Moim zdaniem. O ciekawej naturze ciepła i zimna

Czytaj dalej
Fot. Andrzej Banas / Polska Press
Ryszard Tadeusiewicz, prof. AGH

Moim zdaniem. O ciekawej naturze ciepła i zimna

Ryszard Tadeusiewicz, prof. AGH

Ostatnie dni wiązały się z dużymi zmianami temperatury. Bywało, że pod koniec kwietnia towarzyszyły nam poranne przymrozki i bywały dni, że temperatura w południe zbliżała się do 30 stopni.

Zmusza to do stosowania ogrzewania (coraz kosztowniejszego), a czasem do korzystania z klimatyzacji (także bardzo kosztownej). Przy okazji zastanawiamy się czasem, dlaczego nie wymyślono systemu, który w zależności od potrzeb mógłby ogrzewać albo ochładzać nasze domy lub biura? Czy na przykład pompowanie do kaloryferów bardzo zimnej wody nie byłoby sposobem lepszym od klimatyzacji?

Otóż, niestety, natura ciepła i zimna jest odmienna i takie hybrydowe urządzenie grzejąco-chłodzące powstać nie może.
Temperatura powietrza zależy od ruchu molekuł powietrza. Owe molekuły latają sobie w różnych kierunkach, więc nie odczuwamy bezpośrednio tego ich ruchu, ale skutek tego ruchu jako temperaturę - zdecydowanie tak. Im szybciej się owe molekuły poruszają - tym wyższą mamy temperaturę. Stosunkowo łatwo jest wprawić je w ruch za pomocą styku powietrza z obiektami mającymi wysoką temperaturę. Molekuły powietrza, stykające się z ogniem na kominku, nagrzanym piecem, ciepłym kaloryferem, żarzącym się grzejnikiem elektrycznym, albo snopem słonecznego światła - pozyskują energię, która powoduje, że poruszają się szybciej, a zderzając się z innymi molekułami - także je napędzają. Oczywiście pedantyczny fizyk zwróci przy tym uwagę, że to przyspieszanie molekuł powietrza może zachodzić na skutek trojakich procesów: przewodzenia energii od grzejnika, promieniowania cieplnego nagrzanych obiektów oraz konwekcji - transportu strumienia ciepła przez powietrze, które po nagrzaniu staję się mniej gęste i unosi się do góry i jest zastępowane przy grzejniku przez powietrze chłodniejsze.

Ale te szczegóły nie są ważne - istotne jest to, że molekuły powietrza mogą dostać „energetycznego kopa” i od tego jego temperatura się podnosi.

Z obniżaniem temperatury jest znacznie trudniej.

Molekuły powietrza stykające się bezpośrednio z zimną powierzchnią (na przykład lodu) spowalniają swój ruch - ale nie ma mechanizmu, który mógłby to spowolnienie przekazać innym molekułom! Stąd nieskuteczne były podejmowane już w starożytności próby chłodzenia luksusowych pałaców przez bryły lodu, przynoszone (biegiem!) z ośnieżonych gór przez niewolników.

Właściwe rozwiązanie znalazł w 1902 roku Amerykanin Willis Carrier. Stwierdził on, że ciepłe powietrze trzeba w sposób wymuszony zastępować powietrzem zimnym. Owo zimne powietrze uzyskuje się poprzez przedmuchiwanie powietrza ciepłego, zasysanego z klimatyzowanego pomieszczenia lub z zewnątrz budynku, przez wymiennik ciepła - układ rurek z żeberkami. Owe rurki są silnie ochłodzone przez mechanizm sprężania i rozprężania czynnika chłodniczego - identycznie jak w lodówce. Dzięki wymuszonemu ruchowi powietrza stykającego się z mocno wyziębioną powierzchnią (dużą, dzięki żeberkom!) owego wymiennika ciepła - powietrze ochłodzone trafia do klimatyzowanego pomieszczenia (pokoju lub wnętrza samochodu) przynosząc ulgę znękanym upałem ludziom.

Klimatyzacja jest przyjemna, ale kosztowna. Okazuje się, że sprężarka wymuszająca obieg oraz korzystne sprężanie (na zewnątrz budynku) i przynoszące ochłodzenie rozprężanie czynnika chłodniczego (w klimatyzowanym pomieszczeniu) zużywa całkiem sporo energii elektrycznej. Do tego dochodzi prąd napędzający dwa wentylatory: jeden w chłodzonym pomieszczeniu i drugi w zewnętrznym wymienniku ciepła, który wisi na ścianie budynku i wyrzuca do otoczenia ciepło pobrane z chłodzonego pomieszczenia.

Niestety, przy drożejących kosztach energii elektrycznej klimatyzacja jest kosztownym luksusem!

Ryszard Tadeusiewicz, prof. AGH

Dodaj pierwszy komentarz

Komentowanie artykułu dostępne jest tylko dla zalogowanych użytkowników, którzy mają do niego dostęp.
Zaloguj się

plus.pomorska.pl

Polska Press Sp. z o.o. informuje, że wszystkie treści ukazujące się w serwisie podlegają ochronie. Dowiedz się więcej.

Jesteś zainteresowany kupnem treści? Dowiedz się więcej.

© 2000 - 2022 Polska Press Sp. z o.o.