25.Обратный цикл Карно

Цикл Карно с протеканием процессов против часовой стрелки называется обратным. Это цикл холодильных машин и тепловых насосов. Для всех циклов окружающая среда выступает в зависимости от их предназначения в виде горячего или холодного источника теплоты с температурой Т_ОС. В отличие от цикла двигателей, где окружающая среда выступает в качестве холодного источника теплоты, в цикле Карно холодильной машины, окружающая среда является горячим источником теплоты. В холодильной установке осуществляется обратный цикл Карно, в котором рабочее тело забирает теплоту q₂от охлаждаемого тела с температурой Т_Х и отдает теплоту q₁ в окружающую среду с температурой Т_ОС > T_Х. Для осуществления передачи теплоты от холодного тела к теплому затрачивается работа l_t, которая преобразуясь в теплоту q₁=l_t+q₂, вместе с q₂ передается окружающей среде. При заданных температурах охлаждаемого тела и окружающей среды обратный цикл Карно будет самым экономичным. Его холодильный коэффициент определяется только температурами T_ОС и T_х, и рассчитывается как

В тепловом насосе тоже осуществляется обратный цикл Карно , но в этом цикле окружающая среда выступает в роли холодного источника теплоты. При работе теплового насоса даровая теплота внешней среды (т.е. отсутствует сжигание топлива и т.п.) q₂ за счет совершения работы l_t передается потребителю теплоты с температурой Т_ТП>Т_ОС, при этом работа l_t преобразуется в теплоту и общее количество теплоты, полученное потребителем, будет представлено величиной q₁=l_t+q₂. Коэффициент преобразования теплоты, характеризующий эффективность цикла Карно теплового насоса, определяется только температурами Т_ОС и Т_ТП, и расчитывается как

Холодильный коэффициент (9.10) и коэффициент преобразования теплоты (9.11) в циклах Карно при заданной температуре окружающей среды Т_ОС возрастают при увеличении Т_Х и уменьшении Т_ТП. Обратимые циклы Карно холодильной машины и теплового насоса при постоянных температурах источников теплоты Т_ОС и T_Х или Т_ОС и Т_ТП имеют наибольшую экономичность по сравнению с другими циклами, имеющими такие же источники теплоты.

Анализируя обратный цикл Карно, можно привести следующие формулировки второго закона термодинамики: Осуществить на практике обратимый цикл Карно невозможно, поскольку в природе не существует обратимых процессов.

26Эффективность теплового насоса – нашла только это

В процессе работы компрессор затрачивает электроэнергию. На каждый затраченный киловатт-час электроэнергии тепловой насос вырабатывает 2,5-5 киловатт-часов тепловой энергии. Соотношение вырабатываемой тепловой энергии и потребляемой электрической называется коэффициентом трансформации (или коэффициентом преобразования теплоты) и служит показателем эффективности теплового насоса. Эта величина зависит от разности уровня температур в испарителе и конденсаторе: чем больше разность, тем меньше эта величина.

По этой причине тепловой насос должен использовать по возможности большее количество источника низкопотенциального тепла, не стремясь добиться его сильного охлаждения. В самом деле, при этом растет эффективность теплового насоса, поскольку при слабом охлаждении источника тепла не происходит значительного роста разницы температур. По этой причине тепловые насосы делают так, чтобы масса низкотемпературного источника тепла была значительно большей, чем нагреваемая масса.

Отличие теплового насоса от топливных источников тепла состоит в том, что для работы, кроме энергии для компрессора, ему нужен также источник низкопотенциального тепла, в то время как в традиционных источниках тепла вырабатываемое тепло зависит исключительно от теплотворной способности топлива.

27.Тепловой насос — это устройство для переноса тепловой энергии от источника низкопотенциальной тепловой энергии (с низкой температурой) к потребителю (теплоносителю) с более высокой температурой. Термодинамически тепловой насос аналогичен холодильной машине. Однако если в холодильной машине основной целью является производство холода путём отбора теплоты из какого-либо объёма испарителем, а конденсатор осуществляет сброс теплоты в окружающую среду, то в тепловом насосе картина обратная. Конденсатор является теплообменным аппаратом, выделяющим теплоту для потребителя, а испаритель — теплообменным аппаратом, утилизирующим низкопотенциальную теплоту: вторичные энергетические ресурсы и (или) нетрадиционные возобновляемые источники энергии. Энергетическая эффективность теплового насоса:

● Тепловой насос осуществляет трансформацию тепловой энергии с низкого температурного уровня на более высокий, необходимый потребителю.

●  При этом на привод компрессора затрачивается механическая (электрическая) энергия. При наличии низкопотенциального источника количество тепла, поставляемого потребителю, в несколько раз превышает затраты энергии на привод компрессора.

●  Отношение полезного тепла к работе, затрачиваемой на привод компрессора, называется  коэффициентом преобразования (или коэффициентом трансформации) теплового насоса φ, и в наиболее распространенных теплонасосных системах он достигает 3 и более. Коэффициент  φ тем выше, чем меньше разница температур двух уровней.

● Объем среды низкопотенциального тепла должен быть гораздо больше объема отапливаемого помещения.

Сфера применения тепловых насосов — это теплоснабжение зданий  и сооружений различного типа (отопление, горячее водоснабжение и охлаждение воздуха), технологический цикл ряда производств:

● Объекты жилищного строительства (коттеджи, многоквартирные дома, бассейны).

● Объекты социального назначения (административные здания, гостиницы, больницы, санатории, спортивные торговые и развлекательные центры и другие).

● Производственные и административные помещения различного типа.

● Сельскохозяйственные объекты (теплицы, животноводческие комплексы и  другие).

●  Объекты пищевой промышленности (молочные, сыроваренные и колбасные производства и другие).

● Объекты ЖКХ и ТЭК (ТЭС, ТЭЦ).

28.Компрессионные тепловые насосы. Компрессионные насосы применяются для теплоснабжения отдельных зданий или групп зданий, а так же для теплоснабжения отдельных промышленных цехов или установок.  В качестве рабочего агента в теплонасосных установках используются обычно фреоны. На рис. 4.1 приведена принципиальная схема идеального парокомпрессионного теплового насоса. В испаритель I подводится располагаемая теплота низкого потенциала при температуре Тн. Пары рабочего агента поступают из испарителя I в компрессор II в состоянии 1 сжимаются до давления рк и соответствующей ему температуре насыщения Тк. В состоянии 2 сжатые пары рабочего агента поступают в конденсатор III, где передают теплоту теплоносителю системы теплоснабжения. В конденсаторе пары рабочего агента конденсируются. Из конденсатора рабочий агент поступает в жидком виде в детандер IV (устройство, в котором расширение рабочего тела, производимое совместно с охлаждением, происходит с совершением полезной работы), где происходит расширение рабочего агента от давления рк до давления ро, сопровождающееся снижением его температуры и отдачей теплоты. Из детандера рабочий агент поступает в испаритель I и цикл замыкается.