לחברי הפורום היקרים שלום.
יש לי כמה שאלות ותמיהות ואשמח אם חברי הפורום המלומדים (או החובבים) יתנו לי מענה
ואלו הן שאלותי:
1. ממידע שראיתי במקומות שונים, היעילות של תנורי חמום חשמליים גבוהה מתנורי חמום הםועלים ע"י גז או סולר. ורציתי להבין: הרי האנרגיה החשמלית עצמה הופקה באמצעות גז/סולר, וכיצד יתכן שהפיכת האנרגיה החשמלית לאנרגית חום יעילה יותר מהפיכת האנרגיה הכימית במישרין לאנרגית חום? ומה עם חוק שמור האנרגיה?
2. השאלה מתחדדת יותר בנוגע למזגן/משאבת חום, שיעילותם ביחס לגז/סולר היא פי כמה , ואף ביחס לתנורים חשמליים היעילות כיום היא יותר מפי שלשה, וכאן נשאלת השאלה, מדוע אי אפשר לבנות "פרפטאום מובילה" באמצעות משאבת חום?
3. מה עם הסקה במיקרוגל? זה אמול להיות זול ויעיל ממשאבות למיניהן!
4. אם חשמל חסכוני מגז בחמום הבית, מדוע ברכות שחיה מחממים בסולר או בגז אך לעולם לא בחשמל? ומדוע מבשלים בגז ולא בחשמל (ובונים לשם כך בכל בנין תשתית מיוחדת לגז)?
5. מדוע לא נמכרים בארץ משאבות ממותגים בינלאומיים ומהחברות הבינלאומיות הידועות? אני מדבר בעיקר על משאבות מהאויר, כי משאבות מהקרקע לא מתאימות לבתים ישנים ובאיזור ההר. (לגבי 2 החסרונות הנ"ל קיימים..) אבל מדוע משאבות מהאויר עדיין לא נפוצות.
6.ועכשיו מספר שאלות מעשיות יותר, האם הטכנולוגיה של משאבות חום היא כבר טכנולוגיה בשלה, או שהיא עדיין בחיתוליה? האם צפויה הוזלת עלויות ו/או טכנולוגיה טובה יותר? האם כדאי להמתין?
7.שאלה אחרונה: האם יש הבדל בין מערכת מרכזית לדירה לבין מערכת לכל הבנין, מבחינת עלות הקניה ומבחינת עלות השמוש?
אודה מאד לכל אשר יאיר את עיני,
כללים

ציטוט:

במקור נכתב על ידי כללים לחברי הפורום היקרים שלום. יש לי כמה שאלות ותמיהות ואשמח אם חברי הפורום המלומדים (או החובבים) יתנו לי מענה ואלו הן שאלותי: 1. ממידע שראיתי במקומות שונים, היעילות של תנורי חמום חשמליים גבוהה מתנורי חמום הםועלים ע"י גז או סולר. ורציתי להבין: הרי האנרגיה החשמלית עצמה הופקה באמצעות גז/סולר, וכיצד יתכן שהפיכת האנרגיה החשמלית לאנרגית חום יעילה יותר מהפיכת האנרגיה הכימית במישרין לאנרגית חום? ומה עם חוק שמור האנרגיה?

המרת אנרגיה כרוכה באיבודים פה ושם. כלל אצבע פשוט: ככל שמערכת ההמרה גדולה יותר, היא גם יעילה יותר (כמובן, אם שתיהן נבנו ברמה טכנולוגית דומה). כך יוצא שעדיף לייצר חשמל ואז באמצעות חשמל זה לחמם את הבית
בנוסף יש גם ההיבט הכלכלי: תחנת כוח מקבלת את אותו הפחם או הסולר במחיר הרבה חותר נמוך ממה שאני או אתה יכולים להשיג

ציטוט:

2. השאלה מתחדדת יותר בנוגע למזגן/משאבת חום, שיעילותם ביחס לגז/סולר היא פי כמה , ואף ביחס לתנורים חשמליים היעילות כיום היא יותר מפי שלשה, וכאן נשאלת השאלה, מדוע אי אפשר לבנות "פרפטאום מובילה" באמצעות משאבת חום?

