Što je ciklus hlađenja i kako se definira?

Evelyn Maitee Marin
Industrijski inženjer, magistar fizike i EdD

Ciklus hlađenja odnosi se na ponavljajući termodinamički proces u kojem tvar koja se koristi kao rashladno sredstvo on mijenja faze kroz strujni krug, a njegova je funkcija apsorbirati toplinu iz prostora koji treba kondicionirati za oslobađanje topline u drugom regija. Za razliku od drugih termodinamičkih ciklusa kao što je energija, u sustavima koji se koriste za hlađenje, svrha nije dobivanje energije za prodaju ili potrošnju, nego toplinsko kondicioniranje prostora, npr. a soba.

S radnom shemom sličnom rashladnim ciklusima, postoje dizalice topline, koje za razliku od zraka Uvjetovani se koriste za zagrijavanje prostora, odnosno za izvlačenje topline iz vanjske sredine kako bi je oslobodili unutar željenih prostorija. stanje.

S teorijske točke gledišta, ciklusi hlađenja mogu se proučavati s obzirom na komponente koje čine sustav kao i različite faze kroz koje rashladno sredstvo prolazi u različitim stanjima. Sljedeći grafikon prikazuje klasifikaciju rashladnih sustava:

Vrste rashladnih sustava

Osnovne komponente rashladnog ciklusa

Prema drugom zakon od Termodinamika, tok topline javlja se spontano uvijek iz područja većeg temperatura na nižoj temperaturi, au suprotnom, potreban je neki uređaj ili mehanizam za provođenje procesa hlađenja. Da bi se to postiglo, svaki rashladni sustav zahtijeva najmanje četiri komponente:

• Kompresor: je uređaj odgovoran za povećanje tlaka rashladnog sredstva nakon što ono ispari. U idealnim uvjetima, proces kompresije ima konstantnu entropiju, iako u praksi dolazi do povećanja entropije.

• Isparivač: ovaj sustav je u osnovi izmjenjivač topline kroz koji cirkulira rashladno sredstvo apsorbirati toplinu iz prostora koji treba kondicionirati i kao posljedicu, smjesa se mijenja u stanje pare.

• Ekspanzijski ventil: naziva se i kapilarna cijev ili ekspander. U idealnim uvjetima, ovaj uređaj radi izentalpijski (na entalpija konstantan), a njegova funkcija je smanjiti tlak rashladnog sredstva u zoni miješanja.

• Kondenzator: sastoji se od zavojnice kroz koju rashladno sredstvo prolazi u stanju pare, pri tlaku i temperaturi višim od uvjeta u isparivaču. Tijekom prolaska kroz kondenzator, rashladno sredstvo oslobađa toplinu u vanjsku okolinu i kondenzira se dok ne postane tekućina. Idealno, proces od kondenzacija javlja se pri konstantnom tlaku, iako se u stvarnosti obično očituju padovi tlaka.

Osnovni dijelovi hladnjaka

Koeficijent učinkovitosti (COP)

Kao što je već spomenuto, za izdvajanje topline iz prostora (hlađenje) i promjenu faza rashladnog sredstva u cikličkom procesu, potrebni su uređaji koji rade trošeći energije (električni ili gorivo), a to predstavlja trošak koji bi trebalo pokušati minimizirati, maksimizirajući funkciju koja se od njih očekuje unutar ciklusa.

U energetskim ciklusima, toplinska ili električna izvedba obično se određuje prema učinkovitosti ciklusa ili njegove komponente, i kao takva, ova bi vrijednost uvijek trebala biti u rasponu između 0 i 1 (u postocima bi bila između 0 i 100 %). Međutim, u rashladnim ciklusima najčešći je analizirati njegove performanse koristeći kao referentni parametar koeficijent učinkovitosti, skraćeno njegovom skraćenicom na engleskom kao COP (koeficijent učinka), čija je vrijednost gotovo uvijek veća od jedinice, uvijek je pozitivan i određuje se iz sljedeći izraz:

Idealan ciklus hlađenja kompresijom pare

U svrhu maksimiziranja koeficijenta učinka rashladnih ciklusa, dizajnirane su različite metode, najviše Najjednostavnije od njih je hlađenje kompresijom pare, koje se sastoji od četiri stanja koja su prikazana u sljedećem slika):

• Izentropski proces kompresije u kompresoru (stanja 1 – 2),

• Proces odbijanja topline konstantnog tlaka u kondenzatoru (stanja 2 – 3),

• Izenthalpijski proces ekspanzije u ekspanzijskom ventilu (stanja 3 – 4),

• Proces apsorpcije topline u isparivaču pri konstantnom tlaku (stanja 4 – 1).

Sljedeća shema prikazuje a dijagram temperature (T) u odnosu na entropiju (s) gdje su naznačena različita stanja kroz koja rashladno sredstvo prolazi tijekom prolaska kroz komponente sustava kako bi kompresijom završio ciklus hlađenja para:

Q_L toplina apsorbirana iz kondicioniranog prostora, Q_h je toplina odbijena prema van i W_komp predstavlja rad kompresora.

Kao što je opisano, radna tekućina u rashladnim ciklusima je rashladno sredstvo, a na tržištu ih postoji širok izbor. Rashladna sredstva su se razvila, a trenutno je trend odlučiti se za one koji manje zagađuju, nisu otrovni i koji imaju karakteristike potrebne u sustavu koji se ugrađuje.

Neke od najčešće korištenih vrsta rashladnih sredstava

Ova skupina rashladnih sredstava čini 90% rashladnih sredstava koja se koriste u Sjedinjenim Državama.