Peltierův článek jako tepelné čerpadlo

Podobné dokumenty
Ohmův zákon pro uzavřený obvod. Tematický celek: Elektrický proud. Úkol:

4 Parametry jízdy kolejových vozidel

Typový list. Šroubový kompresor E100 Vario Standard a jeho volitelná provedení.

Šroubové kompresory. Řada MSL 2,2-15 kw. Jednoduché a kompletní řešení pro Vaší potřebu stlačeného vzduchu

Vždy na Vaší straně. Uživatelská příručka. Thermolink P Thermolink RC

Technická měření v bezpečnostním inženýrství. Elektrická měření proud, napětí, odpor

Mechatronické systémy s elektronicky komutovanými motory

Laboratorní práce č. 1: Určení voltampérových charakteristik spotřebičů

- 1 - Obvodová síla působící na element lopatky větrné turbíny

Technická měření v bezpečnostním inženýrství. Elektrická měření proud, napětí, odpor

Laboratorní cvičení L4 : Stanovení modulu pružnosti

1 Elektrotechnika 1. 9:00 hod. G 0, 25

Šroubové kompresory ALBERT. EUROPEAN UNION European Regional Development Fund Operational Programme Enterprise and Innovations for Competitiveness

Interference na tenké vrstvě

d p o r o v t e p l o m ě r, t e r m o č l á n k

Typový list. Šroubový kompresor E50 Standard a jeho volitelná provedení.

katedra technických zařízení budov, fakulta stavební ČVUT TZ 31: Vzduchotechnika, cvičení č.1: Větrání stájových objektů vypracoval: Adamovský Daniel

Typový list. Šroubový kompresor E140 Standard a jeho volitelná provedení.

Účinnost spalovacích zařízení

Konverze kmitočtu Štěpán Matějka

Technické údaje SI 75TER+

Návod k obsluze. Hoval CZ s.r.o. Republikánská Plzeň tel/fax: (+420) , (+420) info@hoval.cz

Vliv zateplení objektů na vytápěcí soustavu, nové provozní stavy a topné křivky

pracovní list studenta

6. STUDIUM SOLÁRNÍHO ČLÁNKU

Bezdrátové ovládání pro Vaši domácnost. Katalog produktů

2.POPIS MĚŘENÉHO PŘEDMĚTU Měřeným předmětem je v tomto případě nízkofrekvenční nevýkonový tranzistor KC 639. Mezní hodnoty jsou uvedeny v tabulce:

CHEMIE A CHEMICKÉ TECHNOLOGIE (N150013) 3.r.

MĚŘENÍ Laboratorní cvičení z měření. Měření vlastní a vzájemné indukčnosti, část 3-1-3

A:Cejchování termočlánku na bod tání čistého kovu B:Měření teploty termočlánkem C:Cejchování termoelektrického snímače KET/MNV (9.

2. MĚŘENÍ TEPLOTY TERMOČLÁNKY

Numerická matematika 1. t = D u. x 2 (1) tato rovnice určuje chování funkce u(t, x), která závisí na dvou proměnných. První

Uţití elektrické energie. Laboratorní cvičení 21

Měření měrné tepelné kapacity látek kalorimetrem

Technické údaje SI 130TUR+

MATRIX DC Napájecí Zdroj

Implementace bioplynové stanice do tepelné sítě

ÚČINNOST KOTLE. Součinitel přebytku spalovacího vzduchu z měřené koncentrace O2 Účinnost kotle nepřímou metodou Účinnost kotle přímou metodou

DUM č. 16 v sadě. 11. Fy-2 Učební materiály do fyziky pro 3. ročník gymnázia

Zdroje elektrického proudu - výhody a nevýhody (experiment)

