Колонка Игоря Гладкобородова

Технологии и медиа глазами программиста

Игорь Гладкобородов

Один из создателей T&P, автор первого сезона «Просто о сложном» в своей колонке пишет о том, что его волнует: о технологиях и медиа, о сайтах и их пользователях, о дизайне и программировании.

Все посты автора

,

Как работает холодильник

Refrigerator

Иллюстрация: Максим Чатский

В детстве у многих был велосипед. Когда накачиваешь шины велосипедным насосом, в руках он нагревается. Это происходит из-за сжатия воздуха. Существует обратный эффект: когда у газа резко понижается давление, он охлаждается. Вы замечали, что из аэрозольных баллончиков газ всегда выходит холодным? А если соединить эти два явления, то получится холодильник.

Ozone

Раньше в качестве хладагентов использовались специальные газы фреоны. Но после того, как фреоны обвинили в разрушении озонового слоя, производители холодильников перешли на менее эффективные, но безопасные для озонового слоя газы.

В холодильнике специальный газ, хладагент, ходит по кругу. Сначала специальный компрессор под давлением закачивает газ в конденсатор — длинную трубку, сложенную гармошкой. Если заглянуть за холодильник, там вы обязательно увидите решетку-пылесборник размером со всю заднюю стенку холодильника. Это он — конденсатор.

При сжатии газ нагревается, количество тепловой энергии у него не изменяется, но оно как бы концентрируется в малом объеме, поэтому газ становится горячее. Горячий газ, проходя по конденсатору, отдает свое тепло в окружающее пространство. Именно поэтому конденсатор находится снаружи. Из-за повышенного давления при остывании газ превращается в жидкость.

Следующий шаг — испаритель, плоская металлическая камера (обычно это внутренняя стенка холодильника). Хладагент попадает в испаритель через очень узкое отверстие и давление резко уменьшается. Жидкость снова становится газом, при этом сильно охлаждается. Когда газ проходит по испарителю, он забирает из него тепло: камера становится холодной, и поэтому холодильник холодит.

По такому же принципу работают кондиционеры. Они забирают тепло из комнаты и отдают его воздуху на улице.

После этого газ снова попадает в компрессор — цикл завершается. Получается, что из-за разницы давления в испарителе и конденсаторе газ забирает тепло из холодильника и выпускает его наружу.

Комментарии

Спасибо за экскурс!
Сложно найти написанную человеческим языком информацию о работе тепловых насосов.
А ведь они неотъемлемая часть нашей жизни и в будущем их станет только больше. Например в Европе самой популярной системой отопления и кондиционирования домов является система основанная на работе теплового насоса. Стоит такая система подороже традиционных (в районе 20 тыс.Евро), но окупиться она быстрее чем за десять лет! Ведь одна и та же система греет и кондиционирует. А коэффициент производительности её может достигать 300 процентов! (значит что при использовании 1 kWt энергии она выдаст все 3!* при удачном дизайне и подборе системы под Ваш конкретный проект.)
*-нельзя забывать что Энергия не может быть «создана» или «уничтожена», она может быть только переведена из одной формы в другую. - Первый закон термодинамики.

А традиционные охладители, дешевле "20 тыс. Евро" - это какие такие??? ИМХО, Вы бредите.

Читатйте внимательнее. Я говорю про систему подачи тепловой энергии в отдельно взятый дом. Называется такая система Heat Pump. в среднем, в Европе, система работающая на основе теплового насоса обойдется Вам порядка 20 тысяч евро за оборудование и установку. Мне Вам ссылку прислать?

ВСЕ кондиционеры построены по принципу теплового насоса. И за сотни долларов, и за тысячи.

Плохое описание, оставляет больше вопросов, чем даёт ответов. :(

Nashev явно подтупливает)), кондиционеры в обычном понимании (комнатные сплит-системы) и тепловые насосы - совершенно разные вещи. Use_air - спасибо за комменты. Я тоже интересуюсь альтернативной энергетикой, читал про Heat Pump, но в России, уверяю, ценник будет в лучшем случае $70-80К, мы просчитывали с ребятами..

