Riscaldatori con bassa produzione di entropia

[Ortograf-fr]

"Riscaldatori a bassa entropia: cosa sono?"
di Ortograf-fr, luglio 2008


In pratica, i riscaldatori con bassa produzione di entropia sono essenzialmente i pompa di calore e cogenerazione, in altre parole il produzione combinata di calore ed elettricità.

La pompa di calore è di grande interesse educativo, perché dimostra a coloro che non vogliono sentirlo che l'efficienza di un riscaldatore può essere molto superiore al 100%.

Ma è lo sviluppo sistematico di cogenerazione che ridurrà al minimo i consumi risorse energetiche per il riscaldamento. Oggi difficilmente prendiamo la strada in Francia.



A - La produzione di entropia è un degrado di energia.

Si verifica in particolare:

- ogni volta che l'energia elettrica, chimica o meccanica viene trasformata in calore: riscaldatori elettrici, riscaldatori con combustibili convenzionali, attrito,

- e ogni volta che il calore viene scambiato tra due corpi a temperature diverse. Maggiore è la differenza di temperatura, maggiore è la produzione di entropia.


B - Il riscaldamento senza produzione di entropia sarebbe ottenuto con una pompa di calore ideale

Il riscaldamento senza produrre entropia è impossibile, ma è molto facile da immaginare.

È quello che sarebbe fornito da una pompa di calore ideale, quello che avrebbe il miglior funzionamento immaginabile.

Il suo motore elettrico non presenterebbe né attrito, né effetto Joule.

E soprattutto, la parte della pompa di calore utilizzata per riscaldare l'appartamento avrebbe una temperatura molto più alta e praticamente uguale a quella dell'appartamento, allo stesso tempo della parte della pompa di calore che viene utilizzata per estrarre il calore dal l'ambiente esterno avrebbe una temperatura molto più bassa e praticamente uguale a quella di questo ambiente.

In altre parole, i due scambi di calore effettuati dalla pompa sarebbero fatti ogni volta con una differenza di temperatura infinitesimale.


C - Una produzione di entropia equivale a una perdita di risorse energetiche

I fisici e gli specialisti del riscaldamento sanno molto bene come calcolare l'efficienza che potrebbe avere un impianto del genere. Può essere chiamato il "rendimento massimo teorico". Dipende solo dalle due temperature in gioco: quella dell'aria da cui viene estratto il calore e quella dell'appartamento che viene riscaldata.

Facciamo alcuni esempi quantificati. Per mantenere un appartamento a 20 ° C, con una temperatura esterna di 15 ° C, la resa sarebbe di sessanta, in altre parole del 6000%.

Con una temperatura esterna di 10 ° C, questa resa sarebbe 30, in altre parole 3000%.

L'efficienza di una pompa di calore ideale è quindi solitamente dieci volte maggiore di quella delle pompe di calore reali, che è essa stessa tre o quattro volte maggiore dell'efficienza del 100% di un radiatore elettrico.

D - Riscaldamento senza produzione di entropia: il nuovo riferimento ideale per misurare le prestazioni del riscaldamento reale

Tutto il consumo aggiuntivo di riscaldamento reale rispetto a una pompa di calore ideale è una perdita di risorse energetiche per produzione di entropia.

Nel secondo esempio digitale precedente, per fornire 30 joule di calore all'appartamento, l'energia elettrica consumata non può mai scendere al di sotto di un joule.

In questo esempio, se il riscaldamento è prodotto da un radiatore elettrico, su 30 joule consumati da questo radiatore, 29 rappresentano un consumo di risorse legate alla produzione di entropia e che, come tali, possiamo sperare di ridurre.

La vera pompa di calore mostra che possiamo già fare meglio di una caldaia elettrica, poiché consumerà circa 10 joule invece di 30 per fornire lo stesso riscaldamento. Ma il suo bilancio è ancora dieci volte inferiore al miglior bilancio di riferimento e possiamo quindi sperare di fare ancora molto meglio.

