Wejdź do Ligi Graczy! - Chłodnictwo i Klimatyzacja
Wejdź do Ligi Graczy! - Chłodnictwo i Klimatyzacja
Wejdź do Ligi Graczy! - Chłodnictwo i Klimatyzacja
Create successful ePaper yourself
Turn your PDF publications into a flip-book with our unique Google optimized e-Paper software.
ChłOdNICTwO<br />
Sprężarkowe układy chłodnicze – potencjalne<br />
kierunki poprawy efektywności Cz. 1.<br />
Andrzej WESOŁOWSKI<br />
W celu zapewnienia ukła<strong>do</strong>wi chłodniczemu jego najwyższej sprawności, musimy<br />
znać <strong>do</strong>celową wartość efektywności energetycznej systemu. Tym <strong>do</strong>celowym<br />
i jak <strong>do</strong>tąd nieosiągalnym celem dla każdego konstruktora układów chłodniczych<br />
jest układ Carnota.<br />
O AuTOrze<br />
Andrzej WESOŁOWSKI –<br />
były pracownik Carrier,<br />
York i Embraco, USA<br />
Temperatura Absolutna, T<br />
W poprzednich czterech artykułach z cyklu „Sprężarkowe układy<br />
chłodnicze” omówione zostały wszystkie układy chłodnicze,<br />
z jakimi w praktyce możemy mieć <strong>do</strong> czynienia. Znajomość tych<br />
układów pozwoli projektantom urządzeń chłodniczych na prawidłowe<br />
zaprojektowanie układu chłodniczego z uwzględnieniem<br />
ich specyfiki. W każdy omówionym układzie chłodniczym<br />
podano kierunki możliwych usprawnień jak i możliwość osiągniecia<br />
najwyższej sprawności energetycznej. Aby mieć całkowitą<br />
pewność, że projektowany układ będzie charakteryzował<br />
się najwyższymi parametrami termodynamiczno-energetycznymi,<br />
powinniśmy oddzielnie przeanalizować każdy zasadniczy<br />
element układu chłodniczego i w końcowej fazie projektowania<br />
powiązać wszystkie człony układu.<br />
Każdy system termodynamiczny może zaistnieć tylko w określonym<br />
stanie. Natomiast jeżeli rozważamy i analizujemy cykl<br />
termodynamiczny, z jakim z reguły mamy <strong>do</strong> czynienia w układach<br />
chłodniczych czy pompach ciepła, to może on zaistnieć<br />
tylko w przypadku kiedy system zmienia kolejno swój stan i wraca<br />
w ostatnim etapie <strong>do</strong> swego stanu początkowego. Możemy<br />
wtedy powiedzieć, że cykl termodynamiczny został zamknięty.<br />
Analizując poszczególne etapy tego cyklu stwierdzimy, że system<br />
wykonał pewną pracę w stosunku <strong>do</strong> otoczenia. Najprostszym<br />
i jednocześnie naj<strong>do</strong>skonalszym cyklem termodynamicznym jest<br />
cykl zaproponowany przez Nicolas Leonard Sadi Carnot w roku<br />
a d<br />
b c<br />
e f<br />
Rys. 1. Przebieg chłodniczego cyklu Carnota w układzie T – S<br />
T1<br />
T2<br />
Entropia, S<br />
1824. Kilka lat później (w latach 1830÷1840) cykl ten został rozszerzony<br />
przez Benoit Paul Emile Clapeyron. Cykl Carnota jest<br />
cyklem odwracalnym, który jest <strong>do</strong>skonałym modelem <strong>do</strong> analizy<br />
cyklów (układów) chłodniczych. Dwa bardzo ważne fakty<br />
związane są z cyklem odwracalnym Carnota, o których należy<br />
wspomnieć, są to:<br />
1. Żaden cykl (układ) chłodniczy nie osiągnie współczynnika sprawności<br />
COP (Coefficient of Performance) równego lub wyższego,<br />
aniżeli cykl odwracalny, który będzie pracował w tym samym<br />
zakresie temperatury górnego i <strong>do</strong>lnego źródła ciepła.<br />
2. Wszystkie cykle odwracalne, pracujące w tym samym zakresie<br />
temperatury będą miały ten sam współczynnik sprawności<br />
COP. Wynika to z drugiej zasady termodynamiki.<br />
Dla przypomnienia podam, ze drugie prawo termodynamiki<br />
(Clausius) stwierdza, że niemożliwym jest przeniesienie ciepła<br />
z temperatury niższej <strong>do</strong> temperatury wyższej bez <strong>do</strong>prowadzenia<br />
energii zewnętrznej <strong>do</strong> układu.<br />
Na rysunku 1. przedstawiony został przebieg procesu cyklu<br />
Carnota w układzie Temperatura Bezwzględna – Entropia.<br />
Analizując go, zwróćmy uwagę, że praca włożona <strong>do</strong> układu musi<br />
być równa różnicy pracy sprężania od punktu c <strong>do</strong> punktu d<br />
i pracy rozprężania pomiędzy punktem a i punktem b. Ciepło<br />
natomiast jest przekazywane izotermicznie <strong>do</strong> hipotetycznego<br />
czynnika pomiędzy punktami b i c. Wynikiem tego jest wzrost<br />
entropii czynnika. Ciepło przekazywane w wymienniku <strong>do</strong>lnym<br />
w temperaturze T 2 jest reprezentowane przez pole bcfeb, które<br />
odpowiada wartości q 2 dla jednostkowego masowego natężenia<br />
przepływu czynnika. Następnie czynnik jest sprężany izentropowo<br />
od punktu c <strong>do</strong> punktu d a jego temperatura rośnie<br />
<strong>do</strong> temperatury T 1. W następnym etapie procesu, czynnik oddaje<br />
ciepło w skraplaczu izotermicznie, osiągając stan a. Pole pomiędzy<br />
punktami daefd przedstawia jednostkową ilość ciepła oddanego<br />
w skraplaczu układu. Pomiędzy punktami a i b następuje<br />
izentropowe rozprężanie czynnika. Praca włożona <strong>do</strong> układu jest<br />
reprezentowana przez pole abcda. Mając powyższe na uwadze,<br />
możemy napisać równania energii dla tego układu:<br />
Q 1 = T 1(S d – S a) Q 2 = T 2(S d – S a) W = Q 1 – Q 2<br />
Używając powyższych równań, możemy wyznaczyć sprawność<br />
cyklu Carnota:<br />
COP = T 2/(T 1 – T 2)<br />
72 9/2012
Change language