Термоэлектрическая акклиматизация

Термоэлектрическая акклиматизация зависит от способности ячейки Пельтье поглощать тепло с одной стороны и отводить тепло с другой. ^{[ 1 ]} Следовательно, их можно использовать для отопления. ^{[ 2 ]} с одной стороны и охлаждение с другой ^{[ 3 ]} и как система контроля температуры. ^{[ 4 ]}

Тепловой насос с ячейками Пельтье

Типичный тепловой насос на основе ячеек Пельтье можно использовать путем соединения термоэлектрических генераторов с фотоэлектрическими панелями с воздушным охлаждением , как это определено в докторской диссертации Александры Тедеби. ^{[ 5 ]} Рассматривается система с воздушной установкой, обеспечивающая возможность обогрева с одной стороны и охлаждения с другой. ^{[ 6 ]} Изменение конфигурации позволяет проводить как зимнюю, так и летнюю акклиматизацию. ^{[ 7 ]} Ожидается, что эти элементы станут эффективным элементом для зданий с нулевым энергопотреблением в сочетании с солнечной тепловой энергией и фотоэлектрическими источниками энергии. ^{[ 8 ]} в частности, для создания лучистых тепловых насосов на стенах зданий. ^{[ 9 ]}

Следует отметить, что этот метод акклиматизации обеспечивает идеальную эффективность во время летнего охлаждения в сочетании с фотоэлектрическим генератором. Циркуляцию воздуха можно также использовать для охлаждения фотоэлектрических модулей.

Наиболее важным инженерным требованием является точная конструкция радиаторов. ^{[ 10 ]} оптимизировать теплообмен и минимизировать гидродинамические потери.

Термодинамические параметры

Эффективность можно определить по следующему соотношению:

$\eta ={\frac {T_{C}-T_{H}}{T_{C}}}$

где $T_{C}$ – температура охлаждающей поверхности и $T_{H}$ – температура поверхности нагрева.

Ключевые энергетические явления и причина определения конкретного использования термоэлектрических элементов (рис. 1) в качестве теплового насоса заключаются в потоках энергии, которые позволяют реализовать эти элементы: ^{[ 11 ]}^{[ 12 ]}

Проводящая мощность ${\dot {Q}}_{L}$ : ${\dot {Q}}_{L}={\frac {L}{d}}S(T_{H}-T_{C})$
Тепловой поток на холодной стороне ${\dot {Q}}_{C}$ : ${\dot {Q}}_{C}=\alpha IT_{C}-{\frac {I^{2}R}{2}}-{\frac {k}{d}}A\Delta T$
Тепловой поток на горячей стороне ${\dot {Q}}_{H}$ : ${\dot {Q}}_{H}=\alpha IT_{C}+{\frac {I^{2}R}{2}}-{\frac {k}{d}}S\Delta T$
Электроэнергия ${\dot {E}}_{EL}$ : ${\dot {E}}_{EL}=\alpha IT_{C}+I^{2}R$

Где используются следующие термины: $\Delta T=T_{H}-T_{C}$ , $I$ электрический ток ; α коэффициент Зеебека ; R Электрическое сопротивление , S площадь поверхности , толщина ячейки d и k теплопроводность .

Эффективность системы заключается в следующем:

Эффективность охлаждения: $\eta _{C}={\frac {\dot {Q_{C}}}{{\dot {E}}_{EL}}}$
Эффективность нагрева: $\eta _{H}={\frac {\dot {Q_{H}}}{{\dot {E}}_{EL}}}$

COP можно рассчитать по Каннистраро. ^{[ 13 ]}

Окончательное использование

Термоэлектрические тепловые насосы можно легко использовать как для местной акклиматизации, так и для устранения локальных дискомфортных ситуаций. ^{[ 14 ]} Например, термоэлектрические потолки сегодня находятся на продвинутой стадии исследований. ^{[ 15 ]} с целью повышения комфорта в помещении , по мнению Фангера, ^{[ 16 ]} например, те, которые могут появиться при наличии больших застекленных поверхностей, а также для акклиматизации небольших зданий в сочетании с солнечными системами. ^{[ 17 ]}^{[ 18 ]}

