Элементы Пельтье в системе отопления

На 5-й странице я описывал свои эксперименты. Выгода от пельтье только при маленькой дельте. Если для обогрева зимой, то проще тэны на 12 вольт.

 

Для нагрева не нужно переводить 12В в 220, не нужно аккумуляторов, но инвертер для питания насоса и насос на 220В предполагаю дешевле, чем искать насос на 12В. Но провода потребуются сварочные, поскольку от 12в получить 2кВт можно только при токе 166 А.
Экономичнее соединить солнечные батареи последовательно, поднять напряжение хотя-бы до 48 В и использовать ТЭН мощностью (при 220В) 42 кВт. Это выйдет гораздо дешевле, да и на проводах экономия будет, поскольку потребуется пропускать только 42 А.
Элементы Пельтье - это миниатюрный тепловой насос, прикрепив его к батарее, в идеале мы получим на нём лёд, а батарею более горячей, за счёт охлаждения воздуха в комнате. За счет потерь в элементе теплее в комнате таки станет. Но потратившись на приобретение этих самых недешёвых элементов, производящих бесполезную работу. ТЭН дешевле в сотню раз.
Но вот если нужен холодильник с одной стороны и нагреватель с другой - то тут элементы окажутся на своем месте.

 

При нагеве пая имеем электрнергию, при подаче эл-гии на концы один получаем пренос тепла те теплую и холодную сторону. Кпд тепло холод на затраченную э\ю смешное. Нельзя и холодный спай и э/ю или обеспечиваем разность температур и тогда бонус э/я или трати э/ю тогда имеем холодный конец.

 

Кпд на холодный конец просто смешной используют только, если нет возможности поставить компрессор. Вот поставив на печку можно получить э/ю для насоса и сделать всю систему энергонпзависимой

 

Как насчет использования ЭП в качестве рекуператора воздуха в системе вентиляции? Исходящий воздух пропускаем по холодной стороне, а входящий по горячей. Если расположить их по порядку в виде длинной трубы, то по ходу трубы дельта будет достаточно низкой.

 

Вчера как раз об этом подумал и написал калькулятор элементов Пельтье в системе рекуперации воздуха. Можно добавлять хоть сотню последовательных элементов: ТЭН, теплообменник-рекуператор и сами Пельтье. Можно сравнивать с другими системами типа котёл+открытые форточки. Выбирать мощность Пельтье от 25 до 100%. КПД блока питания не учтён, всё равно тепло от него пойдёт в дом.

https://roboclimate.ru/calc/calculator-elementov-peltier-v-sisteme-otopleniya.-rekuperator-ventilacii,-ten,-kpd/

Выводы:
1. Если ставить рекуператор (теплообменник) и Пельтье, то рекуператор надо ставить со стороны улицы.
2. ТЭН в любом случае лучше ставить ближе к дому.
3. Если у рекуператора КПД близок к 100% и не надо охлаждаться летом, то Пельтье бесполезны. В таком случае рекуператор тратя 0 энергии даёт 100% разницы температур. Пельтье чтобы догнать его должны работать с бесконечным КПД.
4. Если ставить много Пельтье подряд, то дальше от дома следует использовать их на меньшую силу, например, на 25%, а чем ближе к дому, мощность усиливать. Дело в том, что ближе к дому разница температур падает, а потом и вовсе обратка теплее подачи и требуется всё больше мощности, чтобы преодолеть эту разницу температур.
5. Получать электроэнергию на рекуперации через Пельтье для отопления по моим расчётам тоже не получается, это как рекуператор с КПД 2*20%.
6. Если рекуператора нет, а выбор стоит между ТЭНом и Пельтье и разница температур небольшая, то есть смысл пробовать. Например, для охлаждения микросхем или отогрева уличных сенсорных экранов.

В системе обновления воздуха в здании фантастическую эффективность показывают обычные пассивные теплообменники, их и надо использовать, в них и надо вкладываться, они окупятся.

PS

Если хочется поиграться - закопайте длинную трубу от подпола дома под землёй наружу, а внутри неё пропустите много тонких трубок. Вот и получится рекуператор-теплообменник с уклоном для слива конденсата, использующий бесплатную энергию земли в морозы для согрева и летом для кондиционирования.

