Что такое цикл охлаждения и как он определяется?

Эвелин Мейти Марин
Инженер-технолог, магистр физики и EdD

Холодильный цикл относится к повторяющемуся термодинамическому процессу, в котором вещество, используемое в качестве хладагента, он меняет фазы в цепи, и его функция состоит в том, чтобы поглощать тепло из кондиционируемого пространства и выделять тепло в другом область, край. В отличие от других термодинамических циклов, таких как мощность, в системах, используемых для охлаждения, цель не получение энергии для продажи или потребления, а скорее тепловое кондиционирование помещения, например, комната.

По схеме работы, аналогичной холодильным циклам, существуют тепловые насосы, которые, в отличие от воздушных Кондиционированные, они служат для обогрева помещения, то есть для извлечения тепла из внешней среды для отдачи его внутри нужных помещений. состояние.

С теоретической точки зрения холодильные циклы можно изучать с учетом компонентов, которые составляют систему, а также различные этапы, через которые проходит хладагент в различных состояниях. На следующем графике показана классификация холодильных систем:

Типы холодильных систем

Основные компоненты холодильного цикла

Согласно второму закон принадлежащий Термодинамика, тепловой поток происходит самопроизвольно всегда из области большей температура при более низкой температуре, а в противном случае требуется какое-либо устройство или механизм для осуществления процесса охлаждения. Для этого любой холодильной системе требуется как минимум четыре компонента:

• Компрессор: это устройство, отвечающее за повышение давления хладагента после его испарения. В идеальных условиях процесс сжатия идет при постоянной энтропии, хотя на практике происходит увеличение энтропии.

• Испаритель: эта система в основном представляет собой теплообменник, через который циркулирует хладагент. поглощать тепло из кондиционируемого пространства и, как следствие, смесь переходит в состояние пар.

• Расширительный клапан: также называется капиллярной трубкой или расширителем. В идеальных условиях это устройство работает изэнтальпийно (при энтальпия постоянный), и его функция заключается в снижении давления хладагента в зоне смешения.

• Конденсатор: образован змеевиком, через который хладагент проходит в парообразном состоянии при давлении и температуре выше, чем условия в испарителе. При прохождении через конденсатор хладагент отдает тепло во внешнюю среду и конденсируется до тех пор, пока не станет жидким. В идеале процесс конденсация оно возникает при постоянном давлении, хотя в действительности обычно проявляются перепады давления.

Основные компоненты холодильника

Коэффициент полезного действия (COP)

Как уже упоминалось, для извлечения тепла из помещения (охлаждения) и обеспечения смены фаз хладагента в циклическом процессе требуются устройства, работающие с потреблением энергия (электрический или топливо), и это представляет собой стоимость, которую следует попытаться минимизировать, максимизируя функцию, ожидаемую от них в рамках цикла.

В энергетических циклах тепловая или электрическая производительность обычно определяется эффективностью цикла или его компонентов, и поэтому это значение всегда должно находиться в диапазоне от 0 до 1 (в процентах оно будет между 0 и 100). %). Однако в холодильных циклах наиболее распространенным является анализировать его производительность с использованием в качестве эталонного параметра коэффициента производительности, сокращенно аббревиатурой на английском языке как COP (коэффициент полезного действия), значение которого почти всегда больше единицы, всегда положителен и определяется из следующее выражение:

Идеальный холодильный цикл с компрессией пара

С целью максимизации коэффициента полезного действия холодильных циклов были разработаны различные методы, наиболее Самым простым из них является охлаждение с компрессией пара, которое формируется четырьмя состояниями, показанными на следующем рисунке. изображение):

• Изэнтропический процесс сжатия в компрессоре (состояния 1 – 2),

• Процесс отвода тепла при постоянном давлении в конденсаторе (состояния 2 – 3),

• Процесс изоэнтальпического расширения в расширительном клапане (состояния 3 – 4),

• Процесс поглощения тепла в испарителе при постоянном давлении (состояния 4 – 1).

На следующей схеме показан диаграмма зависимости температуры (T) от энтропии (s), где указаны различные состояния, через которые проходит хладагент при прохождении через компоненты системы для завершения холодильного цикла путем сжатия пар:

Вопрос_л теплота, поглощаемая из кондиционируемого помещения, Q_час – тепло, отводимое наружу, а W_комп представляет работу компрессора.

Как уже говорилось, рабочим телом в холодильных циклах является хладагент, и на рынке их большое разнообразие. Хладагенты эволюционировали, и в настоящее время наблюдается тенденция выбирать менее загрязняющие окружающую среду, нетоксичные и обладающие характеристиками, необходимыми для установки в системе.

Некоторые из наиболее часто используемых типов хладагентов

Эта группа хладагентов составляет 90% хладагентов, используемых в США.