Кпд холодильной машины в процентах

Какой процент КПД у холодильника

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.

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?

Компрессор с указанными параметрами

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.

Две модели холодильника

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°.

Источник

Вся правда о тепловых насосах.

На написание данного опуса меня сподвигла статья Вот такой имеет право быть «зеленая энергетика»: абсорбционный холодильник Энштейна-Сцилларда, а ещё более – комментарии к ней. Вернее сказать, данная статья стала последним толчком давно назревавшему порыву.

Спекуляции на тему тепловых насосов – это один из самых старых и распространённых фейков интернета в целом, и рунета в частности. Люди, зацикленные на поисках халявных источников энергии и построении вечных двигателей, мигрируют с ресурса на ресурс, и взахлёб рассказывают о стремящемся к бесконечности КПД оного девайса, уменьшении энтропии, и прочих богомерзких противоречащих фундаментальным физическим законам вещах.

Этих людей можно условно поделить на три группы:

1. Технически неграмотные люди.

2. Технически грамотные, но в силу каких-то причин не понимающие «физику» работы тепловых насосов.

3. Фанаты «альтернативной энергетики» и прочие упоротые личности, для которых это вопрос веры.

Людей из третьей группы я сразу прошу воздержаться от написания комментариев к данной статье, ибо предупреждаю: фанатиков не люблю, поэтому троллить буду жёстко, а самых неадекватных буду банить. Поэтому не нужно рассказывать про атмосферное электричество и прочие трансформаторы Теслы – пишите свои статьи на данные темы, и полемизируйте там в камментах на здоровье. У меня вам будет максимально некомфортно.

Для людей-же из первых двух групп статья будет разбита на две части: в первой я буду всё объяснять «на пальцах», с различными упрощениями и приближениями, за что заранее прошу прощения у людей из второй группы, для которых во второй части статьи будут даны формулы и научные термИны.

Как я выше уже сказал, при обсуждении тепловых насосов обычно постулируется утверждение, что КПД тепловых насосов выше единицы (100%), причём в разы, потому что при работе теплового насоса, на киловатт потраченной электроэнергии «вырабатывается» несколько киловатт тепловой энергии.

В реальности суть работы любой холодильной машины заключается в том, что она переносит тепловую энергию из одного места в другое. Для этого используется хладагент, который выполняет роль аккумулятора тепловой энергии. А насос лишь перекачивает хладагент, накопивший в себе тепловую энергию внешней среды.

Наиболее уместной аналогией в данной ситуации будет сравнение работы теплового насоса с нефтяным или газовым трубопроводом. Нефть – это жидкий аккумулятор энергии, которую лишь перекачивают с помощью насосов с одного места в другое. При этом на 1 кВт электроэнергии, потраченной на работу насоса, переносятся несколько киловатт (или даже десятков киловатт) энергии, заключённой в углеводородах.

Более грубой, но тоже верной будет аналогия с бензовозом: автомобиль в состоянии перевозить на сотни километров десятки тонн горючего, сам при этом расходуя максимум несколько сотен литров топлива. Однако никто в здравом уме не будет говорить о КПД автомобиля, равном 1000%.

Ну а сейчас обещанные технические подробности расчёта КПД холодильной машины (источник тут):

Рассмотрим устройство холодильной машины на примере бытового компрессионного холодильника. Он состоит из замкнутого трубопровода, в который последовательно включены компрессор, радиатор, дроссель и морозильная камера (рис. 1).

Рис. 1.Главные части электрического холодильника.

Действие холодильников механического или газового типа основано на том, что при сжижении газа выделяется теплота, а при превращении жидкости в пар теплота отнимается от соприкасающихся с жидкостью тел и передается более нагретому телу. Этим более нагретым телом является воздух внешней среды, который в результате работы холодильника нагревается до еще более высокой температуры.

Используя рисунок 2, рассмотрим последовательность работы холодильной машины (в том числе бытового холодильника).

Рабочим телом к домашнем компрессионном холодильнике служит газ фреон (дифтордихлор-метан CF ₂ C 1₂).

Рис.2. Схема узлов холодильника

(1 — компрессор, 2 — радиатор, 3 — дроссель, 4 — морозильная камера);

Фреоном заполнена система конденсатора и испарителя. Компрессор 1, приводимый в действие электродвигателем, сжимает газообразный фреон приблизительно до 800 кПа. При быстром, почти адиабатическом сжатии газ нагревается. Охлаждение его до комнатной температуры и последующая конденсация производится в радиаторе (конденсаторе) 2, расположенном обычно на задней стенке холодильного шкафа. Охлажденный до комнатной температуры, фреон переходит в жидкое состояние. Из конденсатора образовавшаяся жидкость поступает в дроссель 3— переходит от очень узкого сечения трубопровода в широкое. Происходит адиабатическое расширение приблизительно до 200 кПа. Жидкость при этом испаряется, что приводит к понижению температуры. Далее охлажденный газ через трубку поступает в испаритель (морозильную камеру) 4 и охлаждает находящиеся там объекты. При этом он нагревается. Нагретый фреон вновь поступает в компрессор. Цикл повторяется вновь. Таким образом, одни и тот же газ служит передатчиком теплоты от внутренней камеры холодильника наружу.

