С дроссельными устройствами

Как уже говорилось в разделе Р8.Т3 (Лекция 8), ввиду положительного значения дроссель-эффекта в области влажного пара процесс расширения в детандере 3–4 можно заменить процессом дросселирования в дроссельном вентиле, что сильно упрощает конструктивное осуществление установки и уменьшает её размеры. Конечно, ввиду необратимости процесса дросселирования термодинамическая эффективность холодильной установки с заменой детандера дроссельным вентилем несколько снижается, однако это снижение не очень велико, а преимущества очевидны. Принципиальная схема установки и изображение её цикла в диаграмме T – s для установки с сухим ходом компрессора изображены на рис. 14.6.

Алгоритм расчёта холодильной установки с дроссельным вентилем не отличается от расчёта установки с детандером за исключением того, что ввиду равенства энтальпий в на входе в дроссельное устройство и на выходе из него выражение для холодильного коэффициента упрощается

Отметим, что по рассмотренному выше циклу работают все бытовые холодильники и холодильники складов продовольственных товаров и проч.

Итак, техническое устройство, рабочее тело в котором совершает с термодинамической точки зрения обратный цикл (в частности, в диаграмме T – s), позволяет отнимать теплоту от источника с низкой температурой и передавать её источнику с более высокой температурой. Одним из практических приложений этой возможности являются рассмотренные выше холодильные установки, предназначенные для поддержания в некотором объёме температуры ниже температуры окружающей среды за счёт отвода от этого объёма теплоты, подводимой из окружающей среды через теплоизоляцию. Легко, однако, представить и другую ситуацию, а именно, поддерживать в некотором ограниченном объёме температуру выше температуры окружающей среды посредством отнятия в обратном цикле теплоты от окружающей среды и передаче её в обогреваемое помещение. Технические устройства, предназначенные для обогрева помещений «выкачиваемой» из окружающей среды теплотой, получили название тепловых насосов.

В принципе любой домашний холодильник может использоваться в качестве теплового насоса, т.е. для отопительных целей. Схема такого применения холодильника приведена на нижеследующем рисунке.

Для этого достаточно снять с холодильника дверцу, поставить его в оконный проём (сняв предварительно стеклопакет) открытой стороной наружу и включить в электросеть. И тогда к хладагенту после дроссельного вентиля (Др) будет подводиться снаружи теплота (при условии, что ). Хладагент, «прогревшись» в открытой морозильной камере до температуры (или испарившись), поступает в компрессор (К), где после сжатия его температура повышается до . Далее, проходя по змеевику на задней стенке холодильника, хладагент отдаёт тепло в обогреваемое помещение, охлаждаясь до температуры (или конденсируясь). Конечно, использовать домашний холодильник в качестве теплового насоса не рекомендуется по причине того, что холодильник эффективно работает в своём интервале температур хладагента и будет малоэффективен в других диапазонах температур.

В реальных тепловых насосах в качестве окружающей среды обычно используется вода каких-либо доступных водоёмов, температура которой, как известно, не может быть ниже 0^оС. Как и в холодильных установках, в тепловых насосах в качестве рабочих тел могут использоваться как воздух, так и легкокипящие жидкости. Алгоритм расчёта теплового насоса ничем не отличается от алгоритма расчёта холодильной установки. Термодинамическая эффективность теплового насоса носит название отопительный коэффициент и определяется стандартным образом

В случае, если тепловой насос работает по обратному циклу Карно, его отопительный коэффициент согласно определению и в соответствии с диаграммой T – s (рис.14.1, б) будет определяться выражением

Главным преимуществом использования теплового насоса для отопления помещений является возможность получения тепловой нагрузки, превышающей затраты внешней энергии (электрической или любой другой). Это обстоятельство оказывается особенно актуальным в современную эпоху, когда вопросы энергосбережения приобретают первостепенное значение.