Kas yra šaldymo ciklas ir kaip jis apibrėžiamas?

Evelyn Maitee Marin
Pramonės inžinierius, fizikos magistras ir EdD

Šaldymo ciklas reiškia pasikartojantį termodinaminį procesą, kurio metu medžiaga naudojama kaip šaltnešis jis keičia fazes per grandinę, o jo funkcija yra sugerti šilumą iš kondicionuojamos erdvės, kad išleistų šilumą kitoje regione. Skirtingai nuo kitų termodinaminių ciklų, tokių kaip galia, šaldymui naudojamose sistemose tikslas nėra energijos gavimas pardavimui ar vartojimui, o patalpos terminis kondicionavimas, pavyzdžiui, a kambarys.

Su veikimo schema, panašia į šaldymo ciklų, yra šilumos siurbliai, kurie, skirtingai nei oras Kondicionuoti, jie naudojami patalpoms šildyti, tai yra ištraukti šilumą iš išorinės aplinkos ir išleisti ją norimų patalpų viduje sąlyga.

Teoriniu požiūriu šaldymo ciklus galima ištirti atsižvelgiant į komponentus, kurie sudaro sistemą, taip pat įvairius etapus, per kuriuos šaltnešis praeina skirtingose ​​būsenose. Šioje diagramoje parodyta šaldymo sistemų klasifikacija:

Šaldymo sistemų tipai

Pagrindiniai šaldymo ciklo komponentai

Pagal antrąjį įstatymas iš Termodinamika, šilumos srautas atsiranda spontaniškai visada iš didesnio regiono temperatūros žemesnėje temperatūroje ir kitu atveju šaldymo procesui atlikti reikalingas koks nors įrenginys ar mechanizmas. Norėdami tai padaryti, bet kuriai šaldymo sistemai reikia bent keturių komponentų:

• Kompresorius: yra įtaisas, atsakingas už šaltnešio slėgio padidinimą jam išgaravus. Idealiomis sąlygomis suspaudimo procesas yra pastovios entropijos, nors praktiškai entropija didėja.

• Garintuvas: ši sistema iš esmės yra šilumokaitis, per kurį cirkuliuoja šaltnešis sugerti šilumą iš kondicionuojamos erdvės ir dėl to mišinys pasikeičia į būseną garai.

• Išsiplėtimo vožtuvas: dar vadinamas kapiliariniu vamzdeliu arba plėtikliu. Idealiu atveju šis prietaisas veikia izentalpiniu režimu (at entalpija konstanta), o jo funkcija yra sumažinti aušalo slėgį maišymo zonoje.

• Kondensatorius: jį sudaro gyvatė, per kurią šaltnešis teka garų pavidalu, esant aukštesniam slėgiui ir temperatūrai nei garintuve. Per kondensatorių šaltnešis išskiria šilumą į išorinę aplinką ir kondensuojasi, kol virsta skysčiu. Idealiu atveju procesas kondensacija tai vyksta esant pastoviam slėgiui, nors iš tikrųjų dažniausiai pasireiškia slėgio kritimai.

Pagrindiniai šaldytuvo komponentai

Našumo koeficientas (COP)

Kaip jau minėta, norint išgauti šilumą iš erdvės (vėsinti) ir cikliškai keisti šaltnešio fazes, reikalingi prietaisai, kurie veikia daug energijos. energijos (elektrinis arba kuro), ir tai reiškia išlaidas, kurias reikėtų stengtis sumažinti iki minimumo, maksimaliai padidinant funkciją, kurios iš jų tikimasi per ciklą.

Galios cikluose šiluminė arba elektrinė charakteristika paprastai nustatoma pagal ciklo efektyvumą arba jos komponentai, todėl ši vertė visada turėtų būti nuo 0 iki 1 (procentais ji būtų nuo 0 iki 100 %). Tačiau šaldymo cikluose dažniausiai yra analizuoti jo našumas naudojant kaip atskaitos parametrą našumo koeficientą, sutrumpintą jo akronimu anglų kalba kaip COP (našumo koeficientas), kurio reikšmė beveik visada didesnė už vienetą, visada yra teigiama ir nustatoma iš tokia išraiška:

Idealus garų suspaudimo šaldymo ciklas

Siekiant maksimaliai padidinti šaldymo ciklų našumo koeficientą, buvo sukurti įvairūs metodai, labiausiai Paprasčiausias iš jų yra garų kompresinis šaldymas, kurį sudaro keturios būsenos, parodytos kitame. vaizdas):

• izentropinis suspaudimo procesas kompresoriuje (būsenos 1–2),

• pastovaus slėgio šilumos atmetimo procesas kondensatoriuje (2–3 būsenos),

• izentalpinis plėtimosi procesas išsiplėtimo vožtuve (3–4 būsenos),

• Šilumos sugerties procesas garintuve esant pastoviam slėgiui (būsenos 4 – 1).

Toliau pateiktoje schemoje parodyta a diagrama temperatūros (T) ir entropijos (-ių), kur nurodomos skirtingos būsenos, per kurias praeina šaltnešis kai jis praeina per sistemos komponentus, kad užbaigtų šaldymo ciklą suspaudžiant garai:

K_L yra šiluma, sugerta iš kondicionuojamos erdvės, Q_h ar šiluma pašalinama į išorę ir W_komp reprezentuoja kompresoriaus darbą.

Kaip aprašyta, darbinis skystis šaldymo cikluose yra šaltnešis, ir jų rinkoje yra labai daug. Šaldymo agentai išsivystė, ir šiuo metu tendencija yra rinktis tuos, kurie yra mažiau teršiantys, netoksiški ir turi tokias charakteristikas, kurios reikalaujamos montuojamai sistemoje.

Kai kurie iš dažniausiai naudojamų šaltnešių tipų

Ši šaltnešių grupė sudaro 90% JAV naudojamų šaltnešių.