Čo je to chladiaci cyklus a ako je definovaný?

Evelyn Maitee Marin
Priemyselný inžinier, MSc z fyziky a EdD

Chladiaci cyklus označuje opakujúci sa termodynamický proces, v ktorom sa látka používa ako chladivo mení fázy v okruhu a jeho funkciou je absorbovať teplo z priestoru, ktorý sa má upraviť, aby sa uvoľnilo teplo v inom regiónu. Na rozdiel od iných termodynamických cyklov, ako je výkon, v systémoch používaných na chladenie nie je účel získavanie energie na predaj alebo spotrebu, ale skôr tepelná úprava priestoru, napr miestnosť.

S prevádzkovou schémou podobnou schéme chladiacich cyklov existujú tepelné čerpadlá, ktoré na rozdiel od vzduchu Kondicionované sa používajú na vykurovanie priestoru, to znamená na odoberanie tepla z vonkajšieho prostredia, aby sa uvoľnilo vo vnútri požadovaných priestorov. stave.

Z teoretického hľadiska je možné študovať chladiace cykly s ohľadom na komponenty, ktoré tvoria systém, ako aj rôzne stupne, ktorými prechádza chladivo v rôznych stavoch. Nasledujúci graf znázorňuje klasifikáciu chladiacich systémov:

Typy chladiacich systémov

Základné komponenty chladiaceho cyklu

Podľa druhého zákona z Termodynamikatepelný tok nastáva spontánne vždy z oblasti väčšej teplota pri nižšej teplote a inak je na uskutočnenie chladiaceho procesu potrebné nejaké zariadenie alebo mechanizmus. Na tento účel si každý chladiaci systém vyžaduje najmenej štyri komponenty:

• Kompresor: je zariadenie zodpovedné za zvýšenie tlaku chladiva po jeho odparení. Za ideálnych podmienok je proces kompresie pri konštantnej entropii, hoci v praxi dochádza k zvýšeniu entropie.

• Výparník: tento systém je v podstate výmenník tepla, cez ktorý cirkuluje chladivo absorbovať teplo z priestoru, ktorý sa má upravovať, a v dôsledku toho sa zmes zmení do stavu para.

• Expanzný ventil: nazývaný aj kapilára alebo expandér. Za ideálnych podmienok toto zariadenie pracuje isenthalpicky (at entalpia konštantný) a jeho funkciou je zníženie tlaku chladiva v zmiešavacej zóne.

• Kondenzátor: tvorí ho špirála, cez ktorú prechádza chladivo v parnom stave, pri tlaku a teplote vyššej ako sú podmienky vo výparníku. Počas prechodu cez kondenzátor chladivo uvoľňuje teplo do vonkajšieho prostredia a kondenzuje, až kým sa nestane kvapalinou. V ideálnom prípade proces kondenzácii vyskytuje sa pri konštantnom tlaku, aj keď v skutočnosti sa zvyčajne prejavujú tlakové poklesy.

Základné komponenty chladničky

Koeficient výkonnosti (COP)

Ako už bolo spomenuté, na extrakciu tepla z priestoru (chladenie) a uskutočnenie fáz výmeny chladiva v cyklickom procese sú potrebné zariadenia, ktoré pracujú spotrebou energie (elektrické resp palivo), a to predstavuje náklady, ktoré by sa mali snažiť minimalizovať, maximalizovať funkciu, ktorá sa od nich v rámci cyklu očakáva.

Pri výkonových cykloch sa tepelný alebo elektrický výkon zvyčajne určuje z účinnosti cyklu resp jeho zložiek a ako taká by sa táto hodnota mala vždy pohybovať medzi 0 a 1 (v percentách by to bolo medzi 0 a 100 %). V chladiacich cykloch je však najbežnejšia analyzovať jeho výkon s použitím ako referenčného parametra koeficient výkonu, skrátený jeho skratkou v angličtine ako COP (koeficient výkonnosti), ktorého hodnota je takmer vždy väčšia ako jednota, je vždy kladná a určuje sa z nasledujúci výraz:

Ideálny chladiaci cyklus s kompresiou pár

S cieľom maximalizovať koeficient výkonu chladiacich cyklov boli navrhnuté rôzne metódy, najviac Najjednoduchším z nich je parné kompresné chladenie, ktoré je tvorené štyrmi stavmi, ktoré sú zobrazené v ďalšom obrázok):

• Izentropický kompresný proces v kompresore (stavy 1 – 2),

• Proces odvodu tepla pri konštantnom tlaku v kondenzátore (stavy 2 – 3),

• Izenthalpický expanzný proces v expanznom ventile (stavy 3 – 4),

• Proces absorpcie tepla vo výparníku pri konštantnom tlaku (stavy 4 – 1).

Nasledujúca schéma znázorňuje a diagram teplota (T) vs. entropia (s), kde sú uvedené rôzne stavy, ktorými chladivo prechádza počas jeho prechodu komponentmi systému dokončiť chladiaci cyklus stlačením para:

Q_L je teplo absorbované z klimatizovaného priestoru, Q_h je teplo odvádzané von a W_komp predstavuje prácu kompresora.

Ako je opísané, pracovnou tekutinou v chladiacich cykloch je chladivo a na trhu ich existuje široká škála. Chladivá sa vyvinuli av súčasnosti je trendom zvoliť tie, ktoré sú menej znečisťujúce, netoxické a ktoré majú vlastnosti požadované v systéme, ktorý sa má nainštalovať.

Niektoré z najbežnejšie používaných typov chladív

Táto skupina chladív tvorí 90 % chladív používaných v USA.