pompy ciepła wykład 2.pdf
(
366 KB
)
Pobierz
studia
JeŜeli L
ob
> 0 to Q
ob
> 0
w obiegu jest wykonywana praca kosztem doprowadzonego ciepła
Urządzenie, w którym realizowany jest taki obieg to
silnik termodynamiczny
Pompy ciepła spręŜarkowe
Podstawy
JeŜeli L
ob
< 0 to Q
ob
< 0
do obiegu jest doprowadzana praca, a z obiegu odprowadza się
więcej ciepła niŜ doprowadza,
to urządzenie, w którym realizowany jest taki obieg to
pompa ciepła
silnik termodynamiczny
pompa ciepła
Dorota Chwieduk
Górne źródło
ciepła
T
o
Górne źródło
ciepła T
Q
in
Q
out
Silnik
Pompa ciepła
L
out
L
in
Q
out
Q
in
Dolne źródło
ciepła T
Dolne źródło
ciepła T
o
Obieg Carnota
Obieg odwracalny silnik
•realizowany z jednym górnym źródłem o stałej temperaturze T i jednym
dolnym źródłem o stałej temperaturze T
0
•przejście z linii T = const do linii T
0
=const odbywa się adiabatycznie
W odwracalnej przemianie adiabatycznej spełniony jest warunek:
Carnot – II zasada Termodynamiki
dQ
dS
=
T
=
0
czyli:
S=CONST
2 przemiany są adiabatyczne: 1 – 2 i 3 – 4
Sprawność obiegu Carnota odpowiada:
T
Q
0
T
( )
( )
2
S
−
S
Η
=
1
−
=
1
−
0
4
1
Q
Q
T
S
−
S
2
3
3
T
• Silnik cieplny nie moŜe pracować nie
pobierając ciepła ze „źródła ciepła” i nie
oddając go do „źródła zimna”
T
0
przy czym S
4
S
1
= S
3
S
2,
więc →
Η
1−
L
T
T
0
1
Q
0
4
S
‘Obiegi odwrócone – lewobieŜne wstecz’
Chłodziarki i pompy ciepła mają obiegi
odwrócone w porównaniu z obiegiem silników
cieplnych
Procesy i przepływy energii odbywają się w
przeciwnym kierunku
Górne źródło
ciepła T
Obieg odwracalny Obieg nieodwracalny
L
=
pole
obiegu
L
≥
pole
obiegu
Q
out
Bilans energetyczny dla dowolnego obiegu:
Q
Q
+
=
0
L
Chłodziarka
lub pompa
ciepła
Współczynnik wydajności obiegu
dla chłodziarki:
Ε
=
Q
0
Q
in
L
T
Q
Dolne źródło
ciepła T
o
Dla pompy ciepła:
Q
Górne źródło
ciepła
Górne źródło
ciepła T
I
B
Ε
pc
=
L
T
o
A
Dla obiegu wstecznego odwracalnego Carnota:
dla chłodziarki
Q
in
Q
out
II
L
Q
T
S
T
Ε
=
0
=
0
=
0
Chłodziarka
lub pompa
ciepła
Q
0
( )
0
L
out
L
in
Q
−
Q
0
T
−
T
0
S
T
−
T
Silnik
dla pompy ciepła
Q
out
Q
in
Obieg wsteczny
przemiana A – B – doprowadzenie ciepła Q
0
przemiana B – A – odprowadzenie ciepła Q
→ doprowadzenie pracy L
S
Ε
=
Q
=
T
S
=
T
Q
−
Q
( )
0
0
−
T
S
T
−
T
0
Dolne źródło
ciepła T
Dolne źródło
ciepła T
o
Dla obiegu nieodwracalnego realizowanego ze
źródłami ciepła o takich samych temperaturach
jak w obiegu odwracalnym zachodzi zaleŜność:
Ε
n
<
Ε
Ε
npc
<
Ε
pc
1
T
Pompa ciepła spręŜarkowa
•
Zadaniem pompy ciepła jest dostarczanie ciepła przy wysokiej
temperaturze
Q
Górne źródło T
Ujście – odbiór
ciepła T
H
3
2
Q
• W praktyce obie funkcje mogą być
spełniane za pomocą jednego urządzenia
jeŜeli istnieje ciągłe równoczesne
zapotrzebowanie na grzanie i chłodzenie
Q
Chłodziarka
lub pompa
ciepła
L
Chłodziarka
lub pompa
ciepła
L
L
Q
o
Dolne źródło
ciepła T
o
Q
o
4
1
Źródło ciepła T
C
Q
o
• Zadaniem chłodziarki jest odbiór ciepła przy niskiej temperaturze
Obieg Lindego
1’ para nasycona sucha
