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
318297990.017.png 318297990.018.png 318297990.019.png 318297990.020.png 318297990.001.png 318297990.002.png 318297990.003.png 318297990.004.png
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
,
318297990.005.png 318297990.006.png 318297990.007.png 318297990.008.png 318297990.009.png 318297990.010.png 318297990.011.png 318297990.012.png
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
=
,
(
(
+
,
318297990.013.png 318297990.014.png 318297990.015.png 318297990.016.png

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika:

Zgłoś jeśli naruszono regulamin