Циклы холодильной машины и теплового насоса
Схема холодильной машины и реальный цикл в T-S диаграмме.
Сухой насыщенный пар хладагента сжимается в компрессоре. Процесс сжатия соответствует линии 1-2 на диаграмме. В силу необратимости потерь, процесс отличается от идеального процесса показанного штриховой линией и сопровождается ростом энтропии. В конце процесса сжатия получается перегретый пар (точка 2 в T-S диаграмме). Перегретый пар поступает в конденсатор, в котором охлаждается до температуры насыщения, соответствующей давлению pК (точка 2’ в T-S диаграмме), и конденсируется. Процесс конденсации показан линией 2’-3. Процесс конденсации происходит при ТК, несколько превыщающей температуру окружающей среды ТОС на велечину ?ТК. Количество теплоты, отводимой в конденсаторе от хладагента равно QК.
Процесс дросселирования изображён в T-S диаграмме линией 3-4. В результате после дроссельного вентиля имеется влажный пар с параметрами T0 и p0 (точка 4 в T-S диаграмме). Далее поток хладагента раздваивается. Отделяемая в сепараторе жидкость поступает на вход в испаритель, а пар хладагнета – на вход в компрессора. В испарителе хладагент испаряясь отнимает количество теплоты Q0 от потребителя холода, а парообразный хладагент поступает на вход компрессора. Процесс испарения происходит, как и процесс конденсации, при конечном значении разности температур ?ТИ испарителя (ТИ) и хладагента (Т0). Парокомпрессионный цикл может быть применён и для целей нагрева воздуха в помещении. Для этого может быть использована теплота окружающей среды (теплота наружного воздуха, теплота воды в естественных водоёмах или теплота воды из артезианских скважин и т.д.). Температура располагаемых природных энергоресурсов может быть низкой и поэтому недостаточной для полезного использования в целях отопления. Температурный уровень можно искусственно повысить, применив термотрансформатор – тепловой насос, затратив при этом какую-либо энергию, например механическую или электрическую.
Принципиальная схема теплового насоса и схема иделаьного (1-2-3-4) и реального циклов в T-S диаграмме.
В идеальном цикле пары теплоносителя с параметрами в точке 1 поступают в компрессор, где сжимаются до давления pВ и нагреваются до соответствующей ему температуры ТВ. С этими параметрами пары теплоносителя поступают в конденсатор, в котором конденсируются, передавая теплоту потребителю (в системах кондиционирования – воздуху в помещении). После конденсатора теплоноситель поступает в детандер, в котором давление и температура снижаются до p0 и T0. В испарителе (процесс 4-1 в T-S диаграмме) к теплоносителю подводится теплота от источника низкого потенциала, в качестве которого используется теплота наружного воздуха. Теплоноситель испаряется при температуре TОС и цикл замыкается. Количество теплоты, подводимое в цикле к единицы массы теплоносителя в испарителе равно TОС?s. Количество теплоты, отводимое в конденсаторе от теплоносителя к воздуху в помещении, равно ТВ?s. Удельная работа теплоносителя в идеальном цикле парокомпрессионного теплового насоса равно (TВ – TОС)?s. Коэффициент трансформации определяется, как отношение полезного количества теплоты, подводимого к воздуху, к затраченной в цикле работе. Для идеального цикла коэффициент трансформации равен µТ= ТВ?s/(TВ – TОС)?s=ТВ/(TВ – TОС). Отличительными особенностями идеального цикла от реального являются: отсутствие необратимых энергетических потерь в теплообменном оборудовании (бесконечно малая разность температур между охлаждаемой и нагреваемой средой) и потерь, связанных с трением; равенство подводимой работы в компрессоре и отводимой в расширительном устройстве или детандаре (AК=AТ), при этом для процессов сжатия и расширения ds=0. Идеальный цикл осуществляется в области влажного пара.
