Соответственно отопительный коэффициент без учета теплообмена на спаях

При учете теплообмена формулы (V.I1) в безразмерных коэффициентах принимают вид

(v.17)

где - ZTi - безразмерная температура -среды, окружающей холодный спай, G = 27 - безразмерная температура среды, окружающей горячий спай. Bio, Bi - критерии Био. Отопительный коэффициент с учетом теплообмена

(v.18)

(fe*v+l)K+I)gL v m + l

/Ль =

ft* =veo-0,5v? + Ae,

fe* = ve+0,5v?-Ae.

Эффективность работы термоэлектрического отопительного устройства существенно зависит от интенсивности теплообмена между спаями и окружающей средой. При росте критерия Био показатели отопительного устройства возрастают, насыщаясь при Bio Bi = = 15-г-20. В этих условиях перепады температуры между спаями и окружающей средой становятся пренебрежимо малыми и их влиянием иа отопительный коэффициент можно пренебречь.

3. Учет влияния других факторов

В работах [9, 28] определено влияние изоляционных прокладок между термоэлементами иа свойства отопительных устройств. Прокладками частично шунтируются тепловые потоки через термоэлемент, что приводит к снижению отопительного коэффициента. Расчет влияния изоляпионных прокладок с достаточной степенью точности может производиться при введении поправок в коэффициент добротности материала Z и коэффициент теплопроводности и:

эф = 0+х). (V.19)

(v.20)

где S - отношение площади поперечного сечения изоляционной прокладки к площади сечения термоэлемента (перлендикулярно току), 1 - отношение коэффициента теплопроводности материала изоляционной прокладки к коэффициенту теплопроводности материала термоэлемента. Значения и вводятся в формулы для определения параметров тепловых насосов вместо х и Z.

Потери, обусловленные контактными и коммутационными сопротивлениями, менее существенно влияют иа значение отопительного коэффициента, чем потери в охлаждающих устройствах на значение холодильного коэффициента. Этими потерями при расчетах устройств термоэлектрического подогрева часто пренебрегают.

Как и для охлаждающих элементов, учет зависимостей термоЭДС а (Г), электрического сопротивления р (Г) и теплопроводности X (Г) производится введением усредненных коэффициентов.

Однако для термоэлектрических отопительных устройств достигает значений, представляющих практический интерес, только при небольших перепадах температуры, поэтому в большинстве случаев температурными зависимостями параметров материала термоэлементов можно пренебречь.

4. Переходные процессы

при термоэлектрическом нагреве

В работе [9] найдены выражения для определения зависимости температуры нагрева от времени и тока, протекающего через термоэлемент, с учетом теплоемкости нагреваемого объекта, теплообмена с окружающей средой и тепловыделения самим объектом.

Решение найдено в безразмерных параметрах, приведенных в гл. iv (iv. 126). Связь между температурой, током и временем определяется выражением

©(Ро)=во+ 1 , Bi v +2j ехр(-б2ро), (v.2i)

An = 2

у (cos 6n - 1) - 6 (убр + К ) sin 8 бГ[6л (2г] + 1) sin 6 + (г]б2 1 +

6., - положительные корни трансцендентного уравнения

tg6 =

r)c6 + v-Bi-

, (v.22)

(v.23)

Для определения первых двух корней уравнения (v.23) следует воспользоваться табл. iv.3, где приведенные значения 6х и 62, соответствующие y + Bi для термоэлектрического охлаждения, совпадают с в1 - V для термоэлектрического подогрева.

Коэффициенты А определяются из формулы

- А = ОоУ + /С ) ВЛ + (v.24)

Коэффициенты Вп и Вп при п = 1,2 находятся из таблицы.

Для медленных переходных процессов [22], когда можно считать, что тепловой режим термоэлемента близок к стационарному (например, при большой теплоемкости нагреваемого объекта и малой теплопроизводительности термоэлемента), формула для определения разогрева до температуры Т за время / имеет вид

(V.25)

где Го - начальная температура при / = О, Q - теплопроизводительность, G - масса нагреваемого объекта, - удельная теплоемкость вещества нагреваемого объекта. Из (V.25) следует, что при возрастании тока время достижения заданной температуры Г непрерывно уменьшается. Формула (V.25) получена в предположении, что теплообмен боковых поверхностей термоэлемента и охлаждаемого объекта с окружающей средой отсутствует, теплопроводность вещества охлаждаемого объекта велика и перепадами температуры в нем можно пренебречь. Значение определяется по формуле (V.2).

С учетом теплообмена на спаях время t, необходимое для достижения заданной температуры, определяется по формуле

(V.26)

где Aflf - член, характеризующий теплоперенос изолирующей камеры, расположенной вокруг нагреваемого объекта, о и а - как и ранее, коэффициенты теплообмена, - теплопроизводительность в

момент времени /.

