4.5 Цикл паровой компрессионной холодильной установки

В парокомпрессионных холодильных установках в качестве рабочего тела используются низкокипящие жидкости (табл. 4.1).

Таблица 4.1 Параметры основных холодильных агентов

Холодильный агент

Температура

Давление насыщения, бар

насыщения при при температуре при температуре

давлении 1бар, +15 ^оС - 10 ^оС

Водяной пар, H2О +99,64 0,017 0,00287

Аммиак, NH₃ -33,40 7,28 2,91

Сернистый ангидрит SO₂-10,30 2,75 1,015

Хлористый метил CH₃Cl -24,00 4,18 1,75

Углекислота СО₂ -78,9 50,9 26,40

Фреон –12 -30,00 4,90 2,19

Из табл.4.1 видно, что при атмосферном давлении только водяной пар имеет положительную, а все остальные холодильные агенты имеют отрицательные температуры насыщения и, следовательно, при комнатной температуре (+15^оС) являются перегретыми парами (газами). Кроме того, давления насыщения холодильных агентов больше атмосферного.

Таким образом, холодильные агенты должны обладать важным термодинамическим свойством: при отрицательных температурах насыщения их давление не должно быть ниже атмосферного (а несколько выше), с тем, чтобы испарение не происходило в условиях вакуума и исключало присос (подсос) воздуха.

Подсос воздуха нежелателен потому, что он ухудшает теплопередачу между хладагентом и окружающей средой в конденсаторе и окружающей средой в испарителе. Кроме того, водяные пары влажного воздуха могут замерзать в трубках испарителя, образовывать с рабочим веществом соединения, разъедающие металлические части компрессора.

Рис. 4.5 Паровая компрессионная установка:

1 – холодильная камера; 2- испаритель; 3- компрессор; 4- конденсатор; 5- дроссельный

вентиль.

На рис. 4.5 приведена схема компрессионной холодильной установки, состоящей из холодильной камеры 1, где должна быть создана температура ниже температуры окружающей среды, компрессора 4 и регулирующего (дроссельного) вентиля 5.

На рис.6.6 приведен цикл такой установки в T-s- координатах.

Рис. 4.6T-s- диаграмма цикла.

Установка работает следующим образом. В компрессоре 3 происходит адиабатное сжатие пара (процесс 1-2). В конденсаторе 4 холодильный агент вначале охлаждается

(процесс 2-2^{`</sup>) при постоянном давлении и затем конденсируется (процесс 2<sup>`}-3)cотдачей

в окружающую среду теплоты q₁. В дроссельном вентиле 5 происходит процесс дросселирования (процесс 3-5) с превращением жидкости во влажный пар. В испарителе 2 влажный пар принимает теплотуq₂и содержащаяся в нём жидкость испаряется (процесс5-1).

Холодильный коэффициент этой установки определяется по формуле:

, (4.26)

где l_к=i₂–i₁- удельная работа , затраченная при адиабатном сжатии пара в компрессоре;

q₂=i₁ –i₅= i₁ –i₄ - удельное количество теплоты, воспринимаемое паром в испарителе.

Отсюда

. (4.27)

4.5 Тепловой насос

Тепловым насосом называется устройство, с помощью которого теплота, забираемая от источника с низкой температурой посредством затраченной извне работы, отдается потребителю при более высокой температуре. Работа теплового насоса в принципе не отличается от работы холодильной установки.

Принципиальная схема теплового насоса представлена на рис.4.7.

Рис. 4.7 Схема теплового насоса:

1- компрессор; 2- конденсатор; 3- отапливаемое здание; 4- приборы отопления (радиатор);

5,9 – насосы; 7- испаритель; 8- водоём.

Его работа происходит следующим образом. В компрессоре 1 происходит сжатие холодного агента с повышением его температуры.В конденсаторе 2 происходит конденсация парообразого рабочего тела за счет воды из обратной линии системы топления 4. Циркуляция

воды в системе отопления осуществляется насосом 5. Выделяющаяся при этом теплота q₁

передаётся жидкости, циркулирующей в отопительной системе. В дроссельном вентиле 6

конденсат рабочего тела дросселируется с понижением температуры и давления. В испарителе 7 температура хладагента повышается за счёт подвода количества теплоты q₂, отобранной от холодной воды в водоёме 8.

Эффективность работы теплового насоса характеризуется отопительным коэффициентом, который определяется по формуле:

, (4.28)

где q₁–теплота, выделяющаяся при конденсации 1 кг хладагента в конденсаторе;

l-работа, затраченная на всасывание,сжатие и выталкивание 1кг хладагента в компессоре. Для средних условий температур величина коэффициента

Тепловые насосы используются для отопления, получения теплоты для технологических целей, конденсирования воздуха и т.п.

47