Wat is de koelcyclus en hoe wordt deze gedefinieerd?

Evelyn Maitee Marin
Industrieel Ingenieur, MSc in Natuurkunde, en EdD

Een koelcyclus verwijst naar het zich herhalende thermodynamische proces waarbij een stof als koelmiddel wordt gebruikt het verandert van fase door een circuit, en zijn functie is om warmte uit een ruimte te absorberen om te worden geconditioneerd om warmte in een andere ruimte af te geven regio. In tegenstelling tot andere thermodynamische cycli zoals stroom, is het doel dat niet in systemen die voor koeling worden gebruikt het verkrijgen van energie voor verkoop of consumptie, maar eerder het thermisch conditioneren van een ruimte, bijvoorbeeld a kamer.

Met een werkingsschema dat vergelijkbaar is met dat van koelcycli, zijn er warmtepompen, die, in tegenstelling tot lucht Geconditioneerd, worden ze gebruikt om een ​​ruimte te verwarmen, dat wil zeggen om warmte uit de externe omgeving te onttrekken om deze vrij te geven in het gewenste pand voorwaarde.

Vanuit theoretisch oogpunt kunnen koelcycli worden bestudeerd, rekening houdend met de componenten die dat zijn vormen het systeem en de verschillende stadia die het koelmiddel in de verschillende toestanden doorloopt. De volgende grafiek toont de classificatie van koelsystemen:

Soorten koelsystemen

Basiscomponenten van een koelcyclus

Volgens de tweede wet van de Thermodynamica, de warmtestroom komt spontaan altijd uit een gebied van groter temperatuur bij een lagere temperatuur, en anders is er een apparaat of mechanisme nodig om het koelproces uit te voeren. Om dit te doen, heeft elk koelsysteem minstens vier componenten nodig:

• Compressor: is een apparaat dat verantwoordelijk is voor het verhogen van de druk van het koelmiddel zodra het is verdampt. Onder ideale omstandigheden heeft het compressieproces een constante entropie, hoewel er in de praktijk een toename van de entropie optreedt.

• Verdamper: dit systeem is eigenlijk een warmtewisselaar waardoor het koelmiddel circuleert om warmte uit de te conditioneren ruimte op te nemen en als gevolg daarvan verandert het mengsel in een toestand van stoom.

• Expansieventiel: ook wel capillair of expander genoemd. Onder ideale overwegingen werkt dit apparaat isenthalpic (at enthalpie constant), en zijn functie is om de koelmiddeldruk in de mengzone te verlagen.

• Condensor: wordt gevormd door een spiraal waar het koelmiddel in dampvorm doorheen gaat, bij een druk en temperatuur die hoger zijn dan de omstandigheden in de verdamper. Tijdens de passage door de condensor geeft het koelmiddel warmte af aan de externe omgeving en condenseert het totdat het een vloeistof wordt. Idealiter is het proces van condensatie het treedt op bij constante druk, hoewel in werkelijkheid drukdalingen zich meestal manifesteren.

Basiscomponenten van een koelkast

Prestatiecoëfficiënt (COP)

Zoals reeds vermeld, zijn om warmte uit een ruimte te onttrekken (koelen) en het koelmiddel in een cyclisch proces van fasen te laten veranderen, apparaten nodig die verbruikend werken. energie (elektrisch of brandstof), en dit vertegenwoordigt kosten die moeten worden geminimaliseerd, waardoor de functie die van hen wordt verwacht binnen de cyclus wordt gemaximaliseerd.

Bij stroomcycli worden de thermische of elektrische prestaties meestal bepaald op basis van de efficiëntie van de cyclus of zijn componenten, en als zodanig moet deze waarde altijd tussen 0 en 1 liggen (in procenten zou het tussen 0 en 100 zijn %). In koelcycli is de meest voorkomende echter analyseren zijn prestaties met als referentieparameter de prestatiecoëfficiënt, afgekort door zijn acroniem in het Engels als COP (prestatiecoëfficiënt), waarvan de waarde bijna altijd groter is dan één, is altijd positief en wordt bepaald uit de volgende uitdrukking:

Ideale dampcompressiekoelcyclus

Met het doel de prestatiecoëfficiënt van de koelcycli te maximaliseren, zijn verschillende methoden ontworpen, de meest De eenvoudigste hiervan is dampcompressiekoeling, die wordt gevormd door vier toestanden die in de volgende worden weergegeven afbeelding):

• Een isentropisch compressieproces in de compressor (toestanden 1 – 2),

• Een warmteafvoerproces met constante druk in de condensor (toestanden 2 – 3),

• Een isenthalpisch expansieproces in het expansieventiel (toestanden 3 – 4),

• Een warmteopnameproces in de verdamper bij constante druk (toestanden 4 – 1).

Het volgende schema toont a diagram van temperatuur (T) versus entropie (s) waar de verschillende toestanden worden aangegeven waar het koelmiddel doorheen gaat tijdens zijn passage door de systeemcomponenten om de koelcyclus te voltooien door compressie van stoom:

Q_L is de warmte die wordt geabsorbeerd uit de geconditioneerde ruimte, Q_H is de warmte die naar buiten wordt afgevoerd en W_comp vertegenwoordigt het werk van de compressor.

Zoals beschreven, is de werkvloeistof in de koelcycli het koelmiddel, en er is een grote verscheidenheid aan op de markt. Koelmiddelen zijn geëvolueerd en momenteel is de trend om te kiezen voor koelmiddelen die minder vervuilend en niet-toxisch zijn en die de kenmerken hebben die vereist zijn in het te installeren systeem.

Enkele van de meest gebruikte soorten koelmiddelen

Deze groep koudemiddelen vormt 90% van de koelmiddelen die in de Verenigde Staten worden gebruikt.