1.3. Энергетические затраты производства холода

Наибольшее распространение нашли холодильные и криогенные установки работающие на основе испарительного охлаждения жидкостей. Это так называемые парокомпрессионные холодильные машины. Идеальным циклом таких машин является обратный парожидкостный цикл Карно.

Рис.1.4. T,s-диаграм-ма обратного цикла Карно парожидкостной холодильной машины

Здесь: Т_н– температура подвода теплоты к циклу от теплоотдатчика (охлаждаемой среды) на низшем температурном уровне;

Т_в=Т_о.с– температура отвода теплоты из цикла теплоприемнику (охлаждающей среде), высшая температура цикла;

q_н– теплота подведенная к циклу, иначе –холодопроизводительностьцикла. В соответствии с графиком:q_нпл. 1-4-5-6=Т_нs;

E_q– работа (эксергия) подведенная к циклу, гдеE_qпл. 1-3-3-4=(Т_н-Т_о.с)s. Так как Т_нТ_о.с, то значениеE_qбудет со знаком "минус". Это означает, что энергия подводится;

q_в– теплота отводимая в конденсаторе в окружающую среду (теплоприемнику). В соответствии с диаграммойq_впл. 2-3-5-6=Т_вsилиq_в= q_в+ E_q .Это равенство называют уравнением теплового баланса холодильной машины.

Связь между затраченной энергией и холодопроизводительностью цикла определяется соотношением:

(1.2)

Где _еназываетсякоэффициентом работоспособноститеплового потока и представляет собой удельный расход энергии на производство единицы холода в идеальной холодильной машине.

Проведем анализ зависимости удельного расхода энергии _е на производство холодаq_н от уровня температуры этого холодаТ_н:

при Т_нТ_о.с _е0, т.е. энергия подводится (холодильный цикл Карно);

при Т_нТ_о.с_е0, т.е. энергия отводится (тепловой двигатель);

при Т_н=Т_о.с_е=0; еслиТ_нто_е1; еслиТ_н0, то_е-.

Заметим, что в холодильном цикле величина |_е| (по модулю) может быть существенно больше 1. В прямом (тепловом) цикле всегда_е1.

На рис.1.5 приведено графическое отображение зависимости (1.2).

Рис.1.5. Зависимость удельного расхода энергии _е от температурного уровня получаемого холодаТ_н.

Так как , то видно также, что для получения одного и того же значения холодопроизводительности при снижении температурного уровняТ_ннеобходимо затрачивать все больше и больше энергии (зависимость гиперболическая).

Отсюда видна недостижимость "абсолютного нуля", так как при Т_н 0E_q-, т.е. необходимо затратить бесконечное количество энергии.

Контрольные вопросы:

1. Что представляет собой холод?

2. Что называют трансформатором теплоты и для каких целей он используется?

3. По каким направлениям технического прогресса используется хладотехника?

4. Какие виды установок входят в состав техники низких температур?

5. Назовите области применения холодильной техники?

6. Назовите основные способы получения искусственного холода?

7. Какой способ получения холода наиболее распространен и почему?

8. Что называют дроссельэффектом и как он используется в технике низких температур?

9. Что представляет собой детандер и где он используется?

10. Какое устройство называют вихревой трубой?

11. В чем заключается термоэлектрический способ получения холода?

12. Что представляет собой коэффициент работоспособности теплового потока?

13. Как меняется энергопотребление производства единицы холода при снижении температурного уровня получаемого холода?

14. Достижим ли "абсолютный ноль" и почему?