Principiile fizice ale aparatului de aer condiționat

Principiile fizice ale aparatului de aer condiționat

Funcția principală a aparatului de aer condiționat este răcirea cu aer

Funcțiile principale ale aparatului de aer condiționat sunt răcirea și încălzirea aerului deja în interiorul camerei. Acest lucru înseamnă că, în general, aparatul de aer condiționat nu produce aer proaspăt de pe stradă sau aer evacuat din încăpere. Echipamentul de ventilație este folosit pentru sarcinile de extracție și influx.







Aerul de răcire din aparatele de climatizare are loc printr-un ciclu de răcire prin comprimare.

Punct de fierbere

Punctul de fierbere al lichidului depinde de presiunea ambiantă. Cu cât această presiune este mai mică, cu atât este mai mică punctul de fierbere.

De exemplu, este cunoscut în general că apa se fierbe la o temperatură de 100 ° C. Dar acest lucru se întâmplă numai la o presiune atmosferică normală (760 mm Hg). Cu o presiune crescândă, punctul de fierbere va crește, iar atunci când scade (de exemplu înaltă în munți), apa se fierbe la temperaturi cu mult sub 100 ° C. În medie, cu o schimbare de presiune de 27 mm. Art. Punctul de fierbere se va schimba cu 1C.

Diferite fluide se fierb la temperaturi diferite chiar și la aceeași presiune externă.

De exemplu, azotul lichid se fierbe la o temperatură de aproximativ -77 ° C și Freon R-22, utilizat în refrigerare - la -40,8 ° C (la presiune atmosferică normală).

Căldura de vaporizare

Atunci când lichidul se evaporă, căldura este absorbită din mediul înconjurător. Atunci când aburul este condensat, căldura, pe de altă parte, este eliberată. Căldura de vaporizare a lichidelor este foarte mare.

De exemplu, energia necesară pentru a evapora 1 g de apă la o temperatură de 100 ° C (539 calorii / g) este semnificativ mai mare decât energia necesară pentru încălzirea apei de la 0 ° C la 100 ° C (100 calorii / g)!

Dacă Freonul lichid este plasat într-un vas deschis (la presiune atmosferică și la temperatura camerei), se fierbe imediat, absorbând o cantitate mare de căldură din mediul înconjurător.

Acest fenomen este de asemenea utilizat într-o mașină de răcire. Numai în el freonul este transformat în abur într-un compartiment special - evaporatorul. Tuburile de vaporizator sunt suflate cu un curent de aer. Fierul de fierbere absoarbe căldura de la acest curent de aer, răcind-o.

Dar într-o mașină frigorifică este imposibil să se evapore numai FRON, absorbind căldură. La urma urmei, atunci se formează un număr mare de fum și va fi necesar să se alimenteze constant noul și noul freon lichid. Prin urmare, în mașina de răcire se efectuează și procesul invers de condensare - transformarea de la vapori la lichid.

Atunci când orice lichid este condensat, se eliberează căldură, care apoi curge în mediul înconjurător. Temperatura de condensare, ca și punctul de fierbere, depinde de presiunea externă. Cu o presiune mărită, condensul poate apărea la temperaturi foarte ridicate.

De exemplu, Freon R-22 începe să condenseze la + 55 ° C, dacă este sub presiune de 23 atmosfere (aproximativ 17,5 mii mm Hg).

Mașină de răcire

Într-o mașină de refrigerare, Freon se condensează într-un compartiment special - un condensator. Căldura eliberată în timpul condensării este îndepărtată de un flux de lichid de răcire sau de aer.

Deoarece răcitorul de lichid trebuie să funcționeze continuu, agentul frigorific lichid trebuie să curgă în mod constant în vaporizator, iar vaporii în condensator. Acest proces este ciclic, o cantitate limitată de freon circulă prin mașina frigorifică, evaporând și condensând.

Agentul frigorific

Ciclul de răcire care apare în răcitorul de lichid este reprezentat în mod grafic. Diagrama arată raportul dintre presiunea și conținutul de căldură (entalpia) agentului frigorific.

Entalpia este o funcție a stării, creșterea procesului cu presiune constantă este egală cu căldura primită de sistem.

Diagrama prezintă curba de saturație a agentului frigorific.

  • Ramura stângă a curbei corespunde unui lichid saturat
  • Partea dreaptă corespunde unei perechi saturate.
  • În punctul critic, ramurile curburii se alătură și substanța poate fi atât în ​​stare lichidă, cât și în stare gazoasă.
  • În interiorul curbei este zona corespunzătoare amestecului de vapori și lichid.
  • În stânga curbei (în regiunea mai puțin entalpică) se află lichidul supracolicitat.
  • În dreapta curbei (în zona de entalpie mai mare) este un abur supraîncălzit.






Ciclul de răcire teoretic este oarecum diferit de cel real. De fapt, pierderile de presiune apar în diferite etape ale transferului agentului frigorific, ceea ce reduce eficiența răcirii. Acest lucru nu este luat în considerare în ciclul ideal

Ciclul de răcire teoretic

În compresor

Vaporii de refrigerare saturați în frig se introduc în compresorul mașinii frigorifice (punctul C1). În procesul de comprimare, creșterea presiunii și a temperaturii (punctul D). De asemenea, entalpia crește cu o valoare egală cu proiecția liniei C1-D. Pe diagrama aceasta este o secțiune a lui HC1-HD.

condensare

La sfârșitul ciclului de compresie a agentului frigorific, aburul fierbinte intră în condensator. Aici, la o temperatură constantă și o presiune constantă, condensul are loc, iar aburul fierbinte se transformă într-un lichid fierbinte. Deși temperatura este practic constantă, entalpia scade în timpul tranziției de fază, iar căldura eliberată este deviată de la condensator. Acest proces este afișat pe diagramă sub forma unui segment paralel cu axa orizontală (presiunea este constantă).