Значение отопительного коэффициента при медленных переходных процессах без учета теплообмена приближенно находится из выражения

(7-1-Го)

Pp-+al (Г,р-Го)

(V.27)

О

где Грр - среднеарифметическое значение температуры между Т± и Го.

Метод расчета переходных процессов для случая, когда поддерживается постоянным электрическое напряжение в термоэлементе, приведен в [25].

5. Области применения

В настоящее время термоэлектрический нагрев наиболее широко используется в сочетании с термоэлектрическим охлаждением в различных устройствах термостатирования. Изменением направления

тока через термоэлементы достигаются охлажде ние, если температура окружающей среды выше температуры статирования, и подогрев, если температура окружающей среды ниже температуры статирования [4].

Из анализа, приведенного в работе [18], следует, что прн использовании термоэлектрического нагрева со средним за сезон значением количество топлива, расходуемого ка тепловых

электростанциях, меньше, чем количество топлива, которое необходимо для такого же обогрева при я1спользовании обычных отопительных котельных. Таким образом, достигается экономия топлива, а в сочетании с термоэлектрическим охлаждением - и возможность кондиционирования. Простота и надежность термоэлектрических устройств делает перспективным их применение в условиях, где приборы должны иметь повышенную механическую прочность: на железнодорожном транспорте, на судах и т. д. Широкое их применение сдерживается еще недостаточно высокими значениями добротности термоэлектрических материалов. Особенно перспективно применение термоэлектрического нагрева при небольших перепадах температуры (5 - 10 К), например, в выпарных установках.

Сведения об инженерных расчетах устройств с термоэлектрическим нагревом могут быть почерпнуты в работах [1, 7, 8, 10, 20, 23, 24, 26, 27, 29, 30, 34, 35]; возможности применения рассмотрены в работах [3, 16, 17, 18, 19, 33, 36], результаты экспериментальных исследований подогревных устройств приведены в [11-15, .32], критический анализ возможностей применения термоэлектрического нагрева для отопления дан в работе [31].

ЛИТЕРАТУРА

1. Бурштейн А. И. Физические основы расчета полупроводниковых термоэлектрических устройств.- М.: Физматгнз, 1962.-135 с.

2. Вихорев Г. С, Наер В. А. Влияние теплоотдачи иа характеристики полупроводниковых термобатарей для холодильников и тепловых иасосов.- ФТТ 1959 1, № 6, с. 903-907.

3. Ибрагимов Д. И., Филатов А. И. Эффективность применения полупроводниковых тепловых насосов в условиях Туркменской ССР.- Гелиотехника 1974 Nt 2, с. 64-70.

i- qq Термоэлектрические элементы.- М.: Энергия,.

Б. Иорданишвили Е. К. Термоэлектрическое охлаждение и подогрев.- В кн.:Тр I Л *l957 с 274 284° Диэлектриков и полупроводников, 1956 г.

6. Иоффе А. Ф. Полупроводниковые термоэлементы.- М.; Л.: Изд-во АН СССР, 1960.-188 с.

7. Каганов М. А. Методика расчета параметров полупроводниковых термоэлектрических охладителей й нагревателей потоков жидкостей или газов - Сб тр. по агрои. физике, 1966, вып. 13, с. 116-133.

8. Каганов М. А. Эффективность полупроводниковых термоэлектрических охладителей и нагревателей потоков жидкости и газа.-ИФЖ. 1967, 12, № 2, с. 192-199.

9. Каганов М. А, Приеин М. Р. Термоэлектрические тепловые насосы - Л з энергия, 1970.- 176 с.

10. Мавренченко Г. К- Анализ энергетических характеристик термоэлектрических батарей.-ХТТ, 1973. № 16, с. 67-73.

11. Лукомский С. М. О тепло- н холодоснабжении при помощи компрессионных и термоэлектрических тепловых насосов.- Гелиотехника, 1968, Ш 2, с. 62-67.

12. Лукомский С. М., Эдиткин Э. Р., Коротаев А М. Термоэлектрические нагревательные и охладительные устройства. - Гелиотехника, 1968, Nj 1, с. 56-68.

13. Лукомский С. М.. Прейзер А. Б., Швалев Л. И., Шинко П Ф. Некоторые результаты испытаний вентиляционных полупроводниковых тепловых насосов типа воздух - воздух .-Гелиотехника. 1969, № 6, с. 79-80.

14. Лукомский С. Af., Коротаев А. Л!., Карелина Г. В. и др. Некоторые результаты эксплуатационных испытаний полупроводникового теплового насоса.- Гелиотехника, 1969, № 1. с. 37-40.

