Динамическое отопление — система отопления , включающая топку , нагреватель и холодильник , дающая возможность передавать помещению больше тепла , чем топка в отдельности, так как помещению также передаётся тепло из окружающей среды . Технологические трудности и необходимость значительных начальных вложений капитала задерживают широкое распространение этого способа отопления . Возможно, что по мере дальнейшей централизации отопления динамическое отопление найдёт широкое применение . Например, в Швеции , богатой стране с развитой технологией и дефицитом топлива, динамическое отопление уже находит заметное применение .

Качественное рассмотрение

При динамическом отоплении часть теплоты, полученной в топке, поступает в обогреваемое помещение. Остальная часть затрачивается на работу , производимую тепловой машиной (двигателем). Нагревателем в двигателе является топка, а холодильником — отапливаемое помещение. Производимая двигателем работа используется для приведения в действие холодильной машины ( теплового насоса ), включаемой между окружающей средой и помещением: холодильная машина забирает тепло от окружающей среды и передаёт его помещению. Так помещение получает теплоту и от горячей топки, и от холодной окружающей среды. Общее количество теплоты может превзойти теплоту, полученную при типичной для большинства отопительных систем передаче всего тепла от топки в помещение. Динамическое отопление может быть реализовано на основе абсорбционной холодильной машины , что значительно упрощает конструкцию.

Количественное рассмотрение

Пусть T ₁ , T ₂ , T ₃ — температуры (в Кельвинах ) топки, отапливаемого помещения и окружающей среды соответственно.

1) От источника тепла поступает количество тепла Q ₁ тепловой машине. Из него Q ₂ отдаётся помещению, играющему для этой машины роль холодильника. Совершённая машиной работа A=Q ₁ -Q ₂ идёт на включение холодильной машины. Эта работа затрачивается холодильной машиной для получения тепла Q ₃ из окружающей среды и передачи тепла Q ₂ ' в помещение. Для этого над холодильной машиной тепловая машина совершает работу Q ₂ '-Q ₃ . Отсюда по закону сохранения энергии Q ₂ '-Q ₃ = Q ₁ -Q ₂ .

2) Можно, рассматривая двигатель и холодильную машину как одну систему, записать, что она:

1. получила Q ₁ при температуре T ₁ от топки
2. получила Q ₃ при температуре T ₃ из окружающей среды;
3. получила — q = — Q ₂ — Q ₂ ' из помещения.

По соотношению Клаузиуса , если процессы квазистатические , то сумма отношений полученных количеств теплоты к температурам, при которых они получены, равна 0:

${\displaystyle {Q_{1} \over T_{1}}-{q \over T_{2}}+{Q_{3} \over T_{3}}=0}$

Пользуясь соотношением Q ₂ '-Q ₃ = Q ₁ -Q ₂ из пункта 1 рассуждений, можно записать выражение без Q ₃ :

${\displaystyle {Q_{1} \over T_{1}}-{q \over T_{2}}+{{q-Q_{1}} \over T_{3}}=0}$

Отсюда переданное помещению количество тепла:

${\displaystyle q={{{1 \over T_{3}}-{1 \over T_{1}}} \over {{1 \over T_{3}}-{1 \over T_{2}}}}Q_{1}={{T_{1}-T_{3}} \over {T_{2}-T_{3}}}*{{T_{2}} \over {T_{1}}}Q_{1}}$ .

Так как ${\displaystyle T_{1}>T_{2}>T_{3}}$ , то отсюда следует, что q > Q ₁ . Например, при T ₁ = 500 К, T ₂ =300 К и T ₃ =250 К отношение ${\displaystyle q/Q_{1}}$ равно 3; при сжигании в топке топлива, дающего «обычно» 1 Дж тепла, при динамическом отоплении можно получить приближённо 3 Дж тепла.

Примечания