In conclusione: un'efficienza del 100%, che traduce il riscaldamento senza perdita di energia, non è più l'ideale da raggiungere in termini di riscaldamento. L'efficienza ideale di un riscaldamento senza produzione di entropia non sarà mai raggiunta, ma i rendimenti energetici del riscaldamento con bassa produzione di entropia superano in gran parte il 100%, come mostrano le pompe di calore, i cui rendimenti si trovano comunemente tra 300% 400%.


E - Per ridurre al minimo la produzione di entropia, ridurre il più possibile
- il numero di trasformazioni di energia
- il numero di scambi di calore
- e anche il differenze di temperatura che consentono questi scambi di calore.

Quest'ultimo punto ha una conseguenza pratica immediata. Per il riscaldamento con una pompa di calore, una casa consumerà meno elettricità se è progettata per essere riscaldata dall'acqua a 30 ° C circolante nel suolo, rispetto a quando è progettata per essere riscaldata dall'acqua a 60 ° C circolanti nei radiatori.


F - Tutti i riscaldatori tradizionali sono incompatibili con una buona gestione delle risorse energetiche

Abbiamo visto sopra che l'efficienza del 100% di un radiatore elettrico era in effetti estremamente scarsa. Per il riscaldamento con combustibili tradizionali, questo è quasi altrettanto scarso.

Ciò è dovuto al fatto che gli scambi termici avvengono con differenze di temperatura molto ampie. La produzione di entropia corrisponde al fatto che il calore di partenza è calore "ad alta temperatura" e che si trova sotto forma di calore a bassa temperatura per raggiungere i luoghi di soggiorno.

Tipicamente, l'energia fornita dall'olio combustibile può in alcuni casi fornire energia meccanica con un'efficienza superiore al 60%, come nel caso di alcuni motori di imbarcazioni. Significa che l'energia fornita da questo combustibile ha a massima convertibilità teorica superiore al 60% per fornire energia elettrica.

In altre parole, il calore ad alta temperatura lo è già sicuramente amputato da un taglio di capelli entropico rispetto all'energia elettrica, ma questo sconto rappresenta poco rispetto a quello che si verifica quando la stessa quantità di calore si degrada per arrivare ai locali che vengono riscaldati.


G - Il dispositivo che minimizza al meglio la produzione di entropia causata dal riscaldamento è la cogenerazione.

In questo caso, il calore utilizzato è semplicemente il calore a bassa temperatura rifiutato da una centrale termoelettrica o da qualsiasi generatore.

Abbiamo visto che, per ridurre il più possibile la produzione di entropia, il numero di trasformazioni di energia, il numero di scambi di calore e le differenze di temperatura che consentono questi scambi di calore devono essere ridotti il ​​più possibile.

Il riscaldamento a cogenerazione soddisfa perfettamente queste condizioni, perché trasforma solo il calore a bassa temperatura spesso chiamato rifiuto termico, per dare un altro calore a bassa temperatura, ciò che è desiderato per i nostri luoghi di soggiorno. Possiamo considerare che il calore iniziale è il recupero e che è praticamente gratuitamente per le risorse energetiche consumate.

Corrisponde bene ai bilanci teorici del riscaldamento con bassa produzione di entropia.

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doc 472 - 2008-03

[Ahmed]

Non sono un termico, ma non posso fare a meno di reagire a questo curioso testo.

Il tutto mi lascia la spiacevole impressione che l'aspetto teorico affascina il suo autore fino al punto di dimenticare la realtà.
Certo, questo concetto di entropia è interessante ma ci conduce rapidamente a considerazioni che, invece di diffondere nuova luce, difficilmente riesce a oscurare questi problemi.

Sulla base del confronto tra un radiatore elettrico con un'efficienza del 100% (per definizione) e una pompa di calore, mostra che in buone condizioni, in pratica, può ripristinare circa 3 volte la quantità di energia assorbita.

Significa dimenticare molte cose:
Questa efficienza locale al 100% del radiatore elettrico non ha molto significato, poiché non si tiene conto delle perdite nella produzione e nel trasporto di elettricità. A causa di queste perdite, solo una frazione, circa un terzo arriva al contatore (i rendimenti variano in base ai metodi di produzione, il nucleare, la maggior parte, sarebbe inefficace perché operando a bassa pressione *, le perdite di trasporto sarebbero valutate al 10% in media).