Procesul din condensatorul mașinii de răcire are loc în trei etape: îndepărtarea supraîncălzirii (D-E), condensarea (E-A) și supraîncălzirea lichidului (A-A1). Secțiunea din diagrama D-A1 corespunde schimbării entalpiei agentului frigorific din condensator și indică cantitatea de căldură eliberată în timpul acestui proces.

  • Înlăturarea supraîncălzirii. În acest proces, temperatura aburului este redusă la temperatura de saturație. Căldura excesului este deviată, dar nu are loc nicio modificare a stării agregate. În această etapă, aproximativ 10 - 20% din căldură este îndepărtată.
  • Condensul. În această etapă, starea agregată a agentului frigorific se modifică. Temperatura rămâne constantă. În această etapă, aproximativ 60 - 80% din căldură este îndepărtată.
  • Subcolirea lichidului. În acest proces, agentul frigorific lichid se răcește și se obține un lichid supracooleat. Starea agregată nu se schimbă.

Supercoolizarea lichidului în această etapă face posibilă creșterea capacității răcitorului de lichid. Cu un nivel constant de consum de energie, o scădere cu 1 grad a temperaturii mărește capacitatea mașinii de răcire cu 1%.

Regulator de debit

Lichidul supraîncălzit cu parametrii de la punctul A2 trece la regulatorul mașinii de răcire. Este un tub capilar sau o supapă de expansiune termostatică. În regulator există o scădere bruscă a presiunii. În spatele regulatorului se începe imediat fierberea agentului frigorific. Parametrii amestecului rezultat de vapori și lichid corespund punctului B.

În vaporizator

Amestecul de vapori și lichid (punctul B) intră în vaporizatorul mașinii frigorifice, unde absoarbe căldura din mediul înconjurător și trece complet în abur (punctul C1). Acest proces are loc la o temperatură constantă, dar entalpia crește.

La ieșirea din vaporizator, agentul frigorific asemănător vaporilor se supraîncălzește ușor (segmentul C1-C2), astfel încât picăturile lichide să se evapore complet. Pentru a face acest lucru, este necesar să se mărească suprafața suprafeței schimbătoarelor de căldură a vaporizatorului (cu 4-6% pentru fiecare grad de supraîncălzire). În general, supraîncălzirea este de 5-8 grade, iar creșterea zonei de schimb de căldură atinge 20%.

În vaporizatorul mașinii de răcire, entalpia agentului frigorific se modifică cu o cantitate de HB-HC2 egală cu proiecția curbei de evaporare pe axa orizontală.

Ciclu de răcire real

Actualul ciclu de răcire are unele diferențe față de cel ideal. Acest lucru se datorează pierderii de presiune care apare pe liniile de aspirație și evacuare ale răcitorului de lichid, precum și în supapele compresorului. Prin urmare, maparea ciclului real pe diagrama de conectare la presiunea-entalpie este oarecum diferită.

Datorită pierderilor de presiune la intrarea compresorului, aspirația trebuie să treacă la o presiune care este sub presiunea de evaporare (secțiunea C1-L). În plus, datorită pierderilor de presiune la ieșirea compresorului, este necesar să se comprime vaporii agentului frigorific la o presiune mai mare decât presiunea de condensare (M-D1). Astfel, munca de compresie crește. Această compensare a pierderilor de presiune într-un chiller real reduce eficiența ciclului.

În plus față de pierderile de presiune din conductă, există și alte abateri de la ciclul ideal. În primul rând, compresia efectivă a agentului frigorific din compresor nu poate fi strict adiabatică (fără furnizarea și îndepărtarea căldurii). Prin urmare, munca de compresie este mai mare decât cea calculată teoretic. În al doilea rând, compresorul mașinii de răcire are pierderi mecanice de energie, ceea ce duce la creșterea puterii necesare a motorului electric.

Eficiența ciclului de răcire al mașinii frigorifice

Afișați pe diagrama:
  • C1-L - pierdere de presiune de aspirație
  • M-D1 - pierdere de presiune la ieșire
  • HD-HC1 - schimbare teoretică a entalpiei (conținut de căldură) sub compresie
  • HD1-HC1 - schimbare reală a entalpiei (conținut de căldură) sub compresie
  • C1D - compresie teoretică
  • LM - compresie reală

Pentru a selecta cele mai bune cicluri de răcire, trebuie să evaluați eficiența acestora. În mod obișnuit, indicele de eficiență al ciclului frigider este eficiența sau coeficientul de eficiență termică (termodinamică).

Coeficientul de eficiență termică este:

  • raportul dintre schimbarea entalpiei agentului frigorific din evaporator (HC-HB) și schimbarea entalpiei în procesul de comprimare (HD-HC).
  • sau: raportul dintre puterea de răcire și puterea electrică consumată de compresorul răcitorului de lichid.

De exemplu, dacă coeficientul de eficiență termică al unei mașini frigorifice este de 2, atunci pentru fiecare kW de energie electrică consumată, această mașină produce 2 kW de frig.







Articole similare

Trimiteți-le prietenilor: