Понять Россию умом - страница 51

Это значит, что большая часть получаемой из топлива энергии возвращается низкотемпературному резервуару в форме тепла. Эта энергия, в конечном итоге, полностью рассеивается и приводит к нагреву окружающей среды вблизи электростанции, т. е. прилегающих водоемов или атмосферы (если используются градирни). Такой нагрев окружающей среды – нежелательное явление и с ним борются. А ведь нам в наши холода это тепло могло бы пригодится.

Пойдем дальше. У нас стоят в домах электроплиты и широко продают электрообогреватели. А ведь в рамках того, что мы рассмотрели выше – это расточительство. Действительно, если топливо использовать непосредственно для обогрева здания, то можно достичь КПД почти 100%, в то время как КПД электростанции, вырабатывающей электрическую энергию для обогрева, составляет лишь около 30%. Поэтому при электрообогреве то же самое количество топлива, в конечном итоге, дает лишь одну треть тепла. Вспомните, что мы делаем, когда коммунальщики, экономя якобы мазут, не дают нам тепла осенью и весной? Эта экономия оборачивается перерасходом на ТЭЦ. Ведь мы «добираем» тепло с помощью электричества. И при этом очень неэкономно.

Пойдем дальше. Знаете ли вы, что холодильник выделяет больше тепла, чем берет электричества из сети? На самом деле, это очевидно. Ведь холодильник – своего рода тепловой насос, забирающий тепло от продуктов и передающий его наружу.

Все процессы расширения и сжатия в цикле Карно обратимы, а потому машину Карно можно заставить работать в обратном направлении. Поскольку все этапы обратимы, то можно ввести коэффициент преобразования холодильника и он будет равен отношению Т2/(Т1 – Т2). Он определяет отношение тепла, отобранного от холодного образца, к затраченной на это механической работе. И, как мы уже говорили, он обычно больше единицы.

Для обычного холодильника температура Т2 резервуара холода (испаритель) порядка 260 К (– 13 С). Горячим резервуаром служит комнатный воздух, температура которого в окрестности теплообменника Т1 310 К. При этом коэффициент преобразования холодильника равен 260/(310—260) = 5,2

Таким образом, мы видим, что на каждый джоуль электроэнергии, затраченной на работу компрессора, приходится 5.2 Дж тепла, отнятого от холодильной камеры, при условии, что используется эффективный цикл Карно.

Тепловой насос – это просто другое название холодильника, который, как мы убедились, представляет собой машину Карно, работающую в обратном направлении. Холодильник перекачивает тепло из охлаждаемого объема в окружающий воздух. Если поместить холодильник на улице, то, извлекая тепло из наружного воздуха и передавая его во внутрь дома, можно обогревать его.

В действительности эффективность бытовых тепловых насосов не достигает и половины теоретического значения. Но в Америке бытовые приборы этого типа уже давно существуют.

В США и Канаде обычно для обогрева здания используется нефть или уголь, которые сжигаются на месте (преобразуя около 70% химической энергии в полезное тепло) или на электростанции (с преобразованием около 30% химической энергии в тепло, идущее на обогрев здания). В этом отношении КПД домашней котельной более чем вдвое превышает КПД электрической системы обогрева. Однако, с помощью теплового насоса можно значительно более эффективно обогревать здание, используя химическую энергию. Поскольку температуры горения нефти и угля довольно высоки, около 85% химической энергии топлива могут быть преобразованы в механическую. Эту механическую энергию можно затем использовать в идеальном тепловом насосе, подающем тепло в обогреваемое здание.