 

Мне видится принцип работы теплообмена следующий на элементах Пельтье, по срезу напоминающий шахматную доску, где каждая воздуховодная камера нагревается или охлаждается за счет поверхностей 4 элементов Пельте. Камеры чередуются по горизонтали -теплая холодная, по диагонали только холодная или только теплая. Воздушный поток всегда направлен под небольшим углом для максимального сопрокосновения с поверхностью элементов, но при этом не создавая аэродинамический барьер.

Задача с помощью подобной конструкции в режиме рекуперации тепла (или нагрева) сохранить тепло, в режиме охлажления сохранить холод. Вентиляция осуществлятся в разных режимах (интенсивность работы кулеров).
Также есть возможность отключения режима рекуперации, в этом случае элементы могут генерировать электроэнергию за счет разницы температур, если таковая имеется, для автономной работы вентиляторов.

Эффективность теплообмена можно повысить за счет ультразвукового парогенератора с небольшим циклом рециркуляции воздуха в теплобменнике.
Система весьма компактная и способная работать в транспортном средстве, монтироваться в стену и т. п.
Не вижу смысла в промышленных установках на элементах Пельте, если говорить о вентиляционных системах.
Есть сомнения в надежностси подобной системы в режиме минусовых температур за бортом, год-два и и выйдет система из строя. Это предположение. Хотя если сделать съемный теплобменник, обслуживаемый, то грош ему цена.

Для мощных установок пусть компрессоры работают - сжимают воздух, нагревая его, отбирают тепло в сжатом состоянии и выбрасывают его, для режима сохранения, аккумуляции тепловой энергии. можно ли мини-установку подобную создать -видимо, можно, главное, чтобы не шумела и равномерно подавала воздух, это уже сложно для компрессора.

 

Это какие пассивные теплообменники воздух-воздух (рекуператоры) показывают высокий КПД и за счёт чего? Что Вы понимаете под КПД 100%, без тепловых потерь ? То есть если снаружи воздух 0 градусов, а внутри 20 градусов, то вы будете вытягивать на улицу воздух 0 градусов (без учёта теплопотерь на работу вентиляторов)? Для пассивного теплообмена это невозможно.

Смешайте два одинаковых объема воздуха одинаковой влажности и вы получите 10 градусов, а в теплообменнике не смешивание, а теплообмен через стенки, то есть эффект ещё ниже. То бишь на улицу вытягивать самый лучший обычный рекуператор будет воздух температурой выше 10 градусов при входящем в рекуператор воздухе 0 градусах.

Повысить КПД рекуперации можно только посредством дополнительных технологий - компрессора с теплообменном, элементов Пельтье и т. п.

Меня эта тема тоже интересует.

 

непонятные вводные в калькуляторе дают такие же далёкие от понятности результаты

 

Баловался сегодня с пельтешками.
Вводные: элементы TEC 12705 2 шт, подключены параллельно к БП на 12В через регулятор DC/DC, подаваемое напряжение гуляло от 8,3 до 9,3В, ток в основном был около 4,2А, иногда падал до 2,3А, имею подозрение что один из ЭП периодически отключался. В общем времени опыта такие падения составили незначительный период, поэтому ими пренебрегаю, хотя это и не вполне верно, но для опыта на коленке сгодится К обеим сторонам ЭП были через термопасту присоединены два проточных водоблока из алюминия, подача воды в каждый из них осуществлялась маленькими аквариумными насосиками из 10-ти литровых пластиковых ведер с водой, в которые было налито по 8 литров чтобы не плескалось Термоизоляция вёдер не делалась, Т окр. среды 23,5 градуса.
На начало эксперимента Т воды составляла 22,9 и 23 градуса. Замеры делал каждые 15 минут.
В итоге, после полутора часов работы этого девайса получилось, что в одном ведре вода нагрелась до 34,9 градусов (дельта 12 градусов), в другом охладилась до 18, 9 градуса (дельта 4,1 градуса). Таким образом, нагревательная способность ЭП втрое выше, чем охлаждающая, без учёта влияния внешней среды.

Теперь в цифрах.
1) за время опыта затрачено 0,057 кВт*ч электроэнергии
2) из охлаждаемой воды извлечено 0,038 кВт*ч
3) на нагрев воды до указанной дельты требуется 0,111 кВт*ч. Таким образом, профит на нагрев по параметру электроэнергия/тепло почти двукратный.
Несхождение в размере 0,016 кВт*ч может быть вызвано нагревом/охлаждением подводящих трубок и нагревом насосов, качающих воду.