העיניין כאן בהגדרת המושג ה"יעילות" או ה"נצילות" של מכונה: עקרון הפעולה של מזגן שונה באופן מהותי מעקרון הפעולה של תנור: תנור "מייצר" חום בעצמו, לעומת זאת מזגן פשוט מעביר חום ממקום למקום.
אבל כשאני, בתור צרכן, שואל על נצילות של המכשיר, לא מעניין אותי מה קורה לחום ואיך הוא הגיע אלי, מה שחשוב לי זה היחס בין מה שמכשיר זה צורך מרשת החשמל לתוצאות בתוך הבית שלי.
מה שבעצם מזגן עושה, הוא לוקח חום מהבית ומעביר אותו החוצה (במצב של חימום - ההיפך) ואת החשמל מהשקע הוא צורך בשביל לבצע את ההעברה הזאת. לכן אין פה שום הפרה של שימור האנרגיה

באשר ל"פרפטום מובילה" - אם חוקי הפיסיקה כפי שאנחנו מכירים אותם נכונים, הדבר בלתי אפשרי. חוק שימור האנרגיה משמש אותנו כבר איזה 200 שנה ועד כה איש לא התלונן על תיפקודו, אז ככל הנרא הוא באמת נכון...

(באופן כללי, "נצילות" או "יעילות" - מושגים יותר הנדסיים מאשר פיסיקליים ויכולים להשתנות אפילו עבור אותו מכשיר. למשל, עבור לייזרים יש איזה 3 או 4 נצילויות שונות)

ציטוט:

3. מה עם הסקה במיקרוגל? זה אמול להיות זול ויעיל ממשאבות למיניהן!

אני מאוד לא בטוח ששיטה זאת יעילה יותר... חוץ מזה, יהיה צריך להסביר למיקרוגל שעליו לחמם רק את האויר בחדר, ולא את האנשים...

!Ph'nglui mglw'nafh Cthulhu Rl'yeh wgah'nagl fhtagn

תודה על התגובה. החכמתי אך עדיין לא נחנ דעתי.

1. א. איזה אבוד אנרגיה יש כשאני שורף דלק באמצע הבית? ומה יעזור לי עם בוזמנית אשרוף כמות גדולה יותר של דלק? במכונית לשל אני מבין שי אבוד אנרגיה כיהאנרגיה הכימית ברובה הופכת לאנרגית חום ולא לאנרגית תנועה, ולכן מכונית חשמלית חסכונית יותר. אך בבעירה פשוטה של דלק , למה יש אבוד אנרגיה?

ב. ראיתי השוואות בין היעילות האנרגטית (.C.O.P) של חשמל ודלק. ונאמר שם כך: תנור חשמלי מייצר ואט אחד של חום על ואט אחד של ואט חשמל, דלק יעיל קצת פחות. אני לא יודע מה בסיס ההשואה בין חשמל ודלק, אבל אני מבין מזה שההשואה היא על בסיס טכני ולא רק על בסיס עלות. [ באתר משרד התשתיות ראיתי ש-12.8 ואט חשמל שווה לליטר סולר, אולי זה בסיס ההשואה, לא יודע]

2. אף אחד לא התלונן על חוק שמור האנרגיה , אבל גם אף אחד לא מתלונן על כך שאנשים חולמים להתחכם ולבנות למרות הכל איזשהיא פרפטאום מובילה.. אם X דלק מייצר Y אנרגית חום שהיא מייצרת Z אנרגיה חשמלית והיא בתורה "שואבת" +Y אנרגית חום אז המעגל ממשיך להסתובב..