Zapojení teploměrů. Zadání. Schéma zapojení

Harmonický ustálený stav pokyny k měření Laboratorní cvičení č. 1

2. ELEKTRICKÉ OBVODY STEJNOSMĚRNÉHO PROUDU

Měření prostupu tepla

11. Odporový snímač teploty, měřicí systém a bezkontaktní teploměr

Kinetika spalovacích reakcí

Leonardo Aqua od H+H Energiesysteme

MĚŘENÍ INDUKČNOSTI A KAPACITY

Měřící a senzorová technika

1.11 Technické údaje DAGAS CK

Přehled produktů. Více informací o produktech naleznete na

RMC RMD RME

MĚŘENÍ TEPLOTY TERMOČLÁNKY

ÚSPORY ENERGIE PŘI CHLAZENÍ VENKOVNÍHO VZDUCHU

PELTIERŮV ČLÁNEK. Materiály pro elektrotechniku. Univerzita Pardubice Fakulta elektrotechniky a informatiky. Laboratorní cvičení č.

Vstupní otáčky. Výstupní otáčky

PELTIERŮV ČLÁNEK. Materiály pro elektrotechniku. Univerzita Pardubice Fakulta elektrotechniky a informatiky. Laboratorní cvičení č.

3 Základní modely reaktorů

Referenční příručka. Příprava a plnění s předem připojenou hadičkou

Tepelná kapacita = T. Ē = 1 2 hν + hν. 1 = 1 e x. ln dx. Einsteinův výpočet (1907): Soustava N nezávislých oscilátorů se stejnou vlastní frekvencí má

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ VĚTRACÍ SYSTÉMY OBYTNÝCH DOMŮ BAKALÁŘSKÁ PRÁCE FAKULTA STROJNÍHO INŽENÝRSTVÍ ENERGETICKÝ ÚSTAV

CT-933 NÁVOD K POUŽITÍ CT BRAND. Obsah PÁJECÍ STANICE

Měření teploty v budovách

NÁVOD K POUŽÍVÁNÍ PU 590 ANALOGOVÝ MĚŘIČ IZOLAČNÍCH ODPORŮ PRO IZOLOVANÉ SÍTĚ IT.

Zpráva o měření. Střední průmyslová škola elektrotechnická Havířov. Úloha: Měření výkonu. Třída: 3.C. Skupina: 3. Zpráva číslo: 8. Den:

MĚŘENÍ TEPELNÉ VODIVOSTI A KALIBRACE TERMOČLÁNKU

ELEKTRICKÝ PROUD V KOVECH. Mgr. Jan Ptáčník - GJVJ - Fyzika - Elektřina a magnetismus - 3. ročník

Technický list pro tepelné čerpadlo země-voda HP3BW-model B

1.2. Postup výpočtu. , [kwh/(m 3.a)] (6)

ANALÝZA VZTAHU DVOU SPOJITÝCH VELIČIN

Měření účinnosti rychlovarné konvice

Otto DVOŘÁK 1 NEJISTOTA STANOVENÍ TEPLOTY VZNÍCENÍ HOŘLAVÝCH PLYNŮ A PAR PARABOLICKOU METODOU PODLE ČSN EN 14522

NÁVOD K OBSLUZE. Zimní sada SWK-20

THERM PRO 14 KX.A, XZ.A

STANOVENÍ VLASTNOSTÍ AERAČNÍCH ZAŘÍZENÍ

Matematické modelování ve stavební fyzice

THERM 20 LXZE.A 5, TLXZE.A 5 THERM 28 LXZE5.A, TLXZE5.A THERM 28 LXZE10.A, TLXZE10.A

Elektrárny A1M15ENY. přednáška č. 5. Jan Špetlík. Katedra elektroenergetiky, Fakulta elektrotechniky ČVUT, Technická 2, Praha 6

6. Demonstrační simulační projekt generátory vstupních proudů simulačního modelu

TEPELNÉ ÚČINKY EL. PROUDU

Návod k obsluze a montáži

Ivana Linkeová SPECIÁLNÍ PŘÍPADY NURBS REPREZENTACE. 2 NURBS reprezentace křivek

Účinnost tepelného stroje

5. MĚŘENÍ TEPLOTY TERMOČLÁNKY

Návod k obsluze. Konstrukce a technické parametry:

Univerzita obrany. Měření na výměníku tepla K-216. Laboratorní cvičení z předmětu TERMOMECHANIKA. Protokol obsahuje 13 listů. Vypracoval: Vít Havránek

Fyzikální praktikum...

