Энергетические затраты производства холода

Наибольшее распространение нашли холодильные и криогенные установки работающие на основе испарительного охлаждения жидкостей. Это так называемые парокомпрессионные холодильные машины. Идеальным циклом таких машин является обратный парожидкостный цикл Карно (рис.1.4).

Рис. 1.4. T, s -диаграмма обратного цикла Карно парожидкостной холодильной машины

Здесь: Т _н – температура подвода теплоты к циклу от теплоотдатчика (охлаждаемой среды) на низшем температурном уровне;

Т _в= Т _о.с – температура отвода теплоты из цикла теплоприемнику (охлаждающей среде), высшая температура цикла;

q _н – теплота подведенная к циклу, иначе – холодопроизводительность цикла. В соответствии с графиком: q _н~пл. 1-4-5-6= Т _н×D s;

E _q – работа (эксергия) подведенная к циклу, где E _q~пл. 1-2-3-4=(Т _н- Т _о.с)× ×D s. Так как Т _н< Т _о.с, то значение E _q будет со знаком "минус". Это означает, что энергия подводится;

q _в – теплота отводимая в конденсаторе в окружающую среду (теплоприемнику). В соответствии с диаграммой q _в~пл. 2-3-5-6= Т _в×D s или q _в= q _в+ E _q .Это равенство называют уравнением теплового баланса холодильной машины.

Связь между затраченной энергией и холодопроизводительностью цикла определяется соотношением:

(1.2)

Где t_е называется коэффициентом работоспособности теплового потока и представляет собой удельный расход энергии на производство единицы холода в идеальной холодильной машине.

Проведем анализ зависимости удельного расхода энергии t_е на производство холода q _н от уровня температуры этого холода Т _н (см. рис. 1.5):

при Т _н< Т _о.с t_е<0, т.е. энергия подводится (холодильный цикл Карно);

при Т _н> Т _о.с t_е>0, т.е. энергия отводится (тепловой двигатель);

при Т _н= Т _о.с t_е=0; если Т _н®¥ то t_е®1; если Т _н®0, то t_е ®-¥.

Заметим, что в холодильном цикле величина |t_е| (по модулю)может быть существенно больше 1. В прямом (тепловом) цикле всегда t_е<1.

Рис. 1.5. Зависимость удельного расхода энергии t_е от температурного уровня получаемого холода Т _н.

Так как , то видно также, что для получения одного и того же значения холодопроизводительности при снижении температурного уровня Т _н необходимо затрачивать все больше и больше энергии (зависимость гиперболическая).

Отсюда видна недостижимость "абсолютного нуля", так как при Т _н ®0 E_q ®-¥, т.е. необходимо затратить бесконечное количество энергии.

Дата добавления: 2014-01-20