Использование полупроводников в приборах отопления

Важной особе ^. нностью, открывающей ш ^. ирокие перс ^. пективы пр ^. именения по ^. лупроводни ^. ков, являетс ^. я получение с и ^. х помощью хо ^. лода и теп ^. ла более э ^. кономичным ^. и путями. Такое испо ^. льзование по ^. лупроводни ^. ков основа ^. но на термоэ ^. лектрическ ^. их явления ^. х, обратны ^. х наблюдаю ^. щимся в тер ^. моэлемента ^. х. Ток, воз ^. никающий в з ^. амкнутой це ^. пи термоэле ^. мента, охлаждает гор ^. ячий спай и н ^. аоборот, по ^. догревает хо ^. лодный спа ^. й. При про ^. пускании же тока через тер ^. моэлементы в обратном направлении вы ^. деляется те ^. пло в горячем спае и от ^. нимается те ^. пло от холо ^. дного. Оди ^. н и тот же спай двух проводников пр ^. и одном на ^. правлении то ^. ка нагреваетс ^. я, а при дру ^. гом охлажд ^. ается. Пол ^. ьзуясь эти ^. м, можно о ^. хлаждать воз ^. дух в холо ^. дильном шк ^. афу, в котор ^. ый помещён о ^. хлаждаемый с ^. пай металла. Применяя д ^. ля этой це ^. ли полупроводники, х ^. арактеризу ^. ющие достаточ ^. но высокой ве ^. личиной к. ^. п.д. термоэ ^. лемента, мо ^. жно получит ^. ь в холоди ^. льном шкафу необходимые низкие темпер ^. атуры.

Акаде ^. мик А.Ф.Иоффе р ^. ассчитал, к ^. акое количест ^. во тепла бу ^. дет при этом выделено. От о ^. хлаждаемого с ^. пая отнимаетс ^. я некоторое ко ^. личество те ^. пловой энер ^. гии

Q0=αT0It, где α – тер.моэлектродвижущая си.ла, в;

• •     T 0 – абсолют ^. ная темпер ^. атура холо ^. дного спая;

• •      I – величи ^. на тока, а;

• •     t – длител ^. ьность про ^. хождения тока, сек.

Соответственно в тё ^. плом спае, абсо ^. лютную тем ^. пературу которо ^. го обознач ^. им через Т 1 , выделяетс ^. я тепловая э ^. нергия Q 1 :

Q 1 =αT 1 It.

Эта тепловая энергия Q 1 больше теплоты Q 0 , в отношении:

• Q 1 / Q 0 = Т 1 / T 0 .

Если огран ^. ичиться расс ^. мотрением процесса на обоих спаях, то и ^. х можно оп ^. исать следу ^. ющим образо ^. м: электричес ^. кий ток от ^. нимает от хо ^. лодного сп ^. ая теплоту Q₀ и пере ^. даёт теплому спаю бо ^. льшее количест ^. во тепла Q₁, добавляя не ^. достающую э ^. нергию в виде электрической энер ^. гии W. К те ^. плоте Q₀, отнимаемо ^. й от холодного спая, доб ^. авляется энергия W, и сумма их Q 0 +W= Q 1 выделяетс ^. я на тёпло ^. м спае.

Из приведе ^. нных данны ^. х о величи ^. нах Q 0 и Q 1 видно, что от ^. ношение затрачиваемой э ^. лектрическо ^. й энергии W к теплоте Q 1 , которая освобождаетс ^. я на тепло ^. м спае, ра ^. вно:

W/Q 1 =Q 1 Q 0 /Q 1 =T 1 T 0 /T.

Если абсол ^. ютная температура тепло ^. го спая Т₁=300°, что соот ^. ветствует + ^. 27°C, а те ^. мпература Т 0 =270° или -3°C, то W/Q 1 =30/300=0,1.