В принципе, если поколдовать с компоновкой и режимами работы ЭПшек, то вполне можено собрать что-то годное даже на китайщине.

Спасибо за внимание.

 

Отчёт по сегодняшнему баловству
Один ЭП из вчерашнего опыта умер (цепь разорвана, ток в цепи 0), выяснять который из них было лень, поэтому просто заменил оба на элементы 12706, соединённые последовательно. Вместо погружного термометра, который очень медленно думает, использовал пирометр для зкамера температуры стенки ведра. Понятно, что расхождения между этими приборами есть, но действительно лень бултыхать в ведре градусник минуты 3, пока показания устаканятся. Весь остальной сетап без изменений.
Вводные: Т окр. среды 22 градуса, Т воды 20,6 и 20,7 градусов, напряжение на ЭП 10В, ток в начале опыта 2,02А, в конце 1,88А, понижение тока постепенное и происходило само по себе. Измерения каждые 15 минут на протяжение часа.
В ведре с циркуляцией через горячий теплообменник температура поднялась до 26,8 градусов (дельта 6,2 градуса), в ведре с циркуляцией через холодный теплообменник 18,1 (дельта 2,6 градуса). Снова примерно трёхкратная разница тепло/холодопроизводительности.

Теперь в цифрах.
1) за время опыта затрачено 0,019 кВт*ч электроэнергии
2) из охлаждаемой воды извлечено 0,024 кВт*ч
3) на нагрев воды до указанной дельты требуется 0,058 кВт*ч. Таким образом, профит на нагрев по параметру электроэнергия/тепло почти трёхкратный. Показатель лучше, чем при параллельном соединении ЭП, при том, что потребляемая мощность ниже примерно вдвое.

Несхождение в размере 0,014 кВт*ч может быть вызвано влиянием окружающей среды и нагревом насосов, перекачивающих воду.

В планах дождаться доставки жидкостного радиатора с кулером и опыт с охлаждением горячего термобака через этот радиатор.

Спасибо за внимание.

 

Сегодня удалось подольше погонять сборку, результаты в графическом виде
между предпоследним и последним измерением прошел час, поэтому график нагрева так скакнул визуально.

 

наверное можно сделать несколько ступеней с маленькой дельтой в каждой из них

 

Здравствуйте всем. Продолжение игрищ с ЭПшками
Подключил сегодня сборку к БП на 24 в и накрутил через регулятор 19,6В, 4А.
Получилось получить дельту температур больше (19,3 по горячей и 8,1 по холодной воде), но эффективность нагрев/электричество упала более чем вдвое и составила 78,2%. Так же пришлось ставить обдув на радиаторы регулятора напряжения, иначе грелось очень прилично. Ток падал всё время проведения измерения.

Графики результатов:

 

Продолжаю, как одинокий акын в степи, петь свою Песнь об элементах Пельтье
Приехал из поднебесной водяной радиатор с кулером и тестовая сборка была переделана. Холодный контур по прежнему охлаждает воду в ведре, а горячий контур остужается радиатором, подключенным через трубки с насосом к "горячему" водобаку. Соединение ЭП последовательное.
Забегая вперёд, хочу сказать, что результаты получились довольно странные и пока я не могу однозначно выявить причину подобного эффекта.
По горячему контуру максимальная дельта от температуры окружающей среды при замере на радиаторе составила 10 градусов, по холодному максимальная дельта относительно начальной температуры составила 6,7 градуса.
Выставил питание на 2 ампера, напряжение вначале опыта было 10 В, в конце поднялось до 11,1 В.
Замеры производились как и ранее с интервалом 15 минут.

Вот такой вот забавный график получился по итогам эксперимента.
Синхронность колебаний обоих графиков наводит на размышления о нестабильности работы какого-то из электрических компонентов - блока питания, регулятора напряжения или самих ЭП.
Видно, что после 2 часов работы, установка вышла на некое плато и колебания графиков сильно уменьшились.
Если имеются мысли, с чем могут быть связаны такие качели, с интересом ознакомлюсь.
Спасибо за внимание.