Самая низкая температура, которая может быть получена в испарителе (морозильной камере), определяется значением давления паров фреона, так как температура кипения фреона, как и любой другой жидкости, понижайся с понижением давления. При постоянной скорости поступления жидкого фреона из конденсатора в испаритель через капиллярную трубку давление паров фреона в испарителе будет тем ниже, чем дольше работает компрессор. Если нет нужды добиваться понижения температуры в испарителе до предельно достижимого значения, то работа компрессора периодически останавливается путем выключения электромотора, приводящего его в действие. Компрессор выключается автоматом, следящими за поддержанием в холодильном шкафу заданной температуры.

При работе холодильной машины за цикл у холодного тела, находящегося в холодильной камере, рабочим телом (газом) при расширении отнимается количество теплоты Q ₂.(рис.3) При этом внешние силы совершают механическую работу А. Нагревателю (более горячему телу) за цикл работы холодильной машины передаётся количество теплоты Q ₁= Q + А.

В реальных холодильных установках (холодильниках) нагревателем является окружающая среда. Работа А совершается, как правило, за счёт электрической энергии.

Рис. 3.Энергетическая схема холодильной машины.

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 находиться из выражения

В случае, если холодильная машина является идеальным обратимым тепловым двигателем, ее КПД рассчитывается по формуле

Важнейшей характеристикой холодильной машины является холодильный коэффициент, равный:

Холодильный коэффициент показывает, какое количество теплоты отнимается от охлаждаемого тела при совершении единицы работы.

Устройство, работающее по холодильному циклу, может иметь двоякое предназначение. Если полезным эффектом является отбор некоторого количества тепла Q₂ от охлаждаемых тел (например, от продуктов в камере холодильника), то такое устройство является обычным холодильником.

Если полезным эффектом является передача некоторого количества тепла Q₁ нагреваемым телам (например, воздуху в помещении), то такое устройство называется тепловым насосом.

Определение КПД холодильника.

В данном случае будем считать холодильник идеальной обратимой тепловой машиной.

Отсюда Q1-Q2=nQ1; Q2=Q1-nQ1=(1-n)Q2

Источник

Тепловые и холодильные машины

Тепловые машины (двигатели внутреннего сгорания, реактивные двигатели, газовые турбины и др.) предназначены для получения полезной работы за счёт теплоты, выделяемой вследствие сгорания топлива, ядерных превращений, нагрева солнечными лучами или по другим причинам. Ниже приведена условная схема тепловой машины (а) и её термодинамический цикл (б).

В качестве холодильника часто выступает окружающая среда. В космических энергоустановках окружающая среда отсутствует и необходим специальный холодильник-излучатель.

Наличие холодильника и передача ему части полученной от нагревателя теплоты является обязательным, так как иначе работа тепловой машины невозможна. Вычисляемая по первому началу термодинамики величина Q_Xявляется отрицательной т.к. это количество теплоты поступает не к рабочему телу, а от него к холодильнику.

В соответствии с первым началом внутренняя энергия за цикл (круговой процесс) не изменяется. Совершённая рабочим телом механическая работа равна разности подведённой и отведённой теплоты:

.

Тепловой коэффициент полезного действия (КПД) цикла любой тепловой машины можно рассчитать как отношение полезной работы к количеству теплоты, переданной рабочему телу от нагревателя:

.

В холодильной машине внешние тела совершают работу А ’ над рабочим телом и происходит отвод теплоты Q_ОХЛ от охлаждаемого тела и передача теплоты Q_ТР (величина отрицательная)тепловому резервуару, в качестве которого обычно выступает окружающая среда.

Холодильный коэффициент холодильной машины определяют как отношение отведённого от охлаждаемого тела количества теплоты к затраченной для этого механической работе А * :

.

Холодильный коэффициент холодильной машины в отличие от КПД тепловой машины может быть как больше, так и меньше единицы.

Холодильная машина может использоваться не только для охлаждения различных предметов, но и как тепловой насос для отопления помещений. В этом случае тепловым резервуаром является обогреваемое помещение, а теплота Q_ОХЛотводится из менее нагретой окружающей среды. Термодинамические циклы холодильной машины и теплового насоса совпадают.