1Б. Лукомский С. М. Термоэлектрические полупроводниковые отопительио-охла-дительные вентиляционные тепловые насосы.-Гелиотехинка,1969,№ 5,с. 47-49. 16 Лукомский С. М. О перспективах применения тепловых иасосов.-В кн.:

Электротеплоснабжеиие. М.: Энергия, 1971. с. 80-90. 17. Лукомский С. М. Термоэлектрические полупроводниковые тепловые насосы

(ТПТН) и перспективы их применения.-Энергетик. 1975. № 4. с. 8-11. 18 Мартыновский В. С. Об нспользоваинн электротермического эффекта в тепло-

насосиых установках.-Тр. ОТИПХП, 1957, 8. К 1. с. 3-11.

19. Мартыновский В. С, Наер В. А. Рациональные обаастн применения полупроводниковых термобатарей.-Холодил- техника. 1960. № 2, о. 4-7.

20. Мартыновский В. С, Наер В. А.. Шаленый Э.Г- Полупровчдниковые термоэлектрические батареи для круглогодичного кондиционирования воздуха.- ХТТ. 1966, № 3. с. 3-11. .

2\. Наер В. А. Термоэлектрические тепловые насосы.-В кн.: Тр. 1 АЛежвуз. коиф. по современ. технике диэлектриков и полупроводников. 1956. Л., 1957, с. 330-334.

22. Наер В. А. Расчет нестационарных режимов полупроводниковых холодильников н нагревателей.- Холодил, техника, 1962, fa 1, с. 16-19.

23. Наер В. А., Роженцееа С. А. О проектировании полупроводниковых охладителей и нагревателей потоков жидкости.-ИФЖ, 1962, 5, № 11, с. 90-94.

24. Наер В. А. Методы расчета полупроводниковых охладителей и нагревателей жидкости.-В кн.: Тр. коиф. п:) перспективам развития и внедрения холодил, техники в нар. хоз-во СССР, 1963. с. 34-41.

25 Наер В. А. Неустановившиеся режимы термоэлектрических охлаждающих и нагревающих установок.-ИФЖ, 1965. 8. № 4. с. 493-498.

26. Наер В. А., Роман М. Л.t Симоновская А. £. и др. Исследование полупроводниковых термобатарей для охлаждения и нагрева воздуха.- Изв. АН Латв. ССР. Сер. физ. и техн. иаук. 1966. № 6. с. 84-90.

27. Наер В. А., Лавренченко Г. К. Исслэдование полупроводниковых термобатарей для охлаждения н нагревания потоков жидкостей н газов.-ХТТ, 1968. № 6, с. 7-16.

28. Приеин М. Р. Влияние изоляционных прослоек между термоэлементами иа эффективность полупроводниковых холодильников и нагревателей- Сб. тр. по агрои. физике, 1966. вып. 13. с. 152-158.

29. Пустовалов Ю- В. Алгоритм расчета тер-моэлектрнческих тепловых наоосов.- Тр. ии-та ВНИПИэнергопром. 1975, вып. 7. с. 89-106.

30. Пустовалов Ю- В. Техннко-экономич?ская эффективность термоэлектрическгх тепловых иасосов.-Тр. ии-та ВНИПИэнергопром. 1976, вып. 8.

31. Пустовалов Ю- В. Реальные показатели термоэлектрических полупроводниковых тепловых насосов.-Холодил, техника, 1978, № 4, с. 33-39.

32. Ржаницына Л. М., Языков В. И., Цветков Ю. Н. Применение термоэлектро-батареи в тепловой схеме для регулирования влажности воздуха.- Тр. Ар-ханг. лесотехн. ин-та, 1973, № 39. Вопросы теплообмена и аэродинамики в пром. теплотехнике, с. 42-47.

33. Томаев А. Г., Рамазанов К- Н. Технико-экономическая эффективность применения электрических полупроводниковых теплонасосных систем отопления н кондиционирования в рзспублнке.-Изв. АН Азерб. ССР. Сер. экономика, 1976, № 3. с. 15-20.

Цветков Ю. Н., Ржаницына Л. М. Нагрузочныг характеристики влажно-стной термоэлектробатарги прн фиксированных эначеннях параметров сред.- Изв. вузов. Приборостроение, 1973, 16. № 9, с, 109-115. 35. Цветков Ю. И., Ржаницына Л. М. Исследование работы влажностнсй термо-электробатарен в режимах нагрзва.-Изв. вузов. Приборостроение, 1975, 18, № 8, с. 116-120.

Шкабельникоеа Л. П. экономия традиционного топлива при использовании для теплоснабжения полупроводниковых тепловых иасосов.- Гелиотехника, 1975, N 2. с. 65-68.