THERM 17 KD.A, KDZ.A, KDZ5.A, KDZ10.A

Elektrická měření pro I. ročník (Laboratorní cvičení)

Obrázek 8.1: Základní části slunečního kolektoru

Montážní a servisní manuál. Sentinel Kinetic REKUPERAČNÍ A VENTILAČNÍ SYSTÉM PRO CELÝ DŮM. Kinetic B Kinetic Plus B

ARITMETICKOLOGICKÁ JEDNOTKA

CHYBY MĚŘENÍ. uvádíme ve tvaru x = x ± δ.

TEPLOVZDUŠNÝ MODEL Fotorezistor Ochranný tunel

Euromaxx. Plynový závěsný kotel nezávislý na přívodu vzduchu z místnosti ZWC 24-1 MFA 23 ZWC 24-1 MFA 31 ZWC 28-1 MFA 23 ZWC 28-1 MFA 31

Typ UCE0 (V) IC (A) PCmax (W)

Uživatelský návod. Kondenzační jednotky Fuji Electric General pro připojení k výparníku VZT jednotky

Účinky elektrického proudu. vzorová úloha (SŠ)

STANOVENÍ TOPNÉHO FAKTORU TEPELNÉHO ČERPADLA

THERM PRO 14 KX.A, X.A, XZ.A THERM PRO 14 TKX.A, TX.A, TXZ.A

Transkript:

Pelterův článek jako tepelné čerpadlo Pelterův článek je založen na termoelektrckém jevu. Termoelektrcký jev je vyvolán průchodem elektrckého proudu přes dva různé materály zapojené do sére, čímž vznká na obou materálových spojích rozdílná teplota (termogenerátor) nebo naopak může být vyvolán rozdílem teplot na materálových spojích, čímž vznká elektrcký proud (generátor proudu, např. termočlánek). Pelterův článek se vyrábí ve formě jednotlvých polovodčových elementů uspořádaných do batere, aby se zesíll účnek termoelektrckého jevu. Polovodčové elementy jsou typu P a N a mají tvar krátkých sloupečků. Dvojce sloupečků jsou na obou koncích spojeny měděným destčkam (vz obrázek). Průchodem proudu se protlehlé strany Pelterova článku dostávají na odlšné teploty (teplá a studená strana). Vzhledem k velm malé výšce polovodčových sloupečků (několk mlmetrů) je obtížené obě strany od sebe tepelně oddělt - sloupce polovodčů tak tvoří tepelné mosty, čímž snžují účnnost článku zejména př větších rozdílech teplot. Se vzrůstajícím rozdílem teplot klesá účnnost článku (největší hodnota účnnost je proto př nulovém rozdílu teplot, podobně jako u kompresorových tepelných čerpadel. Obrácením směru proudu s obě strany článku vymění teploty (z teplé strany se stane studená a naopak). Pelterův článek lze využít jak ke chlazení, tak k topení. Článek funguje tak, že studená strana odnímá teplo z okolí a předává je teplé straně, která přjímá energ z elektrckého napájení. Dochází tak k přečerpávání tepla ze studené strany na teplou, což je podporováno příkonem elektrcké energe Po. Změříme-l výkon teplé strany P, můžeme ocent účnnost topení (topný faktor ) pomocí podílu výkonu ku příkonu: P (1) Po Pelterův článek má ve srovnání s kompresorovým tepelným čerpadly menší topný faktor a poměrně velkou spotřebu elektrcké energe. Má však také určté přednost ve srovnání s nm, a to naprostou bezhlučnost, nulové vbrace a protože nemá žádné mechancké část, je rovněž provozně spolehlvější (bezporuchový). V zařízeních, která vyžadují elmnac hlučnost a vbrací je proto upřednostňován za cenu větší spotřeby elektrcké energe. 1

