Цикл холодильной установки

Холодильными установками называют устройства, предназначенные для понижения температуры тел и поддержания ее на заданном уровне. Вырабатываемый ими искусственный холод находит все более широкое применение в химической и пищевой промышленности, в строительстве, торговле, транспорте, в системах кондиционирования воздуха и других отраслях промышленности и коммунального хозяйства.

В настоящее время используются различные типы холодильных установок – воздушные, парокомпрессорные, пароэжекторные, абсорбционные, термоэлектрические, которые отличаются как по роду рабочего тела, так и по принципу действия. Наиболее распространенные парокомпрессорные холодильные установки используют в качестве рабочего тела (хладагента) вещества, имеющие низкие температуры кипения, например аммиак, фреоны. Принципиальная схема такой установки представлена на рис. 4.30, а T, s-диаграмма осуществляемого в ней обратного цикла – на рис. 4.31.

Ошибка! Ошибка связи. Ошибка! Ошибка связи.

Рис. 4.30 Рис. 4.31

В компрессоре 1 сухой пар хладагента адиабатно сжимается (1 – 2) до давления р₂ и направляется в конденсатор 2. Здесь происходят охлаждение и конденсация рабочего тела за счет отвода тепла q₁ циркулирующей водой. Жидкость дросселируется от давления p₂ до давления р₁ в дросселе 3. Процесс дросселирования 3 – 4 протекает при неизменной энтальпии h₃ = h₄. В точке 4 получается парожидкостная смесь, которая следует в испаритель 4, где за счет подвода тепла q₂ происходит испарение жидкой фазы хладагента (4 – 1).

Работа, затрачиваемая на осуществление обратного цикла, l = q₁ – q₂. Количество отведенного в цикле тепла q₁ = h₂ – h₃.

Подведенное к рабочему телу в испарителе тепло q₂ является одновременно теплом, которое с каждым циклом отводится от охлаждаемого объекта и называется удельной хладопроизводительностью установки, кДж/кг: q₂ = h₁ – h₄. Поскольку h₃ = h₄, то l = h₁ – h₂.

Теоретический холодильный коэффициент установки

. (4.55)

Значения ε находятся в пределах 3 – 5, т. е. количество вырабатываемого холода в несколько раз больше затрат работы.

Влажный воздух

Влажный воздух представляет собой смесь двух газов: сухого воздуха и паров воды. Однако «поведение» этой газовой смеси не совсем обычно, так как один из ее компонентов – водяной пар – может изменять агрегатное состояние (в диапазоне температур, приемлемых в технике). Поэтому свойства паровоздушной смеси и закономерности, присущие ей, требуют особого рассмотрения.

Чаще всего свойства влажного воздуха изучаются при атмосферном давлении B или близком к нему (например, в таких устройствах, как сушилки, кондиционеры, отопительно-вентиляционные приборы, градирни и др.). Это позволяет с достаточной точностью принимать паровоздушную смесь за идеальный газ и использовать закономерности идеально-газовой смеси.

В соответствии с законом Дальтона

, (4.56)

где p_в и p_п – парциальное давление воздуха и паров воды.

Чем выше концентрация паров влаги в воздухе, тем больше их парциальное давление p_п. Однако величина p_пможет расти лишь до давления насыщения влаги. Сказанное хорошо иллюстрируется в диаграммах p, v и T, s(рис.4.32 и 4.33), построенных для 1 кг влаги.

Пусть точка 1 характеризует состояние пара при парциальном давлении p_п и температуре t_п, равной температуре воздуха t_в. Пар находится в перегретом состоянии, влажный воздух при этом называется ненасыщенным.