Zadanie 8.7.7: Wpływ temperatury otoczenia na zużycie energii przez chłodziarkę

Punkty
3 pkt
Dział
Termodynamika · Pompy ciepła
Trudność
Poziom trudności: łatwe
Analiza termodynamiczna i bilans ciepła wykazujące większe zużycie energii elektrycznej przez lodówkę pracującą w ciepłej kuchni w porównaniu z zimną piwnicą.

Treść zadania

Uzasadnij, odwołując się do różnicy temperatur między wnętrzem chłodziarki a otoczeniem, dlaczego utrzymanie tej samej temperatury w lodówce wymaga większego zużycia energii elektrycznej w ciepłej kuchni niż w chłodnej piwnicy.

Odpowiedź i wynik końcowy

Większe zużycie energii elektrycznej WW przez lodówkę w ciepłej kuchni niż w chłodnej piwnicy wynika z dwóch równoległych zjawisk: 1. Spadek sprawności termodynamicznej: wyższa temperatura otoczenia THT_H zwiększa różnicę temperatur ΔT=TH−TC\Delta T = T_H - T_C, co obniża współczynnik efektywności COPC=TCTH−TCCOP_C = \frac{T_C}{T_H - T_C} i wymusza wykonanie większej pracy W=QCCOPCW = \frac{Q_C}{COP_C} na usunięcie każdej jednostki ciepła. 2. Wzrost ilości napływającego ciepła: większy gradient temperatury między kuchnią a wnętrzem lodówki powoduje intensywniejsze przewodzenie ciepła przez ścianki izolacyjne (ΔQ∼ΔT\Delta Q \sim \Delta T), więc układ musi odprowadzić w tym samym czasie większą ilość ciepła QCQ_C. 1: Spadek sprawności termodynamicznej: wyższa temperatura otoczenia THT_H zwiększa różnicę temperatur ΔT=TH−TC\Delta T = T_H - T_C, co obniża współczynnik efektywności COPC=TCTH−TCCOP_C = \frac{T_C}{T_H - T_C} i wymusza wykonanie większej pracy W=QCCOPCW = \frac{Q_C}{COP_C} na usunięcie każdej jednostki ciepła. 2: Wzrost ilości napływającego ciepła: większy gradient temperatury między kuchnią a wnętrzem lodówki powoduje intensywniejsze przewodzenie ciepła przez ścianki izolacyjne (ΔQ∼ΔT\Delta Q \sim \Delta T), więc układ musi odprowadzić w tym samym czasie większą ilość ciepła QCQ_C.