1.26. Цикл воздушной холодильной установки.

Рис..126.1

На рис. 1.26.1 изображена схема воздушной холодильной установки, где в качестве рабочего тела применяют воздух, являющийся наиболее удобный, безвредным и доступным рабочим телом. Воздушная холодильная установка работает следующим образом. Воздух, охлаждающий помещение 1, сжимается в компрессоре 2, в результате чего температура его увеличивается. Сжатый воздух при постоянном давлении нагнетается в теплообменник 3, в котором охлаждается водой до температуры окружающей среды. После этого сжатый воздух поступает в расширительный цилиндр, или детандер 4, где расширяется до начального давления. При расширении температура воздуха падает до –60 или –70 °С и холодный воздух направляется для охлаждения помещения, где, нагреваясь, опять поступает в компрессор.

Идеальный цикл воздушной холодильной установки представлен в и диаграммах (рис. 1.26.2 и 1.26.3).

Рис. 1.26.2 Рис. 1.26.3

Воздух в процессе 1-2 адиабатно сжимается от давления до . В изобарном процессе 2-3 от воздуха отводится удельное количество теплоты внешнему источнику и температура его понижается от до . При адиабатном расширении в процессе 3-4 воздух дополнительно охлаждается от температуры до . Далее в изобарном процессе 4-1 происходит отвод теплоты от охлаждаемого помещения (теплоотдатчика), в результате чего воздух нагревается от до .

Работа, затрачиваемая на осуществление цикла, равна разности удельных количеств теплоты и . Считая теплоемкость посто­янной, имеем:

, ,

.

Тогда холодильный коэффициент цикла

.

Из адиабатных процессов 1-2 и 3-4

и

но , а , тогда , или, по свойствам про­порции, .

Окончательно имеем

, (1.26.1)

где –температура охлаждаемого помещения или температура воздуха, засасываемого в компрессор;

–температура сжатого воздуха.

Цикл воздушной холодильной установки внешне необратим, так как отвод теплоты осуществляется в окружающую среду с постоянной температурой, в пределе равной . Подвод теплоты происходит от охлаждаемого помещения, в котором должна поддерживаться постоянная температура, не превышающая . Таким образом, из-за несовершенства цикла воздух после компрессора должен перегреваться на разность температур и охлаж­даться ниже температуры охлаждаемого помещения на . Наиболее совершенным процессом отвода теплоты был бы изотермический процесс 5-3 (рис. 1.26.3), а процессом подвода теплоты – изотермический процесс 6-1. При этом указанные процессы можно было бы в пределе провести обратимо. Но цикл 1-5-3-6-1 будет обратимым циклом Карно. Следовательно, лишний раз подтверждается, что обратимый обратный цикл Карно является наиболее совершенным циклом холодильной установки.

По сравнению с циклом Карно в идеальном цикле воздушной холодильной установки дополнительно затрачивается работа, равная сумме пл. 2352 и 1641. При этом количество теплоты, отбираемое от охлаждаемого помещения за один цикл, будет меньше на величину пл. 1641 по сравнению с теплотой в цикле Карно.

Холодильный коэффициент эквивалентного обратного цикла Карно, как это следует из рис. 1.26.3,

,

поскольку , то .

Цикл воздушной холодильной установки является термодина­мически несовершенным, а установка малоэкономична и громоздка.