3. כוונתי שהמיקרוגל יחמם מים במיכל כמו בהסקה מרכזית. אמנם משאבת חום יעילה יותר אנרגטית, אך המיקרוגל זול יותר. ושוב תודה על המענה

1.א. אם אתה סוגר את החדר ומתחיל לשרוף דלק - אין שום איבוד של חום. אבל מה - זהו מתכון בטוח להחנק, חוץ מזה, שגם האש צריכה אויר, לכן בכל תנור ששורף איזשו דלק יש ארובה שפתוחה לאויר מחוץ לחדר ומשם בורח גם חלק מהחום

1.ב. גם אני לא יודע כיצד בדיוק הם חישבו זאת ויכול רק לשאר.

3. לא יודע, לא עשיתי חישוב מדוייק, אבל בד"כ עבור מכשירים שאמורים לעבוד הרבה זמן יעדופו אחד שעלות ההפעלה שלו נמוכה על פני מכשיר זול, שעולה הרבה להפעיל אותו.

!Ph'nglui mglw'nafh Cthulhu Rl'yeh wgah'nagl fhtagn

1. א. הבנתי. ואכן עיינתי מעט בספרים ומסתבר שאתה צודק

ב. ההשואה היא כזאת: 11008 קילו-קלוריות של אנרגית חום יכולים להיות מסופקים או מ12.8 קוט"ש חשמל או מק"ג גז בישול או מ-1.35 ליטר סולר. בכל שלושת האפשרויות כל האנרגיה המושקעת הופכת לאנרגית חום, כך שהשיקולים היחידים הם כמו שכתבת: עלות הדלק לצרכן ואבוד האנרגיה שצינת.

2. בנוגע לפרפטאום מובילה, אני מבין מה ענית לי אבל לא עד הסוף. העובדה היא שלהמיר אנרגית חום לאנרגיה חשמלית אי אפשר בלי לבזבז את רוב האנרגיה החשמלית. גם המזגן למרות שהוא "מייבא" אנרגיה פי כמה ממה שהוא צורך, לא מייבא די אנרגיה שנוכל להמיר אותה בחזרה לאנרגיה החשמלית. מה שלא מובן לי עדיין, האם המגבלה הזאת מתחייבת מחוק שימור האנרגיה? האם לא שייך מזגן שייבא נניח פי עשר אנרגיה מהצריכה שלו, ואז נוכל להמיר את אנרגית החום לאנרגיה חשמלית?

3.אני עדיין לא יודע מדוע ברכות מחממים בסולר למרות האמור ומדוע מבשלים בגז ובשביל זה בונים מערכת הובלה. (בכלל המתקן הזה של הבישול הוא מוזר: כיריים מגז ותנור על חשמל.. טוב, זה לא כ"כ שאלה כי קשה לבנות תנור מגז.)

אתחיל מהסוף: לגבי ברכות אני לא יודע, ככל הנרא ישנם אי אלו שיקולים נוספים.
לגבי תנור בישול וכיריים אני דווקא כן יודע העיניין הוא שכאן יש צורך לאזן שני דברים: עלות ונוחות. עבור הצרכן הביתי, כמוני וכמוך, גז הרבה יותר זול מהחשמל, לכן כריים בד"כ שורפים גז. לעומת זאת תנור עובד הרבה פחות והבדלים במחיר הפעלתו פחות קריטיים ולכן הולכים על הנוחות: בתנור חשמלי אפשר בכלות לשמור על טמפרטורה קבועה, דבר שבתנור גז מאוד קשה ומסובך.