Úkol: Vyšetřete hodnotu topného faktoru Pelterova článku. Pops měření: K dspozc je upravený Pelterův článek: na studené straně je opatřen chladčem s ventlátorem, na teplou stranu je postavena nádobka ze sltny hlníku, manganu a křemíku 1 1 ( m Sl 0,25 kg, c Sl 880 Jkg K ) zolována kolem obvodového pláště polystyrénem (termoska s odkrytým dnem). Chladč zastupuje funkc venkovního prostoru se stablní teplotou, odkud se čerpá teplo, termoska zastupuje funkc domácího výměníku, kam se teplo ukládá. Termoska se naplní dvěma sty mlltry destlované vody ( m H, 2O 0,20 kg 1 1 c H 4200 K ). Teplá strana Pelterova článku dodává teplo do vody a současně 2 O Jkg pokrývá teplo, které unká přes polystyrénovou zolac o ploše S =0,032 m 2, ťloušťce 0,025m, tepelné vodvost 0,051 Wm -1 K -1 a tepelném odporu R 0,125 0, 025/ 0,051 0,125 0, 74 m 2 K/W. Tepelné únky ve Watech jsou dány následovně: T t S 0,039 ( T To ) (Watt) (2) R Po zapnutí proudu se kontnuálně po 5 mnutách odečítá teplota teplé strany ( T ) a studené strany ( t ) a hodnota proudu I a napětí U. Elektrcký příkon Po je dán součnem proudu a napětí: P o U I (Watt) (3) Výkon P Pelterova článku je oceňován teplem akumulovaným v termosce v rámc pětmnutových ntervalů ( 5 60 300 s) pomocí kalormetrcké rovnce: P csl mh ) ( ) 2O ch 2O T T 0,039 ( T To ),534( T T ) 0,039 ( T T ) (Watt) (4) ( msl 1 3 1 o kde ( T T 1) je zvýšení teploty teplé strany v rámc pětmnutového ntervalu a ( T To ) je rozdíl mez teplotou teplé strany T a okolní teplotou To. Do energetckých úvah nezahrnujeme spotřebu ventlátoru u chladče, neboť v prax by jeho úlohu plnla nucená konvekce (tj. vítr) venkovního prostoru, do kterého by byl umístěn chladč bez ventlátoru. Topný faktor pro každý pětmnutový nterval získáme z rovnce (1). Pomůcky: a) Upravený Pelterův článek b) Voltmetr (Metex na rozsahu 20V ss) c) Ampérmetr (Metex na rozsahu 20A ss) d) Odměrný válec (>250ml) e) Stopky nebo hodnky s vteřnovým odečtem Důrazné upozornění: Pokud přebíráte pracovště po předchozím měření, je nutné vyměnt zahřátý chladč za náhradní, který je přložen na základní desce a má pokojovou teplotu. Pokud je termonádobka zahřátá z předešlého měření, je nutné j propláchnout několkrát destlovanou vodou pokojové teploty, aby se nádobka co nejvíce přblížla pokojové teplotě. Měření nezahajujte, pokud nebude zaručena pokojová teplota na obou částech zařízení. Není-l možné dostatečně 2