Эти системы имеют ключевое значение для создания новых пассивных зданий с нулевым уровнем выбросов из -за очень высокого значения COP. ^{[ 19 ]} и следующие высокие характеристики за счет точной эксергетической оптимизации системы. ^{[ 20 ]}

На промышленном уровне термоэлектрические устройства для акклиматизации находятся в стадии разработки. ^{[ 21 ]}

Ссылки

^ ЛЕ (2008). Охлаждение, обогрев, выработка электроэнергии и утилизация отработанного тепла с помощью термоэлектрических систем. Наука, 321 (5895), 1457–1461. http://engin1000.pbworks.com/f/TE_rev.pdf
^ «Пельтье для нагрева, да, НАГРЕВ! — Разгон» . Аппаратное обеспечение Тома .
^ Немати А., Нами Х., Яри М., Ранджбар Ф. и Колвир Х.Р. (2016). Разработка эксэргоэкономической модели для анализа и многокритериальной оптимизации термоэлектрического теплового насоса. Преобразование энергии и управление , 130 , 1-13. [1]
^ Маннелла Г.А., Ла Каррубба В., Брукато В. (2014). Ячейки Пельтье как элементы контроля температуры: Экспериментальная характеристика и моделирование. Прикладная теплотехника 63(1): 234-245. http://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2013.10.069
^ Александра Тедеби, Отопление и охлаждение с помощью элементов Пельтье на солнечной энергии, докторская диссертация, Департамент энергетического планирования, Отдел эффективных энергетических систем, Инженерный факультет, Лундский университет http://www.ees.energy.lth.se/fileadmin/ees/Publikationer/2014/Ex5308-AlexandraThedeby-HeatingAndCoolingWithSolarPoweredPeltierElements....pdf
^ Мартин-Гомес, К., Ибаньес-Пуй, М., Бермедхо-Бусто, Дж., Сакристан Фернандес, Х.А., Рамос, Х.К., и Ривас, А. (2016). Прототип термоэлектрического охлаждающего нагревателя. Строительные услуги, инженерные исследования и технологии , 37 (4), 431-449. [2]
^ Йылмазоглу, МЗ (2016). Экспериментальное и численное исследование прототипа термоэлектрической нагревательно-охлаждающей установки. Энергия и строительство, 113, 51–60. [3]
^ Лю З., Чжан Л., Гонг Г., Ли Х. и Тан Г. (2015). Обзор технологий солнечного термоэлектрического охлаждения для использования в зданиях с нулевым энергопотреблением. Энергия и строительство, 102, 207–216. [4]
^ Хире, Р.А., Мессак, А. и Ван Дессель, С. (2005). Проектирование термоэлектрического теплового насоса для систем активных ограждающих конструкций. Международный журнал тепломассообмена , 48 (19–20), 4028–4040. https://messac.expressions.syr.edu/wp-content/uploads/2012/05/Messac_2005_JHMT_ABE.pdf
^ Транкосси, М., Паскоа, Дж. (2020). Проектирование вентилируемых радиаторов с перекрестным потоком. Моделирование, измерение и контроль C, Vol. 79, № 3, стр. 90-97. https://doi.org/10.18280/mmc_c.790305
^ Джугсудзинда, С., Воро, А., и Ситаван, Т. (2011). Анализ работы термоэлектрического холодильника. Проседиа Инжиниринг, 8, 154–159. https://www.researchgate.net/publication/251716178_Analyzing_of_Thermoelectric_холодильник_Performance
^ Голдсмид, HJ (2016). Теория термоэлектрического охлаждения и генерации. В «Введении в термоэлектричество» (стр. 9–24). Шпрингер, Берлин, Гейдельберг.
^ Каннистраро М. и Транкосси М., (2018) Комфорт в помещении при наличии лучистого обмена с инсоляционными застекленными стенами и местной акклиматизацией для повышения комфортных условий в помещении, Итальянский журнал инженерных наук: Tecnica Italiana, Vol. 61+1, стр. 27-35. [5]
^ Каннистраро Г., Каннистраро М., Рестиво Р. (2015). Температура излучения местной среды для расчета комфорта в зонах с лучистыми поверхностями. IJHT 33: 115–122. http://iieta.org/sites/default/files/Journals/IJHT/33.2_13.pdf
^ Лерцатиттанакорн, К., Вайсет, Л., и Аттхаджариякул, С. (2009). Оценка теплового комфорта системы термоэлектрических потолочных охлаждающих панелей (TE-CCP). Журнал электронных материалов , 38 (7), 1472-1477. [6]
^ П.О. Фангер, Анализ и применение теплового комфорта в экологической инженерии (Нью-Йорк: McGraw-Hill, 1972). https://www.cabdirect.org/cabdirect/abstract/19722700268
^ Ле Пьер Н., Коснье М., Луо Л., Фрайсс Г. (2008). Соединение термоэлектрических модулей с фотоэлектрической панелью для предварительного нагрева и предварительного охлаждения воздуха; ежегодное моделирование. Международный журнал энергетических исследований 32 (14): 1316-1328. [7]
^ Транкосси М., Кей Дж., Каннистраро М., (2018) Система акклиматизации на основе ячеек Пельтье для контейнерного пассивного здания, Итальянский журнал инженерных наук: Tecnica Italiana Vol. 61+1, № 2, декабрь 2018, стр. 90-96 http://iieta.org/sites/default/files/Journals/IJES/61+1.02_06.pdf
^ Чжан X. и Чжао LD (2015). Термоэлектрические материалы: преобразование энергии между теплом и электричеством. Журнал Материаломики, 1 (2), 92–105. [8]
^ Транкосси М., Каннистраро Г. и Паскоа Дж. (2020). Использование термоэлектрических и солнечных тепловых насосов для самодостаточных зданий: пример контейнерного дома. Thermal Science and Engineering Progress, 18, 100509. https://www.researchgate.net/publication/339429358_Thermoelectric_and_solar_heat_pump_use_toward_self_sufficient_buildings_The_case_of_a_container_house
^ Марлоу - ОСНОВНОЕ ПРИМЕНЕНИЕ ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МОДУЛЕЙ https://www.marlow.com/resources/thermoelectric-technology-guide/ii-tem-primary-uses