לגבי פרפטום מובילה אכתוב מאוחר יותר, כשיהיה לי קצת יותר זמן (אולי ביום שישי)

!Ph'nglui mglw'nafh Cthulhu Rl'yeh wgah'nagl fhtagn

אומרים שעדיף מאוחר

אז פרפטום מובילה.
תחילה קצת על מכונות חום. באופן כללי, מכונת חום זהו מכשיר שממיר חום לעבודה (למשל, מנוע בעירה פנימית במכונית) או עבודה לחום (כמו מזגן).
אפשר לדמות פעולה של מכונת חום לגלגל מים: הוא מוצב בין שני מאגרי מים - אחד גבוה והשני נמוך - וכאשר המים זורמים בין המאגרים האלה, בדרך הם מסובבים את הגלגל או ההיפך: יש משהו שמסובב את הגלגל והוא מעביר מים מהמאגר התחתון למאגר העליון. בהקבלה זו גובה של מפלס המים - טמפרטורה. זה מדגים חוק תרמודינמיקה שאומר: "אם מביאים שני גופים במגע ועוזבים אותם בשקט, אז החום יעבור מהגוף הקר אל הגוף החם ולא בכיוון ההפוך" (זרימת מים - רק דימוי!!! חום הוא לא באמת נוזל!)
מכאן נובע חוק יותר טכני ופחות כללי (שקשור לשמו של קרנו): "אם אנחנו רוצים להפיק עבודה מחום, אז אנחנו חייבים להציב את מכונת החום שלנו "בין" שני מאגרי חום: אחד חם והשני קר ואם ברצונינו לבצע את הדבר ההפוך - להעביר חום מהגוף הקר אל הגוף החם, אז נצטרך להשקיע עבודה".
לדוגמא: מנוע בעירה פנימית ששורף דלק (זה המאגר החם) ומקורר ע"י האויר של האטמוספירה (זה המאגר הקר) וממעבר חום בינהם המנוע בדרך זו או אחרת מפיק איזושהי עבודה מכנית - מזיז מכונית.
דוגמא הפוכה: מזגן. כאן אנחנו רוצים להעביר חום מהחדר החוצה ובשביל זה משקיעים עבודה - מנוע של המזגן צורך חשמל מהרשת ולא מייצר חשמל.

איך אפשר לשפר ביצועי המנוע שהופך חום לעבודה? אחת הדרכים היא להגדיל את הפרש הטמפרטורות בין המאגר הקר למאגר הקר. כך, למשל, במקרה של מכונית, מכיוון שאי אפשר לעשות את האטמוספירה קרה יותר, משתדלים לשפר את הדלק ולגרום לו לתת יותר חום בזמן בעירתו. לעומת זאת מזגן, שעושה את הדבר ההפוך, צריך להתאמץ יותר ויותר ככל שבחוץ חם יותר ובתוך הבית קר יותר.
זה דומה לאותו גלגל מים: ככל ששכר גבוה יותר, נפיק יותר עבודה, אבל אם נרצה לעשות את ההיפך ולגרום לגלגל להרים מים מהמאגר התחתון למאגר העליון, יהיה לנו קשה יותר.

מה שראינו עד כה זה שכל פעולה מסוג של המרת חום לעבודה והעברת חום ממקום למקום אפשר לעשות בשני כיוונים: גם "עבודה מכנית -> חום" וגם "חום -> עבודה מכנית", חום עובר מהגוף החם אל הגוף הקר מעצמו ואפשר להפיק מכך איזושהי עבודה, אבל בכוח אפשר לגרום גם למעבר חום בכיוון ההפוך.
בעצם זה די דומה למערכות שמדגימות "המרות אנרגיה" (במרכאות כי... טוב, אני לא סובל את המילה "אנרגיה" . סתם מילה מגעילה שיותר מבלבלת מאשר מסבירה דברים) וכמו שם, גם כאן ישנם איבודי אנרגיה במעברים. כבר בשלב זה אפשר להגיד שפרפטום מובילה בלתי אפשרי: בעולמינו אין שלמות וחלק מהעבודה תמיד תלך לאיבוד בגלל איזה חיכוך או חלק מהחום יברח דרך הארובה.

