Измерение параметров работы кондиционера

1. Цель работы: изучить принцип работы парокомпрессионного теплового насоса на примере кондиционера

Приборы и оборудование: кондиционер в прозрачном корпусе (компрессор, конденсатор, испаритель, дроссель, магистрали), система управления и сбора данных, анемометр, ПЭВМ.

2. Краткие теоретические сведения

1. Обратные циклы.

Обратными называются термодинамические циклы, в которых подвод теплоты к термодинамической системе происходит при более низкой температуре рабочего тела, чем отвод теплоты.

Наиболее часто обратные циклы рассматриваются применительно к холодильным машинам и тепловым насосам.

Назначением холодильного цикла является охлаждение тела, имеющего температуру ниже, чем температура окружающей среды.

Устройства, в которых обратный цикл используется для искусственного охлаждения, называют холодильными машинами.

Схемы и циклы тепловых насосов аналогичны схемам и циклам холодильных машин. Принципиальное отличие теплового насоса от холодильника состоит в той роли, которую он играет у потребителя. Холодильники и воздушные кондиционеры предназначены для охлаждения, тогда как тепловой насос – для нагрева, для подвода теплоты к нагреваемому объекту. Теплота забирается от источника с низкой температурой. Происходит как бы «перекачивание» теплоты из холодного источника в горячий. Отсюда и название «тепловой насос».

Термодинамика процесса определяется первым началом термодинамики:

, (1)

г

Рис. 1.

де Q_i – количество теплоты, полученное рабочим телом от нагревателя и холодильника, находящихся при температурах T₁ и T₂ соответственно; L – работа, затраченная на совершение процесса.

Рис. 1 иллюстрирует следующую ситуацию. Температура T возрастает от нижней части рисунка к верхней. Устройство M отбирает количество теплоты Q₂ у тела с температурой T₂. Для этого затрачивается работа L. Количество теплоты Q₁ устройство M отдает телу с температурой T₁.

Для характеристики эффективности цикла холодильной установки применяется так называемый холодильный коэффициент ε_хол, рассчитываемый следующим образом:

(2)

Отопительный коэффициент ε_отоп, определяемый как.

(3)

характеризует эффективность работы теплового насоса.

Второй закон термодинамики утверждает, теплота не может самопроизвольно переходить от более холодного тела к более горячему. Для обратимых процессов второй закон может быть записан в форме:

(4)

С учетом (1) и (4)

(5)

Выражение (5) дает возможность рассчитать минимальную работу для совершения холодильного цикла. Минимальная работа будет затрачена только в том случае, когда цикл обратимый. В любом другом случае затраченная работа будет больше. Второе начало термодинамики не ограничивает максимальную величину этой работы. Она зависит от степени необратимости процессов и их эффективности.

Из (2), (3) и (5) холодильный и отопительный коэффициенты для тепловых машин, работающих по обратимым циклам, зависят только от температур Т₁ и Т₂ и находятся, как:

, (6)

. (7)

При увеличении разницы температур Т₁ – Т₂ холодильный и отопительный коэффициенты уменьшаются.

Свойства обратимых циклов не зависят от свойств веществ, которые используются в рабочих телах. Тем не менее, характеристики и эффективность реальных машин в большой степени определяется именно характеристиками используемых веществ.