med hjälp av energi från en elektrisk motor "pumpas" värme från en kall reservoir (kyl/frys utrymmet) till en varm reservoir (luften bakom kylskåpet). En värmepump är konstruerad precis som ett kylskåp, enda skillnaden är att det är den varma reservoiren som är den intressanta. Ditt förslag är alltså att använda hinkar med vatten som din kalla reservoir. I normala fall använder en värmepump t.ex. uteluften eller marken i trädgården som kall reservoir. Vi kan för att definiera storheter rita en schematisk figur på processen, se nedan. Vi har en kall reservoir (blå), en varm reservoir (röd) och en motor som utför arbete. Q är värmemängder och W är den till motorn tillförda (elektriska) energin. Den optimala processen är vad som kallas Carnot-processen, så vi antar vi har en förlusfri sådan. Värmefaktorn (COP, Coefficient Of Performance) för en värmepump definieras som COP(värmepump) = (det vi vill ha)/kostnaden = QH/W På analogt sätt kan vi definiera kylfaktorn för en kylmaskin COP(kylmaskin) = (det vi vill ha)/kostnaden = QC/W Men totala energin bevaras så QH = QC + W dvs COP(värmepump) = QH/(QH-QC) För Carnot-processen gäller (Coefficient_of_performance ) att entropin dQ/T är konstant varav följer QC/TC = QH/TH dvs COP(värmepump) = TH/(TH-TC) Låt oss för enkelhets skull anta vi utgår från nollgradigt vatten och att den varma reservoiren är 50o. Vi får då värmefaktorn COP(värmepump) = (50+273)/(50) = 6.46 Smältvärmet för vatten är (fråga 14203 ) 333 kJ/kg. Låt oss räkna på 1 kg (=1 liter) vatten: QC = 333 kJ COP = 6.46 = QH/(QH-333) 6.46 QH -333*6.46 = QH QH = 394 kJ W = QH - QC = 61 kJ Så med en insats på 61 kJ (elmotorn) får vi ut 394 kJ! Det låter som trolleri, men är faktiskt sant. Låt oss kontrollera den totala entropin i varma och kalla reservoirerna S = QH/TH + (-QC)/TC S = 394/(50+273) - 333/273 = 0.00 vilket är som det skall vara för en Carnot-process. Nu kan vi räkna ut om din idé är realistisk. Låt oss anta du behöver 5 kW 50 gradigt vatten för uppvämning. 1 kg vatten räcker då 394[kJ]/5[kJ/s] = 78.8 s Du behöver alltså ställa in en tiolitershink med vatten ungefär var tionde minut! Och det är med en ideal process, en verklig process skulle ha betydligt mindre COP, i bästa fall 30-50% av den ideala. Nyckelord: värmepump/kylskåp [8]; termodynamik [17]; verkningsgrad [26]; Frågelådan innehåller 7624 frågor med svar. ** Frågelådan är stängd för nya frågor tills vidare **
|
Denna sida från NRCF är licensierad under Creative Commons:
Erkännande-Ickekommersiell-Inga bearbetningar.