1’ – 2’ spręŜanie izentropowe w obszarze pary
przegrzanej
2’ – 3 skraplanie izobaryczne, w obszarze
2
–
3 skraplanie izotermiczne
3 – 4’ rozpręŜanie izoentalpowe
4’ – 1’ parowanie izobaryczne
T
T
Chłodziarka
Pompa ciepła
Q
Obieg Carnota wstecz
1 – 2
spręŜanie izentropowe
2 – 3
skraplanie izobaryczne
3 – 4
rozpręŜanie izentropowe
4 – 1
parowanie izobaryczne
x=1
x=0
Praca obiegu l
t
|
l
t
|
=l
s
l
r
Współcz
ynnik wydaj
ności chłodniczej W spółczynnik wydajności cieplnej
2'
3
2
x=0
Q
x=1
Q
3
3
2
T
2
L
in
q
=
=
0
Q
q
t
Q
To
4
Ε
t
=
=
4
1
1
4'
Ε
1'
o
Q
o
Q
o
T
t
l
L
l
L
Q
o
T
t
t
S
S
x=0
x=1
Obieg cyklu Carnota wstecz
q
o
=
T
o
(s
1
s
4
)
q= T (s
2
s
3
)
L
t
= (TT
o
)(s
1
s
4
)
L
t
= (TT
o
)(s
2
s
3
)
→
Obieg Lindego
Pompa ciepła
2'
x=0
x=1
Q
L
Q
Q
Cykl Carnota
•
Obszar pary nasyconej
•
SpręŜanie w spręŜarce
rzeczywistej ze stratami
→
Ε
Car
=
2
3
3
( )
( )( )
0
4
( )
( )( )
0
3
2
T
s
−
s
T
T
s
−
s
T
T
Ε
=
0
1
4
=
o
Ε
=
2
3
=
t
T
−
T
s
−
s
T
−
T
t
T
−
T
s
−
s
T
−
T
L
0
1
0
2
Bilans energetyczny dla 1 kg czynnika Bilans energetyczny dla 1 kg czynnika
Chłodziarka
To
Q
= T
S
,
Q
O
= T
O
S
q
t
=
+
l
q
q
t
=
+
l
q
4
1
1'
4'
0
0
Q
o
Q
o
Q
o
Q
=
T
lub dla całego urządzenia lub dla całego urządzenia
Ε
Car
=
⇒
Q
O
T
Q
t
=
+
L
Q
Q
t
=
+
L
Q
L
S
S
O
0
0
Obieg cyklu Carnota wstecz
Obieg Lindego
Q
o
Q
Ε
Car
=
,
Ε
Car
=
,
Bilans energetyczny obiegu
ch
L
pc
L
T
COP
=
Η
COP
=
Η
Q
T
Q
T
o
o
Q
+
=
0
Q
L
Car
Car
Car
T
−
T
Ε
=
=
Ε
=
=
o
Car
ch
L
T
−
T
Car
,
pc
L
T
−
T
o
o
2
,
T
T
T
T
Obieg suchy
SpręŜanie w obszarze pary przegrzanej
x=0
x=1
Obieg suchy z zaworem dławiącym
Obieg nieodwracalny
Zmniejsza
się w
ydajność
chłodnicza lub cieplna
1’ para nasycona sucha
1’ – 2’ spręŜan
ie izen
tropowe w obszarze pary
przegrzanej
2’ – 3 skraplanie izobaryczne, w obszarze 23
izotermiczne
3 – 4’
przemiana dławienia
rozpręŜanie izoentalpowe
4’ – 1’ parowanie izobaryczne
4’ – stan czynnika na wylocie z zaworu
dławiącego
x=0
x=1
Pompa ciepła
2'
2'
x=0
Q
x=1
Q
x=0
Q
x=1
Q
Do spręŜarki dopływa para sucha
nasycona, dzięki zainstalowaniu między
parownikiem a spręŜarką
osuszacza
–
W osuszaczu następuje oddzielenie
kropelek cieczy od pary suchej nasyconej
T
3
2
3
2
T
3
2
3
2
To
To
4
1
4
4'
1'
4
1
a
4
4'
1'
Q
o
Q
o
Q
o
Q
o
1’ para nasycona sucha
1’ – 2’ spręŜanie izentropowe w obszarze pary
przegrzanej
2’ – 3 skraplanie izobaryczne, w obszarze 23
izotermiczne
T
20
+
273
S
S
T
20
+
273
S
b c
d
S
Ε
=
=
=
14
65
,
Ε
=
=
14
65
Car
,
pc
Car
,
pc
T
−
T
20
+
273
)
−
(
0
+
273
)
T
−
T
20
273
)
−
(
0
+
273
)
o
o
Obieg cyklu Carnota wstecz
Obieg Lindego
Obieg cyklu Carnota wstecz
Obieg Lindego
Chłodziarka
Wydajność chłodnicza
Pole
4’1’ d – c 4’
zamiast (przy rozpręŜarce)
4 – 1’ – d – b – 4
→
strata wydajności
4 4’ – c – b – 4
Współczynnik wydajności chłodniczej
Praca teoretyczna obiegu
|
l
t
|
=l
s
l
r
=(i
2’
i
1
)(i
3
i
4
)
i
q
0
=i
1
i
4
→
Chłodziarka
Chłodziarka/
Pompa ciepła
Praca spręŜania i
2’
–i
1’
jest pracą obiegu odpowiada polu kolorowemu
Strata pracy odpowiada polu
4a34
