身体的

来自寒冷的热点

更好地恢复环境中的热量而不是生产它。这是“逆流交换机”和“热泵”。

Jean-Michel Courty和Edouard Kierlik 对于Science N°316
本文保留用于科学用户

在北极的冰水中,如果其特定的生理学没有减少热损失,密封体会很快地冷却。因此,进化已经提供了血管换热器的动物,其通过冷却流向翅片的动脉血液来温暖静脉血液返回心脏。热交换器提供冷身,几乎所有多余的热量都包含在热身中。虽然简单的热触点等于两个体的温度,但是一款精心设计的逆流交换机管理以交换它们。热泵成功更好:它从较冷的身体的热量提取而不是收到它的人!这些转移是怎么回事?

反流式交换机

在逆流交换器中,热转印通过在相反方向上流动的两个流体之间的接触来完成,如在用于空气壳体组件的大型交换机中。这些器件用纯空气更换自豪感和温暖的室内空气......

几乎很热。由风扇推进,空气质量在管道内循环,其中管道疏散室内热空气(例如,在20℃)的管道与外部冷空气(例如在0°vs时)接触。进入交换器,冷空气已经达到已经冷却的甲型空气的热接触,因为在路线结束时。随着它的进展,外部空气通过更多和最热门的地区。就在退出之前,它完成了预热室内空气在20°C的热接触,刚进入交换器。为了流动的热量,在整个过程中保持足够的温差(约1°C),因此空气在19℃下出现。

通过100平方米的公寓的情况说明了交换器的优点。如果一个替换每小时的每小时,则在0°C的新鲜空气下20℃下的250立方米的空气接下来,需要加热功率1.7千瓦。另一方面,小于90瓦足够(电灯泡的消耗),热交换器能够通过被排出的空气再加热来回进入空气。

腿上的交换机

反流式交换机广泛用于行业,例如在核电站中,我们希望恢复通过进入反应器核心的主电路的热能并且是放射性的。它也存在于自然界中,例如在血管系统的密封件,海豚和寒冷国家的鸟类中。本性选择了该逆流系统说明了其有效性:例如,在北极禽类中,导致血管与腿部的血液相密接触。这避免了光泽的静脉血液回到身体。

在水生哺乳动物和人类中,成员的动脉仅对关节影响到地面,只有一个人可以“采取脉冲”;这些动脉被深静脉包围,血液从中恢复到心脏时返回(当它很热时,血液通过浅层静脉)。

当在我们手中循环的血液在20°C时冷却时,当静脉返回时,通过与通常的37℃的动脉接触逐渐加热。

热泵的壮举

热泵完成了一个壮举:它提取来自热源的热量,而是一个较冷的源。该装置根据与冰箱相同的原理操作。在要拍摄热量的区域(例如,气氛),液体被泵送低压蒸发。为此,它吸收大量的热量:蒸发的潜热。这通过冷介质(再次冷却)中的热交换器去除,例如,外部空气。由压缩机吸出,气体在压力下注入电路的一部分中。该压缩液化在第二交换器中,其中该液化释放先前吸收的潜热。由此形成的液体通过低压区域中的调节器引入,并且循环再次开始。

因此,热传递从寒冷到热的这次发生。在什么费用?唯一的能源支出是压缩机喂养能量。热力学的第二原理施加了最小能量供应:房屋接收的热量与供应(电气)的热量之间的比例小于热弹簧(房屋)的绝对温度(如塞尔文中测量)的商冷热源之间的温度差异。

对于20°C的热源和0°C的冷源,因此能量效率等于293个开塞尔汀(20°C),其分开20,为每种焦耳提供的电力接收到几乎15焦耳的热能。在实践中,器件的缺陷不会实现最大能量效率:热泵带来的热量仅比消耗的能量大4倍。然而,作为一个比较,请记住,由于电热的抵抗力而焦耳耗散,仅提供一个独特的加热焦耳......

由于热泵的有效性越来越越大,因为冷热弹簧之间的温差最小,因此似乎优选在地面而不是在大气中加热。深入地下温度的几米在10°C和16°C之间变化,在房屋内接近约20°C的值。热泵与土壤之间的交换通过携带传热流体,例如水/二醇混合物的地下管道网络进行。由于热泵是一种冷却外部的冰箱,因此也可以构建在两个方向上操作的泵,因此能够冷却内部。在夏季,这样的泵然后从房屋中提取愈合能量以将其放入地下室,加热几度(约5℃)。这种热量在管道周围慢慢扩散,它在附近保持几个月。如果采取预防措施足以使埋地管足够避免破坏地下室的热平衡,储存夏季的热量以在冬季重用它。

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