Коэффициент трансформации теплоты для реального цикла теплового насоса будет меньше, чем µТ и рассчитывается, как µР= µТ?, где ? – коэффициент полезного действия теплового насоса. Этот коэффициент учитывает необратимость процессов в нагнетательном и расширительном устройстве, а также в теплообменниках. В отличие от идеального в цикле реального теплового насоса применяется сжатие насыщенного пара теплоносителя (линия а-б), а детандер заменяется дроссельным вентилем. Процессы политропного сжатия в компрессоре и изоэнтальпийного расширения в дроссельном вентиле происходят с ростом энтропии, а теплообмен в испарителе и конденсаторе при конечных разностях температур между теплоносителем и воздухом внутри помещения и снаружи.
Как видно из рассмотрения принципиальных схем холодильного цикла и цикла теплового насоса, они отличаются только тем, что в холодильном цикле источник теплоты низкого потенциала (окружающая среда) используется для отвода теплоты хладагента из конденсатора, а в тепловом насосе служит в качестве среды, от которой отбирается теплота в испарителе. В холодильле, который расположен в кондиционируемом помещении. В результате воздух охлаждается. Пары хладагента конденсируются в теплообменнике, который расположен снаружи при температуре наружного воздуха (TОС).
Если кондиционер работает в режиме теплового насоса, то теплота отбирается от окружающей среды (наружного воздуха) и подводится к жидкому теплоносителю в испарителе, расположенном снаружи кондиционируемого помещения, а передаётся к воздуху внутри помещения от конденсирующихся паров теплоносителя. В холодильном цикле наоборот: охлаждается воздух внутри помещения и нагревается наружный воздух, охлаждающий конденсатор.
Функция холодильной машины и теплового насоса могут обеспечиваться одним устройством, если предусмотреть два раздельных теплообменника, расположенных внутри и снаружи, и дополнительный элемент, который позволит при изменении режима работы кондиционера (нагрев или охлаждения) менять направление потоков газообразного хладагента, направляя в одном случае поток хладагента к внутреннему теплообменнику (процесс охлаждения), в другом – к наружному (процесс нагрева).
Применение четырёхходового клапана позволяет осуществить реверс потока хладагента и тем самым изменять режим работы кондиционера с охлаждения на нагрев, и наоборот. Это наглядно иллюстрируется на рисунке:
Схематично представлена работа сплит-системы кондиционирования воздуха, включающая в себя два отдельных блока, один из которых расположен снаружи (внешний блок 2), а другой внутри (внутренний блок 1) кондиционируемого помещения. Каждый из блоков состоит из теплообменника, вентилятора и регулирующих устройств. Вентилятор внутреннего блока осуществляет обдув теплообменника и рециркуляцию воздуха в кондиционируемом помещении, вентилятор внешнего блока – обдув теплообменника наружным воздухом. Компрессор 3 и четрёхходовой клапан 4 конструктивно расположены внутри внешнего блока, на рисунке эти элементы вынесены за пределы блока с целью иллюстрации потоков хладагента. В зависимости от режима работы теплообменник внутреннего блока может работать и как конденсатор, и как испаритель. Кроме четырёхходового клапана необходимо предусмотреть и два расширительных устройства – дроссельных вентиля (или клапана) 5 с обводными линиями, включающими обратные клапаны 6. Дросселирование жидкости осуществляется в первом по потоку дроссельном вентиле. В это время обратный клапан, установленный в обводной линии против хода потока, закрыт а обратный клапан в обводной линии второго дроссельного вентиля – открыт. Таким образом, исключается дросселирование газообразного хладагента. При смене режима работы с охлаждения на нагрев, или наоборот, вновь включается в работу первый по ходу жидкости дроссельный вентиль и происходит срабатыванеи обратных клапанов, но уже в обратном порядке.
А так же:
- Каталог кондиционеров
- Классификация кондиционеров
- Рекомендации при выборе кондиционера
- Мультизональные кондиционеры (VRV, VRF)
- Необходимость обслуживания кондиционеров
- История появления кондиционера
- Продажа кондиционеров
- Продажа кондиционеров, розничные цены
- Сервис - монтаж кондиционеров
- Прайс - лист на монтажные, сервисные и ремонтные работы
 |
Получить консультацию и задать вопросы Вы можете по т. +7(495)220-6-220. Марков Сергей Валентинович. |
