Calefacción dinámica

La calefacción dinámica  es un sistema de calefacción que incluye un hogar , un calentador y un refrigerador , lo que permite transferir más calor a la habitación que solo el hogar, ya que el calor del ambiente también se transfiere a la habitación [1] . Las dificultades tecnológicas y la necesidad de importantes inversiones iniciales de capital retrasan el uso generalizado de este método de calentamiento [2] . Es posible que con una mayor centralización de la calefacción, la calefacción dinámica encuentre una amplia aplicación [3] . Por ejemplo, en Suecia , un país rico con tecnología avanzada y escasez de combustible, la calefacción dinámica ya está teniendo un uso significativo [4] .

Consideración cualitativa

Con el calentamiento dinámico, parte del calor recibido en el horno ingresa a la habitación calentada. El resto se gasta en el trabajo producido por la máquina térmica (motor). El calentador en el motor es el horno y el refrigerador es la habitación calentada. El trabajo producido por el motor se utiliza para accionar una máquina frigorífica ( bomba de calor ), que se enciende entre el ambiente y la habitación: la máquina frigorífica toma calor del ambiente y lo transfiere a la habitación. Entonces, la habitación recibe calor tanto de un horno caliente como de un ambiente frío. La cantidad total de calor puede exceder el calor recibido durante la transferencia típica de todo el calor de la cámara de combustión a la habitación para la mayoría de los sistemas de calefacción. El calentamiento dinámico se puede implementar sobre la base de una máquina de refrigeración por absorción , lo que simplifica enormemente el diseño.

Consideración cuantitativa

Sean T 1 , T 2 , T 3  las temperaturas (en Kelvin ) de la cámara de combustión, la habitación calentada y el ambiente, respectivamente.

1) De la fuente de calor llega la cantidad de calor Q 1 al motor térmico. Desde allí, Q 2 se entrega a la habitación, que desempeña el papel de refrigerador para esta máquina. El trabajo realizado por la máquina A \u003d Q 1 -Q 2 se destina a encender la máquina de refrigeración. Este trabajo es gastado por la máquina de refrigeración para obtener calor Q 3 del ambiente y transferir calor Q 2 ' a la habitación. Para ello, la máquina térmica realiza un trabajo sobre la máquina de refrigeración Q 2 '-Q 3 . Por tanto, según la ley de conservación de la energía Q 2 '-Q 3 = Q 1 -Q 2 .

2) Es posible, considerando el motor y la máquina de refrigeración como un solo sistema, escribir que:

  1. recibió Q 1 a la temperatura T 1 del horno
  2. recibió Q 3 a una temperatura T 3 del ambiente;
  3. recibido - q \u003d - Q 2  - Q 2 ' de la habitación.

De acuerdo con la relación de Clausius , si los procesos son cuasi-estáticos , entonces la suma de las relaciones de las cantidades de calor recibidas a las temperaturas a las que se obtuvieron es igual a 0:

Usando la relación Q 2 '-Q 3 \u003d Q 1 -Q 2 del párrafo 1 del razonamiento, podemos escribir una expresión sin Q 3 :

A partir de aquí, la cantidad de calor transferido a la habitación:

.

Como , de aquí se sigue que q > Q 1 . Por ejemplo, en T 1 = 500 K, T 2 = 300 K y T 3 = 250 K, la relación es 3; al quemar combustible en el horno, dando "generalmente" 1 J de calor, con calentamiento dinámico, se pueden obtener aproximadamente 3 J de calor.

Notas

  1. ↑ Sivukhin D.V. Curso general de física. — M .: Nauka , 1975 . - T. II. Termodinámica y física molecular. — 519 pág.
  2. ↑ Belonuchkin V. E., Zaikin D. A., Tsipenyuk Yu. M. Fundamentos de física. Curso de física general. En 2 volúmenes Vol. 2. Física cuántica y estadística / Ed. Yu. M. Tsipenyuk. — M.: Fismalit, 2001.
  3. ↑ Sivukhin D.V. Curso general de física . - 5ª edición, revisada. — M .: Fizmatlit , 2005 . - T. II. Termodinámica y física molecular. — 544 pág. - ISBN 5-9221-0601-5 .
  4. ↑ Belonuchkin V. E., Zaikin D. A., Tsipenyuk Yu. M. Fundamentos de física. Curso de física general. T. 2. Física cuántica y estadística, - M.: Fismalit, 2007.