Как найти коэффициент холодильной машины

Для характеристики
теоретического цикла, при помощи которого
осуществляется перенос теплоты от менее
нагретого тела к более нагретому, вводят
так называемый холодильный
коэффициент
цикла.

Теоретический
холодильный коэффициент:

Количество теплоты
q,
отводимой в холодильной установке от
охлаждаемого тела в единицу времени
(чаще всего в час), называется
холодопроизводительностью холодильной
установки.

Удельной
холодопроизводительностью холодильного
агента называется теплота, отводимая
от 1 кг охлаждаемого тела (Дж/кг) (она
пропорциональна площади под кривой 1-4
на графике T-s)

q₀=h₁
– h₄
,

где h₁
и h₄
удельные
энтальпии в состояниях в точках 1 и 4
соответственно.

57. Схема и цикл парокомпрессионной холодильной машины в «p-V» координатах?

Особенностью цикла
компрессионной паровой холодильной
машины по сравнению с циклом воздушной
холодильной машины является использование
рабочего вещества в обеих фазах — жидкой
и газообразной, что делает принципиально
возможным осуществление обратного
цикла.

Процесс
4-1
–
испарение жидкого холодильного агента
при
температуре T1
и давлении P1за
счет теплоты охлаждаемого тела. Со­стояние
влажного пара, засасываемого компрессором,
характеризуется точкой 1.
Компрессор
сжимает пар адиабатически по линии 12.
Состояние в
точке 2
соответствует
сухому насыщенному пару, а в некоторых
циклах влажному перегретому пару.

Сжатый холодильный
агент поступает далее в конденсатор,
где осуществляется процесс отдачи
теплоты (линии 23) при постоянном давлении
P3
и соответствующей ему температуреT3
.

Адиабатическое
расширение жидкости по линии 34 требует
наличия расширительного цилиндра.

	Схема паровой компрессионной холодильной машины 1- испаритель; 2– компрессор; 3 — конденсатор; 4-расширительный цилиндр.
	Теоретический цикл паровой компрессионной холодильной машины (с насыщенным паром)

58. Схема и цикл парокомпрессионной холодильной машины в «t-s» координатах?

Сжатый в компрессоре
3 до давления р1 влажный пар поступает
в охладитель

(конденсатор) 4,
где за счет отдачи теплоты охлаждающей
воде происходит конденсация пара.
Процесс конденсации происходит по
изобаре-изотерме 4—1. Жидкость при
давлении р1 и температуре Т1 (точка 1 на
T, s-диаграмме, направляется в дроссельный
(или, как иногда говорят, редукционный)
вентиль 1 где она дросселируется до
давления р2.

Из редукционного
вентиля выходит влажный пар при
температуре Т2 и с малой степенью сухости.
Необратимый процесс дросселирования
в редукционном вентиле изображен в Т,
s-диаграмме линией 1-2. После выхода из
редукционного вентиля, влажный пар
направляется в помещенный в охлаждаемом
объеме испаритель 2 , где за счет теплоты,
отбираемой от охлаждаемых тел, содержащаяся
во влажном паре жидкость испаряется;
степень сухости влажного пара при этом
возрастает. Изобарно-зотермический
процесс подвода теплоты к хладагенту
в испарителе от охлаждаемого объема
изображается в T, s-диаграмме линией 2-3.
Из испарителя пар высокой степени
сухости направляется в компрессор, где
он адиабатно сжимается от давления р2
до давления р1. В процессе адиабатного
сжатия линия 3-4 в T, s-диаграмме

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]

• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #

Одним из важных параметров работы любого устройства, для которого особое значение имеет эффективность преобразования энергии, является коэффициент полезного действия. По определению, полезность оборудования определяется формулой соотношения полезно используемой энергии к максимальной и выражается в виде коэффициента η. Это в упрощенном понимании и есть искомый коэффициент, КПД холодильника и нагревателя, который можно найти в любой технической инструкции. При этом нужно знать некоторые технические моменты.