Quindi la PAC riacquista solo ciò che è perduto: ciao entropia!

E ancora, mi metto solo in buone condizioni operative: in caso di un po 'di freddo intenso, l'efficienza della pompa di calore (aria / aria o aria / acqua, la più comune) diminuisce rapidamente e potrebbe anche non essere inferiore al resistenza elettrica quando una resistenza elettrica scongela il condensatore.

"La pompa di calore è di grande interesse educativo, perché dimostra a chi non la vuole sentire che l'efficienza di un dispositivo di riscaldamento può essere molto superiore al 100%".

Si noti inoltre che un radiatore ad acqua, considerato da solo, riscaldato da ciò che si desidera, ha anche un'efficienza del 100%; è anche irrilevante parlare di efficienza nel caso della produzione di calore poiché è la forma di energia più degradata.

Senza criticare il paragrafo B dove vengono menzionate ipotesi che supporteranno il ragionamento successivo, non si può immaginare che, paradossalmente, la (classica) pompa di calore avrebbe una resa straordinaria se solo fosse utilizzata per produrre calore in estate e freddo in inverno ...

Parliamo di cogenerazione in cui l'autore vede giustamente possibilità interessanti: dal fatto che recuperiamo ciò che di solito si perde, l'autore erroneamente deduce che la resa è molto superiore al 100%. Questo è vero solo in relazione alla produzione di elettricità con perdita di calore e, di per sé, queste cifre superiori al 100% sono assurde poiché non si può sperare di attingere a un combustibile più di quello che contiene.

Avevo notato la stessa deriva logica nel caso della caldaia a gas a condensazione: il recupero del calore latente del vapore acqueo consente di avvicinarsi un po 'di più a questo valore, non di raggiungerlo e ancora meno superarlo. Diciamo che è un approccio aziendale ...

* se disponi di fonti affidabili che confermano o confutano questi dati, sono interessato.

[Andre]

Ciao

Significa dimenticare molte cose:
Questa efficienza locale al 100% del radiatore elettrico non ha molto significato, poiché non si tiene conto delle perdite nella produzione e nel trasporto di elettricità. A causa di queste perdite, solo una frazione, circa un terzo arriva al contatore (i rendimenti variano in base ai metodi di produzione, il nucleare, la maggior parte, sarebbe inefficace perché operando a bassa pressione *, le perdite di trasporto sarebbero valutate al 10% in media).

È un po 'forte l'1 / 3 che arriva, forse per una centrale termica, ma una diga idraulica? le perdite di linea non sono così grandi anche per oltre 1000 km

Penso che sia necessario confrontare un calorifer di resistenza elettrica e una pompa di calore dal contatore domestico.
Dire 3 è in condizioni ideali, in media è più spesso 2 a volte 2,5 che è già meglio di una semplice resistenza al riscaldamento.
Ridurre il consumo elettrico per riscaldamento del 50% è già interessante.

Dimentichi il sistema acqua / aria l'acqua di terra è sempre a 12c anche quando è -25 all'esterno e la pompa termica acqua / aria è efficiente prima di tutto non è necessario riscaldare l'aria a 40c come un sistema con acqua a 32 c 'è sufficiente nella ventilazione per riscaldare una casa a 25 c

Ho questo sistema da quasi 20 anni e vivo in un clima in cui a volte scende a -30 con 6,6kw di potenza che ha fornito per riscaldare tutta la casa oltre all'aria condizionata estiva.

Andre

[minguinhirigue]

Per quanto riguarda le caldaie a condensazione, il fatto è che i rendimenti sono ora più del 100%, rispetto al potere calorifico inferiore.

È una truffa montata perché il PCI non tiene conto dell'energia trasmessa alla vaporizzazione delle molecole d'acqua dalla combustione. La migliore caldaia a condensazione rimane quindi al di sotto del 100% di efficienza rispetto alla maggiore potenza calorica.

Riguardo alla folle idea di cogenerazione con un rendimento maggiore di 1, sembra che ortograf_fr ne parli. Quello che dice è più simile a: "la cogenerazione è calore gratuito poiché è il" rifiuto "di un altro uso ..."

