Dapatkah rantai pompa panas termal bersarang digunakan untuk mendapatkan energi panas dari lingkungan?

1

Asumsikan pengaturan berikut: 

Input -> First    ----------> Second    ----------> etc.
Air      heatpump   hot air   heatpump    hot air
T_0        |        T_h1>T_0     |        T_h2>T_h1
           v                     v
        cold air              cold air
        T_c0<T_0              T_c1<T_h1

atau

enter image description here

T s adalah suhu; semakin gelap merah, semakin hangat. Rintangan antar area adalah material isolasi. Throughput lebih kecil untuk pompa bersarang sehingga area paling dalam dan terpanas cukup kecil dan memanas perlahan dibandingkan dengan yang keluar. Pompa panas akan beroperasi dengan cairan berbeda yang cocok untuk perbedaan suhu. Suhu output (setelah etc. ) dibatasi oleh ketersediaan cairan yang tepat dan pembangunan pompa yang dapat menahan panas.

Satu-satunya pertanyaan untuk memutuskan apakah mesin seperti itu dapat beroperasi secara efisien, yaitu memberikan lebih banyak energi daripada yang dikonsumsi pompa, adalah berapa banyak yang dikonsumsi pompa panas? Saya sedang mencari angka untuk memperkirakan konsumsi pompa panas termal (anggap saja itu listrik).

Saya cukup yakin bahwa itu bukan jenis ponsel kedua karena sistem ini diberi makan dengan energi yang dikeluarkan dari udara dingin yang meninggalkan pompa panas pertama (kiri).

Angka-angka untuk konsumsi energi akan menunjukkan apakah mesin seperti itu dapat dibangun dan menyediakan energi (panas) daripada mengkonsumsi lebih banyak daripada yang disediakannya. Contoh kasus penggunaan adalah geo / iklim-teknik dan produksi listrik atau panas untuk teknik berat.

thermodynamics heat-transfer pumps geotechnical-engineering temperature Karl Richter
sumber
2
Banyak tentang termodinamika pompa panas tersedia pada jalinan, coba cari "koefisien pompa panas kinerja" dan lihat apa yang Anda dapatkan.
niels nielsen
Ini adalah sistem bertahap (multistage). Mereka sangat umum. Idenya adalah untuk mencapai titik akhir yang diinginkan melalui jalur dengan biaya paling murah. Terkadang Anda menginginkan output pada temps yang berbeda, dan terkadang Anda memiliki heatsources / heatsink pada temps yang berbeda.
Phil Sweet
Jadi diagram Anda menunjukkan aliran massa (udara masuk / udara keluar), dan aliran suhu (udara panas di sini, udara dingin di sini), tetapi Anda tidak menunjukkan aliran energi. Menurut Anda di mana energi "dikonsumsi" dan di mana menurut Anda energi "disediakan"? Saya pikir jika Anda menggambar aliran energi secara eksplisit, itu akan membantu. yaitu saya sekitar 90% yakin bahwa apa yang Anda pikirkan melanggar hukum 1 termodinamika, tetapi saya tidak 100% yakin karena Anda berbicara tentang "energi" dalam teks pertanyaan, sedangkan tidak eksplisit dalam diagram...
Daniel Kiracofe
@DanielKiracofe Menggambar sketsa membuat saya menyadari bahwa pompa panas perlu disarangkan seperti ditunjukkan dalam sketsa baru daripada di rantai. Konsep bersarang hanya menggunakan aliran energi dari pompa panas dan secara rekursif menggunakannya untuk pompa bersarang. Pompa luar (kiri) mendinginkan lingkungannya yang berarti energi plus di dalam mesin yang kemudian dikalikan sementara jumlah udara yang lebih panas berkurang di setiap langkah.
Karl Richter
Ya tapi Anda masih melewatkan sesuatu. Di mana aliran energinya? Panas tidak sama dengan energi. Anda dapat mengekstraksi energi dari udara panas, memang benar, tetapi Anda akan mengekstraksi energi lebih sedikit dari itu daripada yang digunakan dalam memanaskan udara di tempat pertama. yaitu tidak ada makan siang gratis. Jika niat Anda hanya untuk menciptakan udara panas, Anda telah memenuhi tujuan Anda. Jika Anda mencoba mendapatkan energi dari udara panas itu, itu tidak akan berhasil.
Daniel Kiracofe

Jawaban:

1

Berikut adalah diagram yang saya coba tunjukkan kepada Anda dalam komentar 

       Energy In E1          Energy out E2
           |                     ^
           V                     |
Input -> First    ---------->  Heat    ----------> etc.
Air      heatpump   hot air    engine    warm air
T_0        |        T_h1>T_0     ^       T_c1<T_h2<T_h1
           v                     |
        cold air              cold air
        T_c0<T_0              T_c1<T_h1

Hal pertama, adalah bahwa pompa kalor membutuhkan input energi eksternal untuk beroperasi. Jika Anda tidak percaya dengan saya, lihat kulkas atau AC Anda. Keduanya adalah pompa panas, dan saya jamin keduanya terhubung ke sumber listrik eksternal, dan akan berhenti berfungsi jika dicabut.

Hal kedua adalah bahwa hanya menghasilkan udara panas tidak secara otomatis membuat Anda mendapatkan energi. Anda perlu mengekstraksi energi dari udara panas menggunakan a Mesin panas . Ini bisa mengambil banyak bentuk. Misalnya. mesin pengaduk mungkin bekerja dengan baik di sini. Perhatikan juga bahwa mesin panas tidak hanya memiliki sumber udara panas, tetapi juga sumber udara dingin.

Sekarang saya tahu apa yang Anda pikirkan, bahwa Anda bisa menggunakan energi E2 yang diekstraksi dari mesin panas untuk menggerakkan pompa panas. Tetapi masalahnya adalah bahwa E2 akan selalu kurang dari E1. Anda perlu memasukkan lebih banyak energi ke dalam sistem ini daripada mengeluarkannya. Oleh karena itu, sistem ini tidak menghasilkan energi bersih.

Daniel Kiracofe
sumber