Коэффициент полезного действия устройства и комплектующих

Коэффициент полезного действия, который интересует чаще читателей, будет касаться не всего холодильного устройства. Чаще всего – установленного компрессора, который обеспечивает нужные параметры охлаждения, или двигателя. Именно поэтому, задаваясь вопросом, какой КПД холодильника, рекомендуем поинтересоваться установленным компрессором и количеством процентов.

Лучше этот вопрос рассмотреть на примере. Например, имеется в наличии холодильник Ariston MB40D2NFE (2003), в котором установлен фирменный компрессор Danfoss NLE13KK.3 R600a, с мощностью 219W при рабочих температурных условиях -23.3°C. В случае с холодильными компрессорами может зависеть от параметра RC (рабочий конденсатор, run capacitor), в нашем случае равен 1.51 (без RC, -23.3°C) и 1.60 (с RC, -23.3°C). Эти данные можно найти в технических параметрах. Влияние конденсатора на работу устройства в том, что он позволяет быстрее достигнуть рабочей скорости и, таким образом, повысить его полезное действие.

КПД двигателя вашего холодильного устройства связан с мощностью и энергопотреблением. Очевидно, что чем меньше коэффициент, тем больше количество электричества модель потребляет, тем менее оно эффективно. То есть максимальный коэффициент можно косвенно определить по классу энергопотребления – А+++.

Коэффициент полезности компрессора выше 1 – как и почему?

Часто вопрос полезного коэффициента действия волнует людей, которые немного помнят школьный курс физики, и не могут понять, почему полезное действие больше 100%. Этот вопрос требует небольшого экскурса в физику. Вопрос касается, может ли коэффициент полезности теплового генератора быть больше 1?

Этот вопрос среди профессионалов явно был поднят в 2006 году, когда в «Аргументах и фактах» номер 8 было опубликовано, что вихревые теплогенераторы способны давать 172%. Несмотря на отголоски знаний по курсу физики, где КПД всегда меньше 1, такой параметр возможен, но при определенных условиях. Речь идет именно о свойствах цикла Карно.

В 1824 году французским инженером С. Карно был рассмотрен и описан один круговой процесс, который впоследствии сыграл решающую роль в развитии термодинамики и использовании тепловых процессов в технике. Цикл Карно состоит из двух изотерм и двух адиабат.

Он совершается газом в цилиндре с поршнем, а коэффициент полезности выражается через параметры нагревателя и холодильника и составляет соотношение. Особенностью является тот факт, что тепло может переходить между теплообменниками и без совершения работы поршнем, по этой причине цикл Карно считается самым эффективным процессом, который можно смоделировать в условиях необходимого теплообмена. Иными словами полезное действие холодильной установки при реализованном цикле Карно будет самым высоким или точнее сказать максимальным.

Если эту часть теории помнят многие из школьного курса, то остальное часто теряется за кадром. Основной смысл в том, что данный цикл может быть пройден в любом направлении. Тепловой двигатель обычно работает по прямому циклу, а холодильные установки – по обратному, когда теплота уменьшается в холодном резервуаре и передается горячему за счет внешнего источника работы – компрессора.

Ситуация, когда коэффициент полезности больше 1, возникает, если он вычисляется из другого коэффициента полезности, а именно соотношением W(полученной)/W(затраченной) при одном условии. Оно состоит в том, что под затраченной энергией понимается только полезная энергия, которая используется на реальные затраты. В итоге, в термодинамических циклах тепловых насосов можно определить затраты энергии, которые будут меньше объема производимой теплоты. Таким образом, при полезном оборудования меньше 1, КПД теплового насоса может быть больше.

Термодинамический коэффициент полезного действия всегда меньше 1

В холодильных (тепловых) машинах по формуле обычно рассматривается термодинамический КПД и холодильный коэффициент. В холодильных агрегатах этот коэффициент подразумевает эффективность цикла получения полезной работы при подводе к рабочему устройству теплоты от внешнего источника (теплоотдатчика) и отводе на другом участке цепи тепла с целью передачи другому внешнему приемнику.