Zmniejszenie wydajności chłodniczej, poniewaŜ
przy dławieniu entalpia czynnika jest stała, a przy
rozpręŜaniu entalpia zmniejszała się
Współczynnik wydajności chłodniczej
i
−
i
i
−
i
q
0
Ε
=
=
1
'
4
1
'
4
Ε
=
t
(
i
−
i
)
−
(
i
−
i
)
(
i
−
i
)
−
(
i
−
i
)
t
l
2
'
1
3
4
2
'
3
1
4
s
Pompa ciepła
Miara strat poniesionych
Współczynnik wydajności cieplnej
Ε
−
Ε
Ξ
=
t
i
−
i
i
−
i
Ε
=
2
'
3
=
2
'
3
Ε
t
t
(
i
−
i
)
−
(
i
−
i
)
(
i
−
i
)
−
(
i
−
i
)
2
'
1
3
4
2
'
3
1
4
T
T
Straty w spręŜarce
SpręŜarki tłokowe oddziaływanie ścian cylindra
Obieg suchy z zaworem dławiącym
Obieg nieodwracalny
Zmniejsza się wydajność chłodnicza lub
cieplna
Wpływ dochładzania
Straty
wywołane stosowaniem zaworu
dła
wiącego
moŜna zmniejszyć
poprzez
dochładzanie
cieczy skroplonej w
skraplaczu, polegające na obniŜeniu
temperatury tej cieczy poniŜej temperatury
nasycenia.
x=0
x=1
2'
x=0
Q
x=1
Q
T
T
3
2
3
2
C
T
2
l
s
3’
2
3
C
l
s
3
B
B
To
4”
4
1
4'
1'
1
A
Q
o
Q
o
4
4
1 A
S
b
c
S
Obieg cyklu Carnota wstecz
Obieg Lindego
Obieg mokry
Straty spowodowane oddziaływaniem ścian
cylindra
spręŜarki tłokowej przy spręŜaniu
pary
nasyconej
para pobiera ciepło od
ścianki cylindra spręŜarki
1A odparowanie cieczy zawartej w parze;
AB spręŜanie para nadal pobiera ciepło
B – wyrównanie temperatury pary i ścianki
B – C – para oddaje ciepło ściankom cylindra
SpręŜanie rzeczywiste 1 A – B – C praca
wykonana jest większa niŜ w przemianie
izentropowej o
l
s
S
Zmniejszanie strat
Obieg suchy
Straty spowodowane oddziaływaniem ścian
cylindra spręŜarki tłokowej przy spręŜaniu
pary przegrzanej
Oddziaływanie ścianek mniej intensywne
ABC spręŜanie rzeczywiste
AB spręŜanie para pobiera ciepło od ścianki
B – wyrównanie temperatury pary i ścianki
B – C – para oddaje ciepło ściankom cylindra
MoŜna teŜ stosować spręŜanie stopniowe
S
Dzięki obniŜeniu temperatury z 3 do 3’
koniec dławienia w zaworze przesuwa się
do 4”
Zdławiona para moŜe odebrać więcej
ciepła → rośnie wydajność chłodnicza
Wzrost odpowiada
4’ – 3 – 3’ – 4” – b – c – 4’
Straty c.d.
konieczność zapewnienia skończonej róŜnicy temperatur w skraplaczu i parowniku
→ konieczność podniesienia temperatury górnej i obniŜenia temperatury dolnej źródeł
→ powiększenie róŜnicy temperatur i ciśnienia w obiegu
→ wykonanie większej pracy spręŜania
→ zmniejsza się współczynnik wydajności cieplnej
+ Straty mechaniczne w spręŜarce
+ Straty wymiany ciepła z otoczeniem
Ε
=
T
=
20
+
273
=
14
,
65
Car
pc
T
−
T
(
20
+
273
)
−
(
+
273
)
o
COP
=
Η
COP
=
Η
T
Car
Car
Car
T
−
T
o
3
=
,
(
(
+
,
Plik z chomika:
annamaria6696
Inne pliki z tego folderu:
Pompy ciepła, skojarzone wytwarzanie energii elektrycznej.rar
(14035 KB)
pompy ciepła wykład 4.pdf
(7696 KB)
pompy ciepła wykład 3.pdf
(5312 KB)
pompy ciepła wykład 2.pdf
(366 KB)
pompy ciepła wykład 1.pdf
(495 KB)
Inne foldery tego chomika:
- - ▉ FILMY SUPER HITY !!!!
- - ▉ CHOMIKUJ FILMY 2020 [ NOWOSCI ]
- - ▉ FILMY - NOWO DODANE
- - ▉ CHOMIKUJ - NOWOSCI - FILMY 2020
- ◢◤ FILMY [ NOWE ]
Zgłoś jeśli
naruszono regulamin