8. Циклы холодильных и теплонасосных установок

Холодильная установка, устройство, предназначенное для охлаждения тел до температур, лежащих ниже температуры окружающей среды. В этих установках осуществляется обратный цикл. Основные типы холодильных установок: воздушные, парокомпрессорные, пароэжекторные и абсорбционные. Отдельную группу составляют термоэлектрические (использующие эффект Пельтье) и термомагнитные (использующие эффект Эттингсхаузена). Наиболее распространены парокомпрессорные холодильные установки.

Цикл парокомпрессорной холодильной установки (ПКХУ), обратный цикл, в котором отвод теплоты от охлаждаемого тела осуществляется в результате его контакта с холодильным агентом, кипящим при низкой температуре (см. рисунок). Холодильным агентом (хладоном) является жидкость, кипящая при не очень низких отрицательных температурах: фреон, аммиак, диоксид углерода. В компрессор 1 поступает сухой пар хладона. Здесь он адиабатно сжимается в процессе 1-2 и становится перегретым. Затем пар изобарно охлаждается, процесс 2-3, и конденсируется, процесс 3-4, в конденсаторе 2. Конденсат адиабатно дросселируется с понижением температуры до требуемой величины в дросселе 3, процесс 4-5. На выходе из дросселя – влажный насыщенный пар, который поступает в испаритель 4. Здесь, в процессе изобарного парообразования 5-1, происходит отвод теплоты от охлаждаемого объекта. Расчет основных величин характеризующих цикл производится по формулам:

• количество теплоты отведенной от охлаждаемого тела: q₂ = h₁ – h₅;

• работа, затраченная на сжатие хладона в компрессоре: l_К = h₂ – h₁;

• холодильный коэффициент цикла: .

Тепловой насос, устройство для переноса теплоты от низкотемпературного источника к теплоприемнику с высокой температурой; осуществляется с затратой энергии, обычно в форме работы. Тепловые насосы используют для отопления, горячего водоснабжения и т.д. Наиболее распространен парокомпрессорный тепловой насос.

Цикл парокомпрессорного теплового насоса, обратный цикл (подобный циклу ПКХУ), в котором отвод теплоты от низкотемпературного источника (вода в пруду, море, грунт, окружающий воздух и т.д.) осуществляется в результате его контакта с кипящим холодильным агентом (см. рисунок). Цикл состоит из следующих процессов: 5-1 – изобарно-изотермическое парообразование хладона в теплообменнике 4, за счет теплоты отводимой от низкотемпературного источника; 1-2 – адиабатное сжатие хладона в компрессоре 1; 2-3-4 – изобарное охлаждение и конденсация в теплообменнике 2, с подводом теплоты к теплоприемнику; 4-5 ­– адиабатное дросселирование в дросселе 3. Расчет основных величин характеризующих цикл производится по формулам:

• количество теплоты отведенной от низкотемпературного источника: q₂ = h₁ – h₅;

• количество теплоты подведенной к высокотемпературному теплоприемнику: q₁ = h₂ – h₄;

• работа, затраченная на сжатие хладона в компрессоре: l_К = q₁ – q₂ = h₂ – h₁;

• отопительный коэффициент цикла: .

Раздел 2. Теория теплообмена