Hva er kjølesyklusen, og hvordan defineres den?

Evelyn Maitee Marin
Industriingeniør, MSc i fysikk og EdD

En kjølesyklus refererer til den repeterende termodynamiske prosessen der et stoff brukes som kjølemiddel den endrer faser gjennom en krets, og dens funksjon er å absorbere varme fra et rom som skal kondisjoneres til å frigjøre varme i et annet region. I motsetning til andre termodynamiske sykluser som strøm, i systemer som brukes til kjøling, er ikke formålet det skaffe energi for salg eller forbruk, men heller termisk kondisjonering av et rom, for eksempel en rom.

Med et driftsskjema som ligner på kjølesykluser, er det varmepumper, som i motsetning til luft Kondisjonert brukes de til å varme opp et rom, det vil si å trekke ut varme fra det ytre miljøet for å frigjøre det inne i de ønskede lokalene betingelse.

Fra et teoretisk synspunkt kan kjølesykluser studeres med tanke på komponentene som utgjør systemet samt de ulike stadiene som kuldemediet går gjennom i de forskjellige tilstandene. Følgende graf viser klassifiseringen av kjølesystemer:

Typer kjøleanlegg

Grunnleggende komponenter i en kjølesyklus

I følge den andre lov av Termodynamikk, oppstår varmestrømmen spontant alltid fra et område med større temperatur ved en lavere temperatur, og ellers kreves det en eller annen enhet eller mekanisme for å utføre kjøleprosessen. For å gjøre dette krever ethvert kjølesystem minst fire komponenter:

• Kompressor: er en enhet som er ansvarlig for å øke trykket i kjølemediet når det har fordampet. Under ideelle forhold er kompresjonsprosessen ved konstant entropi, selv om det i praksis oppstår en økning i entropi.

• Fordamper: dette systemet er i utgangspunktet en varmeveksler som kjølemediet sirkulerer gjennom å absorbere varme fra rommet som skal kondisjoneres og som en konsekvens endres blandingen til en tilstand av damp.

• Ekspansjonsventil: også kalt kapillærrør eller ekspander. Under ideelle hensyn fungerer denne enheten isenthalpic (kl entalpi konstant), og dens funksjon er å redusere kjølemedietrykket i blandesonen.

• Kondensator: den er dannet av en spiral som kjølemediet passerer gjennom i damptilstand, ved et trykk og temperatur høyere enn forholdene i fordamperen. Under passasjen gjennom kondensatoren avgir kjølemediet varme til det ytre miljøet og kondenserer til det blir en væske. Ideelt sett er prosessen med kondensasjon det skjer ved konstant trykk, selv om trykkfall i virkeligheten vanligvis manifesteres.

Grunnleggende komponenter i et kjøleskap

Ytelseskoeffisient (COP)

Som allerede nevnt, for å trekke ut varme fra et rom (kjølig) og få kjølemediet til å endre faser i en syklisk prosess, kreves det enheter som bruker forbruk. energi (elektrisk eller brensel), og dette representerer en kostnad som bør prøves å bli minimert, og maksimerer funksjonen som forventes av dem i syklusen.

I strømsykluser bestemmes den termiske eller elektriske ytelsen vanligvis ut fra effektiviteten til syklusen eller komponentene, og som sådan bør denne verdien alltid variere mellom 0 og 1 (i prosentvis vil den være mellom 0 og 100 %). Men i kjølesykluser er det vanligste analysere ytelsen ved å bruke ytelseskoeffisienten som referanseparameter, forkortet med dets akronym på engelsk som COP (ytelseskoeffisient), hvis verdi nesten alltid er større enn enhet, er alltid positiv og bestemmes ut fra følgende uttrykk:

Ideell dampkompresjonskjølesyklus

Med det formål å maksimere ytelseskoeffisienten til kjølesyklusene, er det utviklet forskjellige metoder, de fleste Den enkleste av disse er dampkompresjonskjøling, som dannes av fire tilstander som er vist i neste bilde):

• En isentropisk kompresjonsprosess i kompressoren (tilstander 1 – 2),

• En konstant trykk varmeavvisningsprosess i kondensatoren (tilstander 2 – 3),

• En isentalpisk ekspansjonsprosess i ekspansjonsventilen (tilstander 3 – 4),

• En varmeabsorpsjonsprosess i fordamperen ved konstant trykk (tilstander 4 – 1).

Følgende skjema viser en diagram av temperatur (T) vs entropi (s) hvor de forskjellige tilstandene som kjølemediet passerer er indikert under sin passasje gjennom systemkomponentene for å fullføre kjølesyklusen ved komprimering av damp:

Q_L er varmen absorbert fra det kondisjonerte rommet, Q_h er varmen avvist til utsiden og W_komp representerer arbeidet til kompressoren.

Som beskrevet er arbeidsvæsken i kjølesyklusene kjølemediet, og det er et stort utvalg av dem på markedet. Kjølemedier har utviklet seg, og for tiden er trenden å velge de som er mindre forurensende, ikke-giftige og som har de egenskapene som kreves i systemet som skal installeres.

Noen av de mest brukte typene kjølemedier

Denne gruppen av kjølemedier utgjør 90 % av kjølemediene som brukes i USA.