Отсюда сле.дует, что д.ля передач.и в тёплое по.мещение пр.и температуре 27.27°C100 ка.л тепла мо.жно было б.ы использо.вать 90 ка.л, взятых от хо.лодной сре.ды (например, от в.нешнего воз.духа) и добавить всего 10 кал за счёт э.лектроэнер.гии. Поско.льку такое из.влечение те.пла из внешнего холо.дного возду.ха или вод.ного резервуара легко и досту.пно, возникает заманч.ивая возмо.жность, затрачивая все.го 10% от в.носимого в по.мещение тепла за счёт э.лектроэнер.гии, отапливать помещение практически за счёт извлекаемого с.наружи теп.ла. Но процесс в термоэлектрической батарее не о.граничиваетс.я только в.ыделением и по.глощением те.пла на спа.ях. Вдоль вет.вей самой тер.мобатареи воз.никает пото.к тепла от те.плого спая к хо.лодному, котор.ый противо.действует переносу тепла в обратном направлении, сопровождающему прохожде.ние тока. Кро.ме того, ч.асть электрической энер.гии превра.щается в те.пло в обеи.х ветвях тер.моэлемента. В резу.льтате наличия этих д.вух процессо.в использо.вание электроэнергии рез.ко снижаетс.я; приходитс.я добавлят.ь не 10% э.лектроэнер.гии, а око.ло 60%; но и такой результат представляет знач.ительный и.нтерес: затр.ата электроэ.нергии составляет тол.ько около по.ловины теп.лоты, посту.пающей в помещение, а ост.альная половина доста.вляется бо.лее холодн.ым наружны.м воздухом и.ли проточно.й водой пр.и температур.ах, близки.х к нулю.

Чем меньше разность Т 1 -Т 0 по сравне ^. нию с Т 1 , тем выго ^. днее окажетс ^. я термоэле ^. ктрическая б ^. атарея по сравнению с э ^. лектрической печью со ^. противлени ^. я.

Термоэлектрическая батарея обладает и дру ^. гим важным преимуществом. Ес ^. ли изменит ^. ь направление тока на противопо ^. ложное, то на наружных спаях начнёт в ^. ыделяться те ^. плота Q 0 , а нагревавшие помещение спаи бу ^. дут отнимат ^. ь теплоту Q 1 , охлаждая по ^. мещение. В жаркое врем ^. я года та же тер ^. мобатарея мо ^. жет охлаждать воздух. Ре ^. гулируя ве ^. личину и н ^. аправление тока в батарее, мо ^. жно поддер ^. живать в помещении одинаковую те ^. мпературу при любых те ^. мпературах в ^. нешнего воз ^. духа.

Проблема э ^. кономии эле ^. ктрической энергии в сфере ст ^. ационарного ото ^. пления явл ^. яется одно ^. й из самых актуальных. Со ^. гласно проведенным исс ^. ледованиям, эффе ^. ктивность р ^. аботы стац ^. ионарных систем отоп ^. ления с пр ^. именением э ^. лектрических конвекторов составляет от 40 до 60%.

Электроконвекторы являются са.мыми распространенными э.лектроприбор.ами. Это обус.ловлено их н.изкой себесто.имостью, простото.й изготовле.ния и монтажа. Электроконвектор пре.дставляет собо.й защитный де.коративный мет.аллический ко.жух с отверстиями снизу д.ля поступления холодно.го воздуха и ж.алюзи свер.ху для выхо.да нагрето.го воздуха. Совреме.нные конвекторы могут эксплуатироваться во в.лажных поме.щениях, хоро.шо защищен.ы от брызг во.ды. Отключе.ние питани.я не приво.дит к нару.шению функ.циональных возможностей н.агревателей, и после по.дачи напря.жения электро.конвектор сразу начинает работать. Системы имеют широкий д.иапазон ре.гулировки температур, высокую точность, воз.можность ко.нтролироват.ь температуру в каждом помещении раздельно. Выход из строя одного конвектора не приводит к нарушению работы всей системы. Оборудование легко ремонтируется, просто в монтаже, экологически безопасно, не выделяет продуктов горения, не изменяет влажность, не сжигает пыль и кислород. Внедрение таких систем идет крайне медленно из-за высокой стоимости импортных систем управления. К недостаткам электроконвекторов следует отнести существенные конвекционные потоки, неравномерность прогрева помещения по высоте, увеличение эксплуатационных затрат на 2025% по сравнению с теплым полом и излучающими инфракрасными обогревателями.

Недостатками известных приборов является то, что основная теплоотдача (90%) осуществляется естественной конвекцией и лишь 10% - радиационным излучением.