Термодинамічні основи процесів трансформації теплоти

Трансформатори теплоти, призначені для переносу теплоти з нижчого температурного рівня на більш високий, працюють за принципом зворотних циклів. Найбільш удосконаленим з них є зворотний цикл Карно.

На рис. 20.5 представлені зворотні цикли Карно для трансформаторів теплоти, які здійснюють холодильний, теплонасосний і комбінований процеси.

Основне рівняння теплового балансу зворотного циклу:

q_в = q _н + l (20.1)

де q_в і q _н - теплота, передана робочому тілу з більш високою температурою і відведена від охолодженого тіла; l- енергія, підведена до робочого тіла.

Ефективність зворотного холодильного циклу (рис.20.5) характеризується холодильним коефіцієнтом, тобто відношенням кількості теплоти, відведеної від охолодженого робочого тіла до витраченої роботи циклу.

рис. 20.5 - Діаграми зворотних циклів: а – холодильний цикл; б – цикл теплового насосу; в – комбінований цикл

. (20.2)

Холодильний коефіцієнт циклу Карно:

. (20.3)

Ефективність теплового насоса (рис.20.5,б) оцінюється коефіцієнтом перетворення відношення теплоти, яка отримана робочим тілом з температурою Т_в до механічної роботи, витраченої в установці:

. (20.4)

Тоді коефіцієнт перетворення для циклу Карно:

. (20.5)

Трансформатори теплоти, які працюють за комбінованим циклом (рис.20.5, в), можуть знайти застосування на об'єктах, де одночасно потрібні теплота і холод. Прикладом таких підприємств можуть служити підприємства, де необхідна одночасно гаряча вода з температурою 40-70°С на побутові й технологічні потреби і холодна вода з температурою 3-8°С для кондиціонування повітря приміщень.