[1] ЛЕ (2008). Охлаждение, обогрев, выработка электроэнергии и утилизация отработанного тепла с помощью термоэлектрических систем. Наука, 321 (5895), 1457–1461. http://engin1000.pbworks.com/f/TE_rev.pdf

[2] «Пельтье для нагрева, да, НАГРЕВ! — Разгон» . Аппаратное обеспечение Тома .

[3] Немати А., Нами Х., Яри М., Ранджбар Ф. и Колвир Х.Р. (2016). Разработка эксэргоэкономической модели для анализа и многокритериальной оптимизации термоэлектрического теплового насоса. Преобразование энергии и управление , 130 , 1-13. [1]

[4] Маннелла Г.А., Ла Каррубба В., Брукато В. (2014). Ячейки Пельтье как элементы контроля температуры: Экспериментальная характеристика и моделирование. Прикладная теплотехника 63(1): 234-245. http://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2013.10.069

[5] Александра Тедеби, Отопление и охлаждение с помощью элементов Пельтье на солнечной энергии, докторская диссертация, Департамент энергетического планирования, Отдел эффективных энергетических систем, Инженерный факультет, Лундский университет http://www.ees.energy.lth.se/fileadmin/ees/Publikationer/2014/Ex5308-AlexandraThedeby-HeatingAndCoolingWithSolarPoweredPeltierElements....pdf

[6] Мартин-Гомес, К., Ибаньес-Пуй, М., Бермедхо-Бусто, Дж., Сакристан Фернандес, Х.А., Рамос, Х.К., и Ривас, А. (2016). Прототип термоэлектрического охлаждающего нагревателя. Строительные услуги, инженерные исследования и технологии , 37 (4), 431-449. [2]

[7] Йылмазоглу, МЗ (2016). Экспериментальное и численное исследование прототипа термоэлектрической нагревательно-охлаждающей установки. Энергия и строительство, 113, 51–60. [3]

[8] Лю З., Чжан Л., Гонг Г., Ли Х. и Тан Г. (2015). Обзор технологий солнечного термоэлектрического охлаждения для использования в зданиях с нулевым энергопотреблением. Энергия и строительство, 102, 207–216. [4]

