Konvenční klimatizace funguje tak, že stlačuje páru a poté ji zase nechá rozpínat, stále dokola. Tenhle přístup ale není příliš efektivní ani moc vstřícný vůči životnímu prostředí. Spotřebuje spoustu energie a vytvoří tím pádem spoustu emisí uhlíku. Vědci se proto již dlouho snaží hledat nové technologie, které by mohly dnešní klimatizace nahradit.
Jeden z možných přístupů představují pevnolátková elektronická tepelná čerpadla. Tato zařízení jsou obvykle založena na vystavení feroelektrického materiálu elektrickému poli, což vede k elektrokalorickému jevu, spočívajícímu ve změně teploty dotyčného materiálu. Výsledné zařízení by mělo být schopné ohřívat či ochlazovat okolní vzduch. Navzdory nemalému úsilí vědců a inženýrů ale doposud nevzniklo komerčně životaschopné elektrokalorické tepelné čerpadlo.
Tým odborníků Luxembourg Institute of Science and Technology (LIST) a společnosti Murata Manufacturing Company zvolil poněkud jiný postup a vyvinul převratné regenerativní elektrokalorické tepelné čerpadlo, které je založené na kapalinách. Postavili prototyp, který prokázal, že pracuje efektivněji než klasická klimatizace.
Junning Li z LIST a jeho kolegové použili při vývoji nové technologie plátky tantalátu skandia a olova, které umístili do silikonového oleje, vybraného kvůli vlastnostem souvisejícím s přenosem tepla. Po zapnutí elektrického pole se plátky tantalátu zahřejí, což vede k pohybu silikonového oleje v jednom směru. Po vychladnutí plátků je olej tlačen v opačném směru. Pokud se tento olej pohybuje systémem, může sloužit jako klimatizace.
Badatelé zjistili, že jejich prototyp dosahuje velmi slušných 64 procent z Carnotovy účinnosti, která představuje teoretický limit daného tepelného stroje. Ovšem v laboratoři. Li a spol. by jistě rádi dospěli k praktickým aplikacím své technologie. Přiznávají ale, že na svém objevu budou ještě muset zapracovat, aby dosahoval podobně pěkných výsledků i v reálném prostředí.
Literatura
Wu-chan opět středem zájmu, tentokrát kvůli textilii „radiační metatkanina“
Autor: Josef Pazdera (10.07.2021)
Důmyslný střešní materiál se ochlazuje v létě a ohřívá v zimě
Autor: Stanislav Mihulka (27.12.2021)
„Nositelný“ termoelektrický generátor vyrábí elektřinu na horké trubce
Autor: Stanislav Mihulka (28.01.2022)
Nový termoelektrický materiál levně a bezpečně vyrábí elektřinu z tepla
Autor: Stanislav Mihulka (28.11.2022)
Elektřina z odpadního tepla
Autor: Dagmar Gregorová (23.05.2023)
Brzy vyrazí do akce první komerční generátor poháněný teplem oceánu
Autor: Stanislav Mihulka (16.11.2023)
Diskuze:
Nechápu
Milan Štětina,2023-11-24 09:32:44
Parní turbína v elektrárnách dosahuje účinnosti přes 80% proti carnotově cyklu. Spalovací turbíny taky. Tepelná čerpadla používaná v poslední době na vytápění budov (v létě na chlazení) nevím přesně, ale vzhledem k tomu, že výrobci slibují topný faktor 3 až 4, tak to vede taky na účinost kolem 80% nebo více.
Takže nechápu, proč úřinnost 64% autor vydává za pokrok a chce tím nahrazovat mnohem účinější tepelná čerpadla.
Re: Nechápu
Martin Šíra,2023-11-25 18:37:12
V článku se píše o klimatizacích. Elektrárny pracují v téměř optimálních podmínkách, nedosažitelné v domácích tepelných strojích, takže tohle porovnání nedává smysl. A vytápění se vždy dělá snáz než chlazení, takže účinnosti při chlazení budou mnohem horší.
Chtěl jsem si najít jaké jsou účinnosti klimatizací při chlazení, ale zjistil jsem že většina komerčních ukazatelů pro zákazníky je v BTU/kW, hrozný jednotkový kočkopes, což mě znechutilo a víc už se mi hledat nechtělo.
Re: Nechápu
Pavel Kaňkovský,2023-11-25 22:27:10
V turbínách apod. teče teplo z ohřívače s vyšší termodynamickou teplotou T1 k chladiči s nižší teplotou T2 a část z něj se promění v užitečnou práci. Carnotův cyklus má účinnost (T1 - T2) / T1 a je vždy menší než 1.
V tepelných čerpadlech to probíhá opačně: práce se spořebovává na přečerpávání tepla z nižší teploty T2 na vyšší teplotu T1 a příslušný obrácený Carnotův cyklus má učinnost T2 / (T1 - T2) pro chlazení, nebo T1 / (T1 - T2) pro ohřívání (rozdíl je v tom, že vložená energie se promění na teplo a tím se znovu využije, naopak při chlazení je to odpad). Typicky jsou ty hodnoty podstatně větší než 1.
Skutečná účinnost tepelného čerpadla bývá označována jako COP (Coefficient Of Performance), ovšem to se během roku mění, pokud je jedna strana venkovní prostředí, a proto se počítají jakési průměry jako evropský ESEER (nebo americký SEER, kde je pro větší zmatení nepřítele navíc faktor pro přepočet BTU/hr na W).
Pokud budeme uvažovat topení, tak ta udávaná hodnota "3 až 4" bude nejspíš ESEER, při nízké venkovní teplotě to bude horší, při vyšší lepší. Pro Carnotův cyklus to vychází, řekněme, při T1 = 35 degC a T2 = -15 až +10 degC, na hodnoty asi mezi 6 a 12. To mi nepřipadá jako "účinnost 80 % nebo více".
Re: Re: Nechápu
Pavel Kaňkovský,2023-11-26 00:07:41
Dodatečně jsem si uvědomil, že ESEER je tak nějak smysluplná hodnota jen pro chlazení (a ještě za určitých podmínek, např. že je zařízení adekvátně dimenzované). Pro vytápění se počítá nějaká jiná hodnota, snad SCOP (Seasonal COP). Ale to nic nemění na tom, že existující tepelná čerpadla nejspíš zdaleka nedosahují 80 % účinnosti obráceného Carnotova cyklu.
Re: Re: Nechápu
Milan Štětina,2023-11-27 08:37:32
Kolega z práce nedávno tepelné čerpadlo kupoval (venkovní výměník vzduch chladivo s ventiláýtorem, vevnitř se ohčívá voda do topení) a dodavatel mu tvrdil, že při -15°C venku a vodě 50°C je topný faktor pořád ještě 3. V tomto případě mi vyšlo T1 / (T1 - T2)= 5, takže jestli skutečnost je 3, tak je to přesně těch 80%. Jestli je to pravda nebo výrobce takto natvrdo lže, nevím. Taky připouštím, že jestli to výrobce z nějakého důvodu optimalizoval na T2 = -15°C a T1 = 50°C, tak pro Vámi zmiňovaných T2 = +10°C a T1 = +35°C bude situace horší (teoretický topný faktor 12,3 pro alespoň 60% účinnost by to muselo být 7,4, což asi nebude).
Otázka je, pro jakou situaci je těch 60% v článku, ale typuju, že také pro nejpříznivější případ.
Diskuze je otevřená pouze 7dní od zvěřejnění příspěvku nebo na povolení redakce
