Kas ir saldēšanas cikls un kā tas tiek definēts?

Evelīna Maitī Marina
Rūpniecības inženieris, fizikas maģistrs un EdD

Saldēšanas cikls attiecas uz atkārtotu termodinamisko procesu, kurā viela tiek izmantota kā aukstumaģents tas maina fāzes caur ķēdi, un tā funkcija ir absorbēt siltumu no kondicionējamās telpas, lai atbrīvotu siltumu citā novads. Atšķirībā no citiem termodinamiskiem cikliem, piemēram, jaudas, sistēmās, ko izmanto saldēšanai, mērķis nav paredzēts enerģijas iegūšana pārdošanai vai patēriņam, bet gan telpas termiskā kondicionēšana, piemēram, a telpa.

Ar darbības shēmu, kas līdzīga dzesēšanas cikliem, ir siltumsūkņi, kas atšķirībā no gaisa Kondicionēti, tos izmanto, lai apsildītu telpu, tas ir, lai iegūtu siltumu no ārējās vides, lai to atbrīvotu vēlamajās telpās stāvokli.

No teorētiskā viedokļa saldēšanas ciklus var pētīt, ņemot vērā sastāvdaļas, kas veido sistēmu, kā arī dažādus posmus, caur kuriem aukstumaģents iet cauri dažādos stāvokļos. Šajā diagrammā parādīta saldēšanas sistēmu klasifikācija:

Saldēšanas sistēmu veidi

Saldēšanas cikla pamatkomponenti

Saskaņā ar otro likumu no Termodinamika, siltuma plūsma notiek spontāni vienmēr no apgabala ar lielāku temperatūra zemākā temperatūrā un citādi, lai veiktu saldēšanas procesu, ir nepieciešama kāda ierīce vai mehānisms. Lai to izdarītu, jebkurai saldēšanas sistēmai ir nepieciešami vismaz četri komponenti:

• Kompresors: ir ierīce, kas ir atbildīga par aukstumaģenta spiediena palielināšanu, kad tas ir iztvaikojis. Ideālos apstākļos saspiešanas process notiek pie nemainīgas entropijas, lai gan praksē entropija palielinās.

• Iztvaicētājs: šī sistēma būtībā ir siltummainis, caur kuru cirkulē aukstumaģents absorbēt siltumu no kondicionējamās telpas, un rezultātā maisījums mainās uz stāvokli tvaiks.

• Izplešanās vārsts: to sauc arī par kapilāro cauruli vai paplašinātāju. Ideālos apsvērumos šī ierīce darbojas izentalpikā (at entalpija konstante), un tā funkcija ir samazināt aukstumaģenta spiedienu sajaukšanas zonā.

• Kondensators: to veido spole, caur kuru aukstumaģents plūst tvaika stāvoklī ar spiedienu un temperatūru, kas ir augstāka nekā apstākļi iztvaicētājā. Izejot cauri kondensatoram, aukstumaģents izdala siltumu ārējā vidē un kondensējas, līdz tas kļūst par šķidrumu. Ideālā gadījumā process kondensāts tas notiek pie pastāvīga spiediena, lai gan patiesībā parasti izpaužas spiediena kritumi.

Ledusskapja pamatsastāvdaļas

Veiktspējas koeficients (COP)

Kā jau minēts, lai iegūtu siltumu no telpas (vēsu) un veiktu aukstumaģenta maiņas fāzes cikliskā procesā, ir nepieciešamas ierīces, kas darbojas patērējot enerģiju (elektrisks vai degviela), un tās ir izmaksas, kuras jācenšas samazināt, maksimāli palielinot funkciju, kas no tām tiek gaidīta cikla laikā.

Jaudas ciklos termisko vai elektrisko veiktspēju parasti nosaka pēc cikla efektivitātes vai tā komponenti, un tādējādi šai vērtībai vienmēr ir jābūt robežās no 0 līdz 1 (procentos tā būtu no 0 līdz 100 %). Tomēr saldēšanas ciklos visizplatītākais ir analizēt tā veiktspēja, kā atsauces parametru izmantojot veiktspējas koeficientu, kas angļu valodā saīsināts ar tā akronīmu kā COP (veiktspējas koeficients), kura vērtība gandrīz vienmēr ir lielāka par vienotību, vienmēr ir pozitīva un tiek noteikta no šāds izteiciens:

Ideāls tvaika kompresijas dzesēšanas cikls

Lai maksimāli palielinātu saldēšanas ciklu veiktspējas koeficientu, ir izstrādātas dažādas metodes, visvairāk Vienkāršākā no tām ir tvaika kompresijas dzesēšana, ko veido četri stāvokļi, kas parādīti nākamajā attēls):

• izentropisks saspiešanas process kompresorā (stāvokļi 1–2),

• Konstanta spiediena siltuma atgrūšanas process kondensatorā (stāvoklis 2–3),

• izplešanās vārstā notiek izentalpiskā izplešanās process (stāvoklis 3–4),

• Siltuma absorbcijas process iztvaicētājā pie nemainīga spiediena (stāvokļi 4 – 1).

Sekojošā shēma parāda a diagramma temperatūras (T) pret entropiju (s), kur ir norādīti dažādi stāvokļi, caur kuriem iet aukstumaģents tās šķērsošanas laikā caur sistēmas sastāvdaļām, lai pabeigtu dzesēšanas ciklu, saspiežot tvaiks:

J_L ir siltums, kas absorbēts no kondicionētās telpas, Q_h vai siltums tiek izvadīts uz āru un W_sast atspoguļo kompresora darbu.

Kā aprakstīts, darba šķidrums dzesēšanas ciklos ir aukstumaģents, un tirgū ir pieejams plašs to klāsts. Aukstumaģenti ir attīstījušies, un šobrīd tendence ir izvēlēties tādus, kas ir mazāk piesārņojoši, netoksiski un kuriem ir uzstādāmajai sistēmai nepieciešamās īpašības.

Daži no visbiežāk izmantotajiem aukstumaģentu veidiem

Šī aukstumnesēju grupa veido 90% no Amerikas Savienotajās Valstīs izmantotajiem aukstumnesējiem.