[9] Хире, Р.А., Мессак, А. и Ван Дессель, С. (2005). Проектирование термоэлектрического теплового насоса для систем активных ограждающих конструкций. Международный журнал тепломассообмена , 48 (19–20), 4028–4040. https://messac.expressions.syr.edu/wp-content/uploads/2012/05/Messac_2005_JHMT_ABE.pdf

[10] Транкосси, М., Паскоа, Дж. (2020). Проектирование вентилируемых радиаторов с перекрестным потоком. Моделирование, измерение и контроль C, Vol. 79, № 3, стр. 90-97. https://doi.org/10.18280/mmc_c.790305

[11] Джугсудзинда, С., Воро, А., и Ситаван, Т. (2011). Анализ работы термоэлектрического холодильника. Проседиа Инжиниринг, 8, 154–159. https://www.researchgate.net/publication/251716178_Analyzing_of_Thermoelectric_холодильник_Performance

[12] Голдсмид, HJ (2016). Теория термоэлектрического охлаждения и генерации. В «Введении в термоэлектричество» (стр. 9–24). Шпрингер, Берлин, Гейдельберг.

[13] Каннистраро М. и Транкосси М., (2018) Комфорт в помещении при наличии лучистого обмена с инсоляционными застекленными стенами и местной акклиматизацией для повышения комфортных условий в помещении, Итальянский журнал инженерных наук: Tecnica Italiana, Vol. 61+1, стр. 27-35. [5]

[14] Каннистраро Г., Каннистраро М., Рестиво Р. (2015). Температура излучения местной среды для расчета комфорта в зонах с лучистыми поверхностями. IJHT 33: 115–122. http://iieta.org/sites/default/files/Journals/IJHT/33.2_13.pdf

[15] Лерцатиттанакорн, К., Вайсет, Л., и Аттхаджариякул, С. (2009). Оценка теплового комфорта системы термоэлектрических потолочных охлаждающих панелей (TE-CCP). Журнал электронных материалов , 38 (7), 1472-1477. [6]

[16] П.О. Фангер, Анализ и применение теплового комфорта в экологической инженерии (Нью-Йорк: McGraw-Hill, 1972). https://www.cabdirect.org/cabdirect/abstract/19722700268

[17] Ле Пьер Н., Коснье М., Луо Л., Фрайсс Г. (2008). Соединение термоэлектрических модулей с фотоэлектрической панелью для предварительного нагрева и предварительного охлаждения воздуха; ежегодное моделирование. Международный журнал энергетических исследований 32 (14): 1316-1328. [7]

[18] Транкосси М., Кей Дж., Каннистраро М., (2018) Система акклиматизации на основе ячеек Пельтье для контейнерного пассивного здания, Итальянский журнал инженерных наук: Tecnica Italiana Vol. 61+1, № 2, декабрь 2018, стр. 90-96 http://iieta.org/sites/default/files/Journals/IJES/61+1.02_06.pdf

[19] Чжан X. и Чжао LD (2015). Термоэлектрические материалы: преобразование энергии между теплом и электричеством. Журнал Материаломики, 1 (2), 92–105. [8]

[20] Транкосси М., Каннистраро Г. и Паскоа Дж. (2020). Использование термоэлектрических и солнечных тепловых насосов для самодостаточных зданий: пример контейнерного дома. Thermal Science and Engineering Progress, 18, 100509. https://www.researchgate.net/publication/339429358_Thermoelectric_and_solar_heat_pump_use_toward_self_sufficient_buildings_The_case_of_a_container_house

[21] Марлоу - ОСНОВНОЕ ПРИМЕНЕНИЕ ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МОДУЛЕЙ https://www.marlow.com/resources/thermoelectric-technology-guide/ii-tem-primary-uses

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]

[ 11 ]

[ 12 ]

[ 13 ]

[ 14 ]

[ 15 ]

[ 16 ]

[ 17 ]

[ 18 ]

[ 19 ]

[ 20 ]

[ 21 ]

Термоэлектрический эффект

Принципы Thermoelectric effect Seebeck effect Peltier effect Thomson effect Seebeck coefficient Ettingshausen effect Nernst effect
Приложения Thermoelectric materials Thermocouple Thermopile Thermoelectric cooling Thermoelectric generator Radioisotope thermoelectric generator Automotive thermoelectric generator
v т и