rychle zařízení ochladt, je přípustný malý rozdíl teplot nepřesahující 0,5 o C - vyhnete se tak zkresleným výsledkům. Postup měření: a) Do termo-nádobky naljte přesně 200 ml destlované vody o pokojové teplotě. Na dně z vnější strany termo-nádobky je přpevněn Pelterův článek (typ TEC1-12714S). Termonádobku opatrně uzavřete polystyrénovým poklopem s vestavěným teploměrem a postavte j na chladč. Chladč má v sobě zabudovaný teploměr, který přblžně měří teplotu chladné strany Pelterova článku. b) Zapněte venkovní ventlátor chladče. c) Nechte ustált teploty obou stran článku (tj. teploty obou teploměrů) tak, aby byly co nejblíže pokojové teplotě. Maxmální vzájemná dference obou teploměrů nesmí být větší jak 0,5 o C, jnak nebudou zaručeny korektní startovní podmínky a výsledky budou zkreslené (nžší hodnoty topného faktoru). Snažíme se zjstt maxmální hodnotu topného faktoru, která nastává př nulovém rozdílu teplot obou stran článku, a z toho důvodu musíme startovat s mnmálním teplotním rozdílem. e) Po ustálení teplot obou teploměrů zapšte jejch počáteční hodnoty (tj. hodnoty teplé a studené strany Pelterova článku). Přpojte vývody článku k napájecí krabc. f) Zapněte elektrcké napájení a hned nastavte hodnotu napětí 2 Volty (během měření budou hodnoty napětí a proudu mírně kolísat). Během celého dalšího měření jž napětí neměňte. g) Vyčkejte 5 mn. a v poslední půlmnutě tohoto ntervalu odečtěte teploty T, t obou teploměrů a také hodnoty napětí U a proudu I. h) Po uplynutí každých 5 mnut operace popsané v bodě g) kontnuálně opakujte, a to alespoň desetkrát. Je nutné, aby všechny pětmnutové ntervaly na sebe navazovaly bez přerušení. Hodnoty zapsujte do předem přpravené tabulky (vz příklad měření uvedený na konc tohoto textu). Zpracování naměřených údajů: a) Vypočítejte topné faktory pro všechny pětmnutové ntervaly měření. b) Sestrojte graf f T ), tj. závslost topného faktoru na rozdílu teplot teplé a ( studené strany Pelterova tepelného čerpadla T ( T t ). c) Na grafech vyznačte mez, kdy př daném napětí přestává být Pelterův článek efektvním topdlem a v dskus vysvětlete, jak jste tuto mez stanovl a jaká hodnota T ( T t ) této mez přísluší. Je třeba se také zmínt o tom, že není kompenzován vlv paraztních polovodčových tepelných můstků, což ve svém důsledku snžuje hodnotu topného faktoru, která by v deálním případě byla větší než ta, kterou lze daným zařízením naměřt. d) Vyjádřete svůj názor, zda by Pelterovy články byly využtelné v prax jako tepelná čerpadla. V současné době někteří tepelní technc uvažují o jejch využtí (vz http://www.forschung-burgenland.at/en/energy-envronment/pelter-heat-pump/ ). Příklad, jak lze úlohu měřt na další straně. 3

Tab. 1 Pelterovo tepelné čerpadlo - měřeno př konstantím napětí 2V, se započítáním tepelných únků. Čas t mn Tepl. T o C Stud. t o C T T t P 3,534( T T 1) U I P o P o C 0,039 ( T To ) V A UI Po W W 0 22,5 22,25 - - - - - - 5 26,5 21,15 5,35 14,292 1,98 2,74 5,425 2,634 10 30 21,05 8,95 12,661 1,95 2,83 5,603 2,260 15 32,95 21,65 11,3 10,833 1,93 2,9 5,597 1,935 20 35,5 22,0 13,5 9,519 1,92 2,95 5,664 1,693 25 37,9 22,75 15,15 9,082 1,90 3,01 5,719 1,588 30 40 23 17 8,104 1,89 3,05 5,764 1,406 35 41,6 23,15 18,45 6,399 1,88 3,09 5,809 1,102 40 43,1 23,95 19,15 6,104 1,87 3,12 5,834 1,046 45........................ 50........................ 4

Nepovnná část Následující měření byly prováděny bez započítání tepelných ztrát na teplé straně Pelterova tepleného čerpadla. 5

Z předešlých tří grafů je vdět, že s rostoucím konstantním napájením Pelterova tepelného čerpadla lze dosáhnout šršího teplotního ntervalu, ve kterém je tepelné čerpadlo ještě účnné ( 1). Př 2 voltech byla šířka ntervalu 16 stupňů, př 3 voltech 23 stupňů a př 4 voltech 27 stupňů. Jestlže započteme tepelné únky na teplé straně, dojde ještě k dalšímu rozšíření těchto ntervalů. Na rozdíl od kompresorového tepelného čerpadla má Pelterovo čerpadlo možnost měnt příkon energe zvyšováním napětí. Lze tedy topné faktory také měřt př postupně rostoucím napětí, jak ukazuje následující graf. Nutno ovšem poznamenat, že takto určované topné faktory mají poněkud odlšnou nterpretac ve srovnání s faktory měřeným př konstantním příkonu. 6