В совокупности рабочее тело совершает два процесса – расширения и сжатия, которым соответствует параметр работы. Наиболее эффективным устройством считается, когда подведенная теплота меньше отведенной – тем будет более выраженной эффективность цикла.

Степень совершенства термодинамического прибора, преобразовывающим теплоту в механическую работу, оценивается термическим коэффициентом в процентах, который может интересовать в данном случае. Термический КПД обычно составляет и показывает, какое количество тепла нагревателя и холодильника машина преобразует в работу в конкретных условиях, которые считаются идеальными. Значение термического параметра всегда меньше 1 и не может быть выше, как это в случае с компрессорами. При 40° температуре устройство будет работать с минимальной эффективностью.

В итоге

В современных бытовых холодильных установках применяется именно обратный процесс Карно, при этом температура холодильника можно определить в зависимости от количества теплоты, переданного от нагревающего элемента. Параметры охлаждающей камеры и нагревателей могут быть на практике совершенно разными, а также зависящими от внешней работы двигателя с компрессором, имеющим свой параметр полезности действия. Соответственно, данные параметры (КПД холодильника в процентах) при принципиально одинаковом термодинамическом процессе, будут зависеть от технологии, реализованной производителем.

Так как по формуле коэффициент полезности зависит от  температур теплообменников, то в технических параметрах указывается, какой процент полезности можно получить при некоторых идеальных условиях. Именно эти данные можно использовать для сравнения моделей разных марок не только по фото, в том числе, работающих в нормальных условиях или при жаре до 40°.

Коэффициент полезного действия – очень важная характеристика, которая одной из первых учитывается при приобретении оборудования. Это параметр работы любого устройства, для которого особое значение имеет эффективность преобразования энергии.

По определению, полезность оборудования определяется формулой соотношения полезно используемой энергии к максимальной и выражается в виде коэффициента η (эта).

Это в упрощенном понимании и есть искомый коэффициент, КПД холодильника и нагревателя, который можно найти в любой технической инструкции.

Коэффициент полезного действия холодильника

При этом нужно знать некоторые технические моменты

Условно можно сказать, что ее внутренний объем представляет собой резервуар с холодным воздухом, а окружающая среда имеет более высокую температуру. Для отведения теплоты из внутреннего пространства во внешнюю среду используется электрическая энергия. Коэффициент полезного действия будет зависеть от протекающих процессов. Поэтому КПД холодильной машины – это отношение выработанного холода к затраченной работе.

Коэффициент полезного действия устройства и комплектующих

Коэффициент полезного действия холодильника рассматривается как КПД установленного компрессора или двигателя.

КПД двигателя вашего холодильного устройства связан с мощностью и энергопотреблением. Очевидно, что чем меньше коэффициент, тем больше количество электричества модель потребляет, тем менее оно эффективно. То есть максимальный коэффициент можно косвенно определить по классу энергопотребления – А+++.

Рабочее тело холодильной машины называют хладагентом. Мы условно будем считать его газом, который поглощает теплоту при расширении и отдаёт при сжатии (в реальных холодильных установках хладагент – это летучий раствор с низкой температурой кипения, который забирает теплоту в процессе испарения и отдаёт при конденсации). Холодильник в холодильной машине – это тело, от которого отводится теплота. Холодильник передаёт рабочему телу (газу) количество теплоты, в результате чего газ расширяется. В ходе сжатия газ отдаёт теплоту более нагретому телу – нагревателю.

Чтобы такая теплопередача осуществлялась, надо сжимать газ при более высоких температурах, чем были при расширении. Это возможно лишь за счёт работы, совершаемой внешним источником (например, электродвигателем (в реальных холодильных агрегатах электродвигатель создаёт в испарителе низкое давление, в результате чего хладагент вскипает и забирает тепло; наоборот, в конденсаторе электродвигатель создаёт высокое давление, под которым хладагент конденсируется и отдаёт тепло)).

