Будова, характеристика та розрахунок компресійної парової холодильної машини

2. Термодинамічні основи отримання холоду

Основні положення. Перенесення тепла з нижчого температурного рівня на вищий супроводжується зменшенням ентропії і тому не може відбуватися самовільно. Для того щоб здійснити такий процес, його необхідно проводити одночасно з іншим процесом, який іде із зростанням ентропії і компенсує її зменшення в процесі віднімання тепла від середовища з більш низькою температурою.

В холодильних установках перенесення тепла від середовища з більш низькою температурою здійснюється з допомогою робочого тіла, яке називається холодильним агентом, або холодоагентом.

Отримання холоду відбувається по круговому процесу, або циклу, в якому процес віднімання тепла від охолоджуваного середовища супроводжується компенсуючим процесом - підведенням енергії (наприклад, при стисненні парів холодоагенту в компресорі0.

Згідно законів термодинаміки, при перенесенні тепла від середовища з більш високою температурою Т до середовища з більш низькою температурою Т0 найбільша ступінь перетворення тепла в роботу відповідає коефіцієнту корисної дії циклу Карно. Зворотним циклом Карно називається процес перенесення тепла від менш нагрітого тіла до більш нагрітого при затраті механічної роботи. Зворотний цикл Карно (рис.2.1) складається із наступних процесів

Рисунок 2.1 Ентропійна діаграма зворотного циклу Карно 1 - 2 - адіабатичні процеси стиснення пароподібного холодоагенту (кінцева температура стиснення Т);

2— З - ізотермічна конденсація парів холодильного агенту при

температурі Т з віддачею оточуючому середовищу (наприклад, воді) теплоти

конденсації (Q);

3— 4 - адіабатичне розширення рідкого холодоагенту (кінцева

температура розширення Т0);

4- 1 - ізотермічне випаровування рідкого холодоагенту при

температурі Т0 з відніманням від охолоджуваного середовища теплоти

випаровування Q.Такий цикл здійснюваний лише при умові постійності ентропії системи. Тому якщо при випаровуванні холодоагенту ентропія охолоджуваного середовища зменшується на Q0/ Т0, то на такс ж значення повинна зрости ентропія більш нагрітого середовища (води), якій передається тепло Q0, яке відняте від охолоджуваного середовища, і тепло, еквівалентне роботі LK, затрачене на стиснення холодоагенту. В результаті зростання ентропії більш нагрітого середовища складає (Q0 + LK)/T.

Q0/ T0 = (Q0 +LK )/Т

Звідси, робота, яку необхідно затратити в холодильній установці, працюючій по зворотному циклу Карно

LK – Q0 (T – Т0/Т0)

Теплота Т0, яка віднімається холодильним агентом від охолоджуваного середовища при температурі Т0 < Т, визначає холодопродуктивність циклу чи холодильної установки. На діаграмі Т - S (рис.1) холодопродуктивність зображається площею 1-4-5-6. Площа 2-3-5-6 еквівалентна кількості тепла, яке віддається холодильним агентом більш нагрітому середовищу при температурі Т, а різниця площ 2 — 3 - 5 - 6 і 1-4-5-6 відповідає величині затраченої роботи LK (площа 2 — 3 - 4 - 1).