Hvad er kølekredsløbet, og hvordan defineres det?

Evelyn Maitee Marin
Industriingeniør, MSc i fysik og EdD

En kølecyklus refererer til den gentagne termodynamiske proces, hvor et stof bruges som kølemiddel det skifter faser gennem et kredsløb, og dets funktion er at absorbere varme fra et rum, der skal konditioneres til at frigive varme i et andet område. I modsætning til andre termodynamiske cyklusser såsom strøm, i systemer, der bruges til køling, er formålet det ikke skaffe energi til salg eller forbrug, men snarere termisk konditionering af et rum, f.eks værelse.

Med en driftsordning, der ligner den for kølecyklusser, er der varmepumper, som i modsætning til luft Konditionerede bruges de til at opvarme et rum, det vil sige at udvinde varme fra det ydre miljø for at frigive det inde i de ønskede lokaler tilstand.

Fra et teoretisk synspunkt kan kølecyklusser studeres under hensyntagen til de komponenter, der udgør systemet samt de forskellige stadier, som kølemidlet går igennem i de forskellige tilstande. Følgende graf viser klassificeringen af ​​køleanlæg:

Typer af køleanlæg

Grundlæggende komponenter i en kølecyklus

Ifølge den anden lov af Termodynamik, opstår varmestrømmen spontant altid fra et område med større temperatur ved en lavere temperatur, og ellers kræves der en eller anden anordning eller mekanisme for at udføre køleprocessen. For at gøre dette kræver ethvert kølesystem mindst fire komponenter:

• Kompressor: er en enhed, der er ansvarlig for at øge trykket af kølemidlet, når det er fordampet. Under ideelle forhold er kompressionsprocessen ved konstant entropi, selvom der i praksis sker en stigning i entropi.

• Fordamper: Dette system er grundlæggende en varmeveksler, hvorigennem kølemidlet cirkulerer at absorbere varme fra det rum, der skal konditioneres, og som følge heraf ændres blandingen til en tilstand på damp.

• Ekspansionsventil: også kaldet kapillarrør eller ekspander. Under ideelle overvejelser fungerer denne enhed isenthalpisk (kl entalpi konstant), og dens funktion er at reducere kølemiddeltrykket i blandezonen.

• Kondensator: den er dannet af en spole, hvorigennem kølemidlet passerer i damptilstand, ved et tryk og en temperatur højere end forholdene i fordamperen. Under passagen gennem kondensatoren afgiver kølemidlet varme til det ydre miljø og kondenserer, indtil det bliver en væske. Ideelt set er processen med kondensation det forekommer ved konstant tryk, selv om der i virkeligheden normalt manifesteres trykfald.

Grundlæggende komponenter i et køleskab

Ydelseskoefficient (COP)

Som allerede nævnt, for at udvinde varme fra et rum (køligt) og få kølemidlet til at skifte faser i en cyklisk proces, kræves der enheder, der arbejder forbrugende energi (elektrisk eller brændstof), og dette repræsenterer en omkostning, som bør forsøges minimeret, hvilket maksimerer den funktion, der forventes af dem inden for cyklussen.

I strømcyklusser bestemmes den termiske eller elektriske ydeevne normalt ud fra effektiviteten af ​​cyklussen eller dens komponenter, og som sådan bør denne værdi altid ligge mellem 0 og 1 (i procenter vil den være mellem 0 og 100 %). Men i kølecyklusser er den mest almindelige analysere dens ydeevne ved at bruge ydeevnekoefficienten som referenceparameter, forkortet af dets akronym på engelsk som COP (ydelseskoefficient), hvis værdi næsten altid er større end enhed, er altid positiv og bestemmes ud fra følgende udtryk:

Ideel dampkompressionskølecyklus

Med det formål at maksimere ydeevnekoefficienten for kølecyklusserne er der designet forskellige metoder, de mest Den enkleste af disse er dampkompressionskøling, som er dannet af fire tilstande, der er vist i den næste billede):

• En isentropisk kompressionsproces i kompressoren (tilstande 1 – 2),

• En konstant tryk varmeafvisningsproces i kondensatoren (tilstande 2 – 3),

• En isenthalpisk ekspansionsproces i ekspansionsventilen (tilstande 3 – 4),

• En varmeabsorptionsproces i fordamperen ved konstant tryk (tilstand 4 – 1).

Følgende skema viser en diagram af temperatur (T) vs entropi (s), hvor de forskellige tilstande, som kølemidlet passerer igennem, er angivet under dens passage gennem systemkomponenterne for at fuldføre kølecyklussen ved komprimering af damp:

Q_L er den varme, der absorberes fra det konditionerede rum, Q_h er varmen afvist til ydersiden og W_komp repræsenterer kompressorens arbejde.

Som beskrevet er arbejdsvæsken i kølekredsløbene kølemidlet, og der er en lang række af dem på markedet. Kølemidler har udviklet sig, og i øjeblikket er tendensen at vælge dem, der er mindre forurenende, ikke-giftige, og som har de egenskaber, der kræves i det system, der skal installeres.

Nogle af de mest brugte typer kølemidler

Denne gruppe af kølemidler udgør 90 % af de kølemidler, der bruges i USA.