Во-первых, я всё слышу ;)
Во-вторых, тепловой насос - это лишь толстый кондиционер-моноблок, который через змеевики с хладогеном обменивается теплом не напрямую с воздухом, а с трубами теплоносителя, чаще всего воды. Такая схема имеет очевидные преимущества, и столь же очевидные недостатки. И не надо из этой системы изображать невесть-что, вы тут не на рынке.

«Лишь толстый кондиционер».., если имеется ввиду что в тепловом насосе тоже используются конденсатор и испаритель для переноса тепла, то это не оригинальное замечание. Давайте все похожие системы называть, например, холодильниками.
Вы, уважаемый, не слышите главного, по крайней мере для меня; тепловые насосы - это новая, энергосберегающая технология, работающая или вообще без электричества, или с минимальным его потреблением и при этом решающая все поставленные задачи. Так что это именно невесть-что, шаг вперед.
А продавать такие вещи на научно-популярном сайте никто и не собирается, тем более что зеленые технологии всегда дороже и приобретают их «идейные» люди

С другой стороны, есть примеры человеческой изобретательности, когда «идейные» люди - жители крайнего севера в России - сами встраивали себе систему „холодильник“ для обогрева дома.)
Получается, что за окном - до минус 40 и «испаритель» вынесен наружу. а внутри конденсатор согревает воздух в квартире. При этом избыток холода за окном - способствует энергосбережению в работе системы.)

Избыток холода за окном заставлял компрессор холодильника работать на износ, и повышать перепад давления в контуре, что чревато если не для труб, то как минимум для сочленений.

Очень вряд ли он потребляет меньше других кондиционеров и холодильников. Компрессор фреона в подобной конструкции никто не отменял.

да, и

Извините, хладагента.

@ Nashev - Вы очень любопытно рассуждаете. Давайте так, чтобы не скатиться до уровня беседы на рынке, будем говорить предметно. Замечательную ссылку вы прислали. Но ни одной цифры не приведено в описании принципов работы, ни одного примера. - это раз.
Два - предмет беседы - не «лишь толстый кондиционер-моноблок» а именно тепловой насос. по принципу и подобию которого работает привычный нашему пониманию „кондиционер“.
Я не изображаю из этой системы „невесть что“. То, что Вы видите на рисунке 2 по ссылке „статья про тепловые насосы“, это реально существующая схема применения теплового насоса, где он используется в основе системы подачи тепловой энергии для обогрева и охлаждения дома, в зависимости от пожелания пользователя.

Расскажите пожалуйста про «очевидные недостатки» такой схемы и к Вашему сведению, существует целый ряд таких схем, которые обмениваются теплом напрямую с воздухом. Если мы с Вами говорим про одну и ту же схему.

«лишь толстый кондиционер..», если мысль была в том, что в конструкции используется конденсатор+испаритель для переноса тепла, то не оригинально. Можно все подобные устройства холодильниками называть и сильно не ошибешься.
Вы, уважаемый, не слышите главного, по крайней мере для меня; тепловой насос - ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩЕЕ РЕШЕНИЕ, которое либо вообще не использует для работы электричество, либо потребляет его очень немного и при этом решает все поставленные задачи. И в этом смысле, это именно невесть-что, это шаг вперед.
А продавать это на научно-популярном форуме никто и не собирается; любые зеленые технологии дороже своих незеленых аналогов и покупают их только «идейные» люди.

оно не может не потреблять энергию. см. мои реплики чуть выше.

Оно потребляет энергии гораздо меньше, и если потратите время и разберетесь в принципе его работы - поймете почему. А для начала нужно поверить, что почти все новые технологии разрабатываются людьми, немного искушенными в науке. Суть отличий кратко и не очень профессионально: комнатная сплит система гоняет теплоноситель по контуру, в определенных местах которого при помощи компрессора и испарителя меняет его температуру, тем самым изменяя температуру в нужном помещении.
Тепловой насос, в частности грунтовый, благодаря разнице температур на поверхности земли и под землей в любое время года, уже имеет встроенный механизм изменения температуры теплоносителя. Летом в «подземной» части контура хладогент охлаждается, а зимой - нагревается под воздействием естественного перепада температур и давно работают конструкции насосов, с потреблением энергии в пределах 10-20% от сплит системы аналогичной мощности (разница в более, чем 5(!) раз). Есть более сложные инженерные решения (поищите в сети) с почти нулевым потребление ЭЛЕКТРОэнергии.