КПД теплового насоса определяют как отношение полученного нагреваемым помещением количества теплоты к затраченной для этого механической работе:

.

Видно, что КПД теплового насоса обязательно должен быть больше единицы.

Преимущество теплового насоса по сравнению с обычным электрическим нагревателем заключается в том, что на нагрев помещений используется не только преобразованная в теплоту электроэнергия, но и теплота, отобранная от окружающей среды.

Источник

Тепловая машина,термический КПД.Холодильная машина,холодильный коэффициент. Вечный двигатель 1 и 2 рода

где A_t – тепло, преобразованное в цикле в работу; Q₁ – тепло, подведённое в цикле к рабочему телу;Q₂ – тепло, отданное в цикле рабочим телом.Термический КПД термодинамического цикла показывает, какое количество получаемой теплоты машина превращает в работу в конкретных условиях протекания идеального цикла. Чем больше величина η_t, тем совершеннее цикл и тепловая машина.

Из анализа цикла Карно можно сделать следующие выводы:

1)КПД любого термодинамического цикла тем больше, чем больше разница температур нагревателяT₁ и холодильника T₂;

2)Термический КПД никогда не достигает 100 %, потому что температура T₂ в лучшем случае равна температуре окружающей среды;

—Холодильная машина и холодильный коэффициент

Холодильная установка в отличие от теплового двигателя работает по обратному или холодильному циклу, наиболее совершенным типом которого является обратный цикл Карно. Показателем совершенства обратного цикла является холодильный коэффициент, который показывает отношение отведенной теплоты (q2) к совершенной работе ( l ):ε = q2/l.Чем больше отнимается удельного количества теплоты q2 и чем меньше при этом затрачивается механической работы, тем совершеннее холодильный цикл.

-Вечный двигатель первого рода — устройство, способное бесконечно совершать работу без затрат топлива или других энергетических ресурсов. Согласно закону сохранения энергии, все попытки создать такой двигатель обречены на провал. Невозможность осуществления вечного двигателя первого рода постулируется в термодинамике как первое начало термодинамики (термодинамическая система может совершать работу только за счёт своей внутренней энергии или каких-либо внешних источников энергии).

—Вечный двигатель второго рода — машина, которая, будучи пущена в ход, превращала бы в работу всё тепло, извлекаемое из окружающих тел. Невозможность осуществления вечного двигателя второго рода постулируется в термодинамике в качестве одной из эквивалентных формулировок второго начала термодинамики ( показывая, что коэффициент полезного действия не может равняться единице, поскольку для кругового процесса температура холодильника не может равняться абсолютному нулю).

Источник

Коэффициент полезного действия и холодильный коэффициент.

Коэффициент полезного действия механизмов (КПД)

Если круговой процесс на диаграмме P-V протекает по часовой стрелке, то часть тепловой энергии, полученной от нагревателя, превращается в работу. Так работает тепловая машина.
Известно, что вечный двигатель невозможен. Это связано с тем, что для любого механизма справедливо утверждение: совершённая с помощью этого механизма полная работа (в том числе на нагревание механизма и окружающей среды, на преодоление силы трения) всегда больше полезной работы.

Например, больше половины работы двигателя внутреннего сгорания совершается впустую тратится на нагревание составных частей двигателя; некоторое количество теплоты уносят выхлопные газы. Часто необходимо оценивать эффективность механизма, целесообразность его использования. Поэтому, чтобы рассчитывать, какая часть от совершённой работы тратится впустую и какая часть с пользой, вводится специальная физическая величина, которая показывает эффективность механизма. Эта величина называется коэффициентом полезного действия механизма η = (А_полн /А_полезн) * 100 %,

Холодильный коэффициент.
Если круговой процесс на диаграмме P-V протекает против часовой стрелки, то тепловая энергия передается от холодильника (тела с меньшей температурой) к нагревателю (телу с большей температурой) за счет работы внешней силы. Так работает холодильная машина.

Холодильный коэффициент холодильной машины равен отношению тепловой энергии Q, отобранной от холодильника за цикл, к затраченной работе :

Цикл Карно. Коэффициент полезного действия идеальной тепловой машины. ТЕПЛОПЕРЕДАЧА И ПРЕОБРАЗОВАНИЕ ТЕПЛОТЫ В РАБОТУ. «ОБЕСЦЕНИВАНИЕ ТЕПЛОТЫ НАГРЕВАТЕЛЯ». ИДЕАЛЬНАЯ ТЕПЛОВАЯ МАШИНА И ПРОБЛЕМЫ ЭКОЛОГИИ.