עבור המקרה הספציפי שלך, בעצם מה שמזגן עושה, הוא מעביר חום ממקום אחד למקום אחר ומהעברת חום בכיוון ההפוך אנחנו מפיקים עבודה (שיכולה להיות מנוצלת, למשל, לצורך הפעלת גנרטור). אבל שום מכונת חום, גם המושלמת ביותר, לא תוכל להפיק יותר עבודה מזאת, שביצע המזגן ובמציאות נקבל רק פחות ממה שהשקענו (בעצם גם תיארטית אפשר לקבל רק פחות ממה שהושקע, אבל זה כבר ידרוש הסבר ארוך יותר).
וכאן תגיע עוד צרה נוספת: מנוע שיפיק עבודה מהפרשי הטמפרטורות שיוצר המזגן בעצם פעולתו יפריע למזגן ויגרום לו לצרוך יותר ויותר חשמל.

מה שבילבל אותך, אני מניח, אלה אחוזי הנצילות המטורפים ומפתים מאוד של המזגן, שבשיטות חישוב מסוימות, יכולים לעבור את 100%. אבל זוהי לא נצילות פיזיקלית של "תוצאה פיזיקלית כנגד השקעה פיזיקלית" אלא "תוצאה כנגד מה שהינו מקבלים מאותה השקעה שנוצלה בדרך אחרת".

------
מקווה שהצלחתי לענות על שאלתך. אם לא - שאל

!Ph'nglui mglw'nafh Cthulhu Rl'yeh wgah'nagl fhtagn

ושוב תודה לך על התיחוסותך המפורטת והידענית.

אני מתייחס בקצרה לסוף דבריך: "אחוזי הנצילות המטורפים ומפתים מאוד של המזגן, שבשיטות חישוב מסוימות, יכולים לעבור את 100%. אבל זוהי לא נצילות פיזיקלית של "תוצאה פיזיקלית כנגד השקעה פיזיקלית" אלא "תוצאה כנגד מה שהינו מקבלים מאותה השקעה שנוצלה בדרך אחרת".

לפי מה שהצלחתי להבין עד כה ממקורות שונים, כשהופכים חשמל לחום, האנרגיה החשמלית הופכת (כמעט) כולה לחום ולכן מואט אחד של חשמל מפיקים ואט אחד של חום. אלא שחום הוא לא יעיל ולכן לא ניתן להמיר חזרה לחשמל אלא חלק קטן. לעומת מזגן ש"מייבא" חום והתפוקה שלו היא כשלש ואט חום על כל ואט אחד מושקע. וזהו מדד ה E.E.R או ה BTU/H (עיין בויקיפדיה). וכאן אני שואל: האם ייתכן למצוא קרר שבאמצעותו היעילות של המשאבה תעלה, נניח ל10 ואט אנרגיה שמושית על כל ואט מושקע? ומ10 ואט חום ניתן כבר לייצר יותר מואט אחד חשמל..
שנה טובה לך אחי!

הבעיה היא כאן:

ציטוט:

במקור נכתב על ידי כללים ו מזגן ש"מייבא" חום והתפוקה שלו היא כשלש ואט חום על כל ואט אחד מושקע

אם מזגן היה "מייצר" חום, כמו תנור, אז הדבר היה אפשרי, אבל הוא לא, אלא רק מעביר אותו ממקום למקום. לכן מהעברת חום בכיוון ההפוך

ציטוט:

שום מכונת חום, גם המושלמת ביותר, לא תוכל להפיק יותר עבודה מזאת, שביצע המזגן

זה נכון לא רק ברמה המעשית, אלא גם ברמה של משפט מתמטי מוכח.


חוק שימור האנרגיה - חוק שעובד מצוין, בעצם, כל התיאוריה שמאחורי מכונות חום בנויה עליו (והרבה דברים אחרים) ועובדה שמכוניות נוסעות, מזגנים ממזגים וכו' וכו', ז.א. תיאוריה זאת לא רק נראת יפה על הנייר, אלא הוכיחה את עצמה במציאות וככל הנראה נכונה. כנראה שגם חוק שימור האנרגיה.

!Ph'nglui mglw'nafh Cthulhu Rl'yeh wgah'nagl fhtagn