Поверьте, поищите.. ага, щаз, Нет в этой конструкции никакого потенциала для радикального снижения потребления энергии.

Да, чтоб забрать тепло из более тёплого места - из под земли, когда на улице мороз - нужно труда меньше, чем для того, чтоб забрать его с этого мороза. Оно бесспорно. Чтоб отдать тепло под землю - туда, где прохладнее, чем на жаркой улице - энергии тоже нужно поменьше, чем отдавать прямо на улицу, в жаркий воздух. На этом и только на этом тут возможна экономия. И не сомневаюсь, что она заметна. Но говорить о нулевых затратах на перекачку хладагента - бред.

И кстати, если там нет грунтовых вод - лафе быстро должен прийти конец, потому как теплопроводность грунта на порядки хуже теплопроводности воздуха, и однажды нагрев грунт вокруг подземного радиатора, этот тепловой насос задолбается пытаться нагреть его ещё сильнее, отдав туда ещё тепла. А в мороз и воды не спасут - потому как довольно быстро замёрзнут и тоже перестанут так легко отдавать тепло.

2 комментария:
1. Моя основная мысль - насосы экономят энегрию до 5 раз по сравнению со сплитами; это очень существенно и ставит данную технологию на отдельное место. И я говорил ПОЧТИ о нулевом потреблении и именно электроэнергии, в случае, если источник энергии заменить на солнечную батарею, что возможно при таком низком потреблении.
2. Теплопроводность грунта безусловно ниже, чем у воздуха, но если мы говорим не о контроле климата на гигантском заводе, этим можно пренебречь, система, обслуживающая большой коттедж этого не заметит. Ну и наконец, грунтовые воды на территории РФ в большинстве случаев находятся ниже температуры промерзания грунта в любое время года и при любой температуре за окном. Хотя, конечно, в некоторых районах это не так.

Все правильно! Никто не говорит про нулевые затраты или «Лафу».

Электричество - более высокая форма энергии по сравнению с энергией тепловой. И Да. Мы расходуем энергию электрическую чтобы перегонять хладагент из области в область. Но, при использовании Теплового Насоса, количество энергии доставляемой хладагентом в форме тепла по отношению к затраченной электроэнергии на её перегонку достигает 5/1. То есть, коэффициент производительности теплового насоа может достигать 6! Что (Японцы и доказали)[http://www.iea.org/work/2007/demand_side/horiya.pdf].

Другой вопрос! Мы с Вами все про холод да про холод, а что по поводу цикла, рассчитанного на обогрев!? Зимой ты никак не экстрагируешь тепло из ледяного воздуха улицы. Но, вполне смело утилизируешь тепло из недр земли. Только здесь появляется проблема истощения тепла. Т.е. если слишком интенсивно забирает тепло насос из под поверхности земли (10-12м) оно истощается и система перестает греть.

Канадцы! (нашли решение проблеме)[http://dlsc.ca/how.htm] и оно вполне логичное. В течении теплого сезона, в дополнении к теплу отправляющемуся от дома под землю, отправляется тепло от нагревающейся воды, установленной на крыше дома.

В условиях интенсивного потребления тепла зимой и грамотного дизайна трубопровода для рабочей жидкости, не возникнет проблемы с перегревом летом или переохлаждением зимой.

Вот теперь оно меньше похоже на преувеличенно-восторженные вопли рекламного агента, и больше похоже на правду. Спасибо за мнение и за ссылки.

Господа, очень прошу обращать внимание на маленькую серенькую ссылочку «Ответить», непосредственно под той репликой, на которую хотите ответить. И НЕ ПОЛЬЗОВАТЬСЯ для ответа большим полем, завлекающем Вас в самом низу страницы. Не ведитесь на идиотизм оформителя этого форума.

Комментировать