Отсюда коэффициент полезного действия тепловой машины Карно равен

Цикл Карно состоит из четырёх стадий:

В изолированной системе возможны лишь процессы, ведущие к возрастанию энтропии.

Возрастание энтропии при теплообмене тел приводит к уменьшению доступности тепла для преобразования его в работу, т.е. обесцениванию тепловой энергии.
Из 1-го начала dQ = dU + dA

с учётом dS = dQ ⁄ T получаем dU = TdS – dA

Экологические проблемы использования тепловых машин. Мы живём в XXI веке, который невозможно представить без электростанций и автомобилей. Большая доля электростанций в мире – тепловые, то есть сжигающие топливо (уголь или газ). Автомобили, работающие на электричестве – редкость, все остальные сжигают топливо (бензин). При этом есть два губительных для окружающей среды обстоятельства.

Во-первых, выхлопные газы загрязняют атмосферу, делают её непригодной для нормальной жизнедеятельности человека. Во-вторых, выделяющееся тепло изменяет климат Земли и наносит непоправимый вред природе, животным и человеку. Поэтому задача человечества – переходить на более безопасные для окружающей среды двигатели.

Обратимые и необратимые процессы. Приведенная теплота. Направленность процесса теплопередачи. Приведенная теплота в термодинамических циклах. Неравенство Клаузиуса. Энтропия, как функция состояния. Второе начало термодинамики

Обратимый процесс – если процесс может быть проведен в обратном направлении с теми же промежуточными путями.

Отношение теплоты Q в изотермическом процессе к температуре, при которой происходила передача теплоты, называется приведенной теплотой.

Для подсчета приведенной теплоты в произвольном процессе необходимо разбить этот процесс на бесконечно малые участки, где Т можно считать константой. Приведенная теплота на таком участке будет равна .

Теплота всегда самопроизвольно переходит только от более нагретых тел к менее нагретым, т. е. самопроизвольный или естественный процесс теплообмена обладает свойством определенной направленности — в сторону тел с более низкой температурой. При этом процесс теплообмена прекратится при достижении равенства температур.

для обратимого цикла Карно

Так как любой замкнутый цикл можно представить как сумму бесконечного числа циклов Карно, то для любого замкнутого обратимого цикла выражение (9.26) будет справедливо и его можно записать в следующем виде

Необратимый цикл Карно.В этом случае

И все равенства превращаются в неравенства

; ; ; ; ; ; ;

Неравенство Клаузиуса

Таким образом, сумма приведенных теплот любого цикла равна нулю (обратимый процесс) или меньше нуля (необратимый процесс).

Функция состояния, полный дифференциал которой равен , называется энтропией (от греч. entropia – поворот, превращение) – мера способности теплоты превращаться в другие виды энергии.

Энтропия S – это отношение полученной или отданной теплоты к температуре, при которой происходил этот процесс.

Для обратимых процессов изменение энтропии

Это выражение называется равенство Клаузиуса.

В любом обратимом процессе изменения энтропии равно 0 . В термодинамике доказывается, что S системы совершающей необратимой цикл возрастает Выражения (1) и (2) относятся только к замкнутым системам, если же система обменивается теплотой с внешней средой, то её S может вести себя любым образом. Соотношения (1) и(2) можно представить в виде неравенства Клаузиуса ΔS ≥ 0 т.е. энтропия замкнутой системы может либо возрастать (в случае необратимых процессов) либо оставаться постоянной (в случае обратимых процессов).

Второе начало термодинамики

Второе начало термодинамики, принцип, устанавливающий необратимость макроскопических процессов, протекающих с конечной скоростью.

Другая формулировка второго начала термодинамики основывается на понятии энтропии:

«Энтропия изолированной системы не может уменьшаться» (закон неубывания энтропии).

Второе начало термодинамики, как и первое формулируется несколькими способами 1. Энтропия изолированной системы при протекании необратимого процесса может только возрастать dS≥0.2. Клаузиус сформулировал второе начало термодинамики следующим образом: Невозможны такие процессы, единственным конечным результатом которых был бы переход от тела менее нагретого к телу более нагретому. (Второе начало термодинамики не запрещает такой переход (например, такой переход происходит в холодильной машине)однако этот переход не является единственным результатом процесса, сопровождается изменениями в окружающих телах, связанных с совершением работы A’) 3.Кельвну принадлежит еще одна формулировка второго начала термодинамики: Невозможны такие процессы, единственным конечным результатом которых являлось бы отнятие от некоторого тела определенного количества тепла и превращение этого тела полностью в работу. С точки зрения статистической физики второе начало термодинамики имеет статистический характер: оно справедливо для наиболее вероятного поведения системы.

Дата добавления: 2018-11-24 ; просмотров: 253 ; Мы поможем в написании вашей работы!

Источник