Трансформатори теплоти

Пристрої для переносу теплової енергії від тіла з більш низькою температурою Т_н (тепловіддавач) до тіла з більш високою температурою Т_в (теплоприймачу), називаються трансформаторами теплоти. Для перетворення теплоти необхідно затратити зовнішню енергію (механічну, електричну і т.д.). Трансформатори теплоти підрозділяються на холодильні й теплонасосні установки.

У холодильних установках температура тепловіддавача Т_н нижче температури навколишнього середовища (Т_н < Т_о), тоді як температура теплоприймача дорівнює температурі навколишнього середовища (Т_в = Т_о). У теплонасосних установках температура тепловіддавача дорівнює або трохи вище температури навколишнього середовища, тоді як температура теплоприймача значно вище температури навколишнього середовища, тобто Т_н Т_о і Тв Т_о.

Трансформатор теплоти може працювати як у режимі холодильної установки, так і в режимі теплового насоса, або одночасно в двох режимах. Такий процес називається комбінованим. Принципова схема роботи трансформаторів теплоти наведена на рис.20.4.

У холодильній установці (рис.20. 4, а) процес протікає наступним образом. Охолоджене тіло А віддає теплоту холодоагенту при температурі Т_н < Т_о; потім у холодильній машині за рахунок підведеної механічної енергії l відбувається підвищення температури холодоагенту до температури Т_о. Нагрітий холодоагент передає в навколишнє середовище кількість теплоти q_о=q_н+l.

У тепловому насосі (рис. 20.4, б) процес протікає аналогічно, але при інших температурних потенціалах. Тут частина теплоти навколишнього середовища з температурою Т_о передається тілу, яке нагрівається Б.

У комбінованій установці (рис. 20.4, в) одночасно відбувається вироблення теплоти і холоду (охолоджується середовище А і нагрівається середовище Б).

Отже, в холодильних установках відбувається штучне охолодження тіл, температура яких нижче температури навколишнього середовища, тоді як у теплових насосах використовується теплота навколишнього середовища або інших низькопотенційних джерел з метою теплопостачання. Джерелами низькопотенційної теплоти в теплонасосних установках служать природне середовище (повітря, вода, ґрунт) або промислові відходи теплоти.

Теплові насоси як є засіб теплопостачання ще не одержали великого поширення. Основною умовою, що сприяє їх використанню, є порівняно невеликий перепад температур між теплоприймачем і тепловіддавачем. Тому при використанні промислових відходів теплоти теплові насоси, за інших рівних умов, витрачають менше енергії, ніж при використанні теплоти навколишнього середовища.

Рис 20.4 - Принципова схема роботи трансформаторів теплоти (а - холодильна установка; б – теплонасосна установка; в – комбінована установка).