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:
hermit
Inne pliki z tego folderu:
opis techniczny - Projekt Budowlany solary.pdf
(7110 KB)
Pomoce projektowe - Pompy ciepła.pdf
(2450 KB)
Pompa ciepła - ogrzewanie i chłodzenie.pdf
(5227 KB)
Pompy ciepła - Poradnik projektanta Viessmann.pdf
(2395 KB)
pompy ciepła podr.pdf
(9250 KB)
Inne foldery tego chomika:
Zgłoś jeśli
naruszono regulamin