Поэтому количество теплоты, передаваемое нагревателю, оказывается больше количества теплоты, забираемого от холодильника. Основное назначение холодильной машины – охлаждение некоторого резервуара (например, морозильной камеры). В таком случае данный резервуар играет роль холодильника, а нагревателем служит окружающая среда – в неё рассеивается отводимое от резервуара тепло.

ПРИМЕР: холодильник Ariston MB40D2NFE (2003), в котором установлен фирменный компрессор Danfoss NLE13KK.3 R600a, с мощностью 219W при рабочих температурных условиях -23.3°C. В случае с холодильными компрессорами может зависеть от параметра RC (рабочий конденсатор, run capacitor), в нашем случае равен 1.51 (без RC, -23.3°C) и 1.60 (с RC, -23.3°C). Эти данные можно найти в технических параметрах. Влияние конденсатора на работу устройства в том, что он позволяет быстрее достигнуть рабочей скорости и, таким образом, повысить его полезное действие.

Показателем эффективности работы

холодильной машины является холодильный коэффициент, равный отношению отведённого от холодильника тепла к работе внешнего источника. Часто люди путают два совершенно разных понятия – коэффициент полезного действия и холодильный коэффициент. Эти параметры можно легко отличить. КПД не может быть выше 100% или единицы. Он измеряется в процентах или дробных величинах. Значение холодильного коэффициента никогда не измеряется только в безразмерных величинах и чаще всего составляет больше единицы – эффективные агрегаты могут похвастаться показателем около трех.

Среднее значение КПД большинства современных компрессоров составляет порядка 60-70%. Чем выше, тем лучше.  С вентиляторами вопрос с КПД также остается актуальным. Специалисты рекомендуют по возможности останавливать выбор с ЕС-двигателем, так как они считаются самыми эффективными из всего предлагаемого ассортимента. В реальных холодильниках холодильный коэффициент принимает значения приблизительно от 1 до 3.

Имеется ещё одно интересное применение: холодильная машина может работать как тепловой насос. Тогда её назначение – нагревание некоторого резервуара (например, обогрев помещения) за счёт тепла, отводимого от окружающей среды. В данном случае этот резервуар будет нагревателем, а окружающая среда – холодильником. Показателем эффективности работы теплового насоса служит отопительный коэффициент, равный отношению количества теплоты, переданного обогреваемому резервуару, к работе внешнего источника. Значения отопительного коэффициента реальных тепловых насосов находятся обычно в диапазоне от 3 до 5.

НЕМНОГО ФИЗИКИ

Работа холодильника не опровергает второй закон термодинамики, а протекает в полном соответствии с ним. Холодильник и воздух комнаты не составляют замкнутой системы. Холодильник необходимо подключить к электрической сети. Электрическая энергия с помощью электродвигателя превращается в механическую энергию, затем механическая энергия в результате работы компрессора холодильника превращается, в конечном счете, в энергию теплового движения молекул деталей холодильника и окружающих его тел. Следовательно, переход тепла от холодного тела к горячему не является единственным результатом работы холодильника, так как этот процесс сопровождается превращением энергии электрического тока в энергию теплового движения КПД холодильной машины.

В реальных холодильных машинах в качестве холодного резервуара выступает морозильная камера, в качестве «горячего» резервуара – воздух в помещении, в качестве рабочего тела – хладагент который циркулирует в закольцованной системе трубок, в качестве источника внешней работы – электродвигатель, подключенный к электрической сети, из которой и черпается энергия для работы холодильника. Чтобы поддерживать постоянной температуру в морозильной камере, нужно отнимать у нее тепло, которое просачивается извне в результате необратимого теплообмена. Избыток энтропии рабочего вещества выбрасывается в окружающую среду вместе с теплом.

В любом случае задачу подбора оборудования, расчетов коэффициента полезного действия и холодопроизводительности лучше оставить специалистам. Так как самостоятельно просчитать все необходимые параметры не имея специального образования будет крайне тяжело.