Tuttavia, ci sono alcune fadas a cui piace immaginare i sistemi di pompe di calore a combustibile e cogenerazione:

Questo sistema Shaddock è un cogeneratore, che fa funzionare una pompa di calore. Senza tener conto delle temperature e soprattutto delle differenze di temperatura proprie al funzionamento di queste tecnologie in serie, si può sognare di attingere da 100 Wh, fino al 60% "nobile", e al 40% termico, con una pompa di calore, la 60 % nobile diventa in condizioni reali fino al 300% termico (COP di 6 per le migliori pompe acqua / acqua commerciali). In totale, recuperando calorie dal cogeneratore, 330 Wh di energia termica prodotta dalla combustione di 100 Wh primari ...

Ancora più folle, l'auto ha offerto sul forum, che funziona da una batteria che attiva una pompa di calore, che riscalda un motore, che produce elettricità per la batteria e per l'avanzamento dell'auto ... Vengono mantenuti i bilanci dei resi, tranne che prendiamo in considerazione i numerosi limiti in termini di temperature e differenze di temperatura durante il funzionamento: bassa ampiezza termica per una buona efficienza della pompa di calore, grande ampiezza per una buona efficienza del motore! Non sta per girare ...

[Christophe]

Non ho letto tutto (nulla in realtà) ma il titolo mi fa pensare ai PACES ...

Pompa di calore a flusso spontaneo.

Lo sapevi? Altrimenti è laggiù: http://www.new-energy-paces.com/

Per chi non ha paura scarica e leggi questo documento: http://www.new-energy-paces.com/brevet.zip

l'auto ha offerto sul forum, che funziona da una batteria che attiva una pompa di calore, che riscalda un motore, che produce elettricità per la batteria e per guidare l'auto

Accidenti, mi è mancato che penso ... dov'era?

[minguinhirigue]

https://www.econologie.com/forums/voiture-el ... t2057.html

qui, l'idea è di operare con l'energia solare diffusa nell'atmosfera, per catturare calorie per attivare uno o due motori stirling ...

Solo che, come specificato sopra, non vi è alcun chiarimento sulla compatibilità delle tecnologie ...

[Christophe]

Ah, risale al 2006, una buona ricerca dell'argomento in prospettiva!

[Ahmed]

Grazie André, per le tue interessanti riflessioni. Penso che le nostre differenze, che sono solo apparenti, sono semplicemente il risultato di un contesto diverso.

Forse non hai notato che mi ero preso cura di delimitare il campo di validità delle mie osservazioni. Questa è la situazione francese in cui l'energia nucleare è in gran parte predominante, dove il tipo più comune di pompa di calore è aria / aria. In Canada, dato il potenziale idroelettrico, i dati sono ovviamente radicalmente diversi.

Penso che devi confrontare una pompa di calore a resistenza elettrica e una pompa di calore dal contatore domestico.

Per il consumatore, questo può essere vero, ma da un punto di vista ecologico (e persino tecnico) ciò che conta è l'intera catena della produzione / consumo di elettricità.

Dire 3 è in condizioni ideali, in media è più spesso 2 a volte 2,5 che è già meglio di una semplice resistenza al riscaldamento ...

Ho detto 3 "in buone condizioni", perché in effetti è molto più spesso sotto.

Ridurre del 50% il consumo di elettricità per riscaldamento è già interessante ...

Nel contesto francese, ea causa dei metodi di produzione elettrica, è un peccato usare energia "nobile" per produrre calore, che è una forma degradata. Inoltre con una bassa resa.
Laddove il costo del riscaldamento elettrico dissuade gli utenti, la generalizzazione dell'uso della PAC, a causa del minor consumo unitario, aumenterebbe solo l'uso dell'elettricità e aumenterebbe il consumo complessivo.
Oltre all'impatto generale *, vedo anche lo svantaggio che è impossibile per l'utente collegato a questo sistema optare per altre soluzioni a seconda delle possibilità o dei vincoli futuri.

* Un ricorso intensivo al riscaldamento elettrico suppone un parco nucleare più sviluppato e il ricorso più frequente alle tradizionali centrali termoelettriche per far fronte ai picchi del consumo elettrico invernale, a loro volta anche a causa dell'incidenza delle variazioni di temperatura.