Холодопроизводительность, работа.

В изотермическом процессе 4—1 (см. рис. 2) каждый килограмм циркулирующего холодильного агента получает от охлаждаемого тела теплоту q₀, которая называется удельной массовой холодопроизводительностью холодильного агента, выражается площадью а — 4—1— b и равенством q₀ = T_H (Sb – Sa). (1)

В адиабатическом процессе 1—2 при затрате работы холодильный агент сжимается и его температура повышается от Тн до Тос. В изотермическом процессе 2— 3 каждый килограмм циркулирующего холодильного агента отдает окружающей среде теплоту q, измеряемую площадью а—3 — 2—b: q = To.c (Sb - Sa). (2)

В заключительном адиабатическом процессе 3— 4 холодильный агент расширяется с получением l_K, в результате температура его понижается с Тос до Тн.

Работа l превращается в теплоту, подводимую к холодильному агенту, и определяется как разность работ: работы l к, затраченной на сжатие холодильного агента, и работы l р, полученной при его расширении: l = lk – lp. (3)

В соответствии с первым законом термодинамики сумма энергии, подведенной к холодильному агенту, должна быть равна сумме энергии, отведенной от него: q = q₀ + l. (4)

Отсюда l = q – q₀. (5)В S T - диаграмме работа цикла выражается площадью 1—2— 3--4.

Отношение теплоты, полученной холодильным агентом от охлаждаемого тела q₀, к работе цикла l называется холодильным коэффициентом, который характеризует эффективность осуществления холодильного цикла: ε = q₀ / l (6)С учетом равенств (1) и (2) холодильный коэффициент можно выразить через температуры: ε = T_H / (Toc – T_H). (7)

Из этого следует, что при температуре окружающей среды Тос затраты работы на единицу отведенной теплоты будут тем больше, чем ниже температура Тн.

Обратимый цикл теплового насоса также может быть представлен циклом Карно 5—6— 7— 8 (см. рис. 2).

В этом случае теплота q_0, полученная 1 кг холодильного агента от окружающей среды, соответствует площади с— 8— 5— d, а теплота qb, отданная телу с высокой температурой Тв, выражается площадью с— 7—6—d.

Работа цикла l = qb – q₀ соответствует площади 5— 6— 7— 8.Эффективность цикла теплового насоса определяется отношением полученной теплоты к затраченной работе: μ = qb / l или через температуру: μ = Т_B / (Т_В – Тo.c). (8)

Это отношение называется коэффициентом преобразования теплоты μ.Как следует из этого выражения, величина μ всегда больше единицы. Это свидетельствует о том, что с энергетической точки зрения для отопления целесообразно применять цикл теплового насоса, а не электрический нагреватель. Но при этом надо учитывать, что стоимость холодильного оборудования выше, чем теплового. Работа комбинированного обратного цикла соответствует площади 9— 10— 11— 12, а отведенная от охлаждаемого тела теплота — площади е—12— 9—f. По такому циклу могут работать машины, одновременно охлаждающие (например, пищевые продукты) и нагревающие (воду или воздух) для технологических либо бытовых целей.

Рис. 2. Обратные циклы Карно