Принцип работы теплового насоса

Билет 22

ТЕПЛОВОЙ НАСОС

ПРИНЦИП РАБОТЫ ТЕПЛОВОГО НАСОСА

Существо работы теплового насоса состоит в переносе энергии (тепла) от холодного тела к нагретому. Для этого используется хладагент, который под воздействием подводимой теплоты испаряется в камере с низким давлением и температурой, далее после принудительного повышения давления и температуры в компрессоре, хладагент отдает полученное тепло, конденсируясь в камере с высоким давлением и температурой. Отношение количества перенесенной тепловой энергии к затраченной электроэнергии привода компрессора называют коэффициентом преобразования энергии теплового насоса.

Гениальный принцип теплового насоса

Устройство и рабочий цикл теплового насоса

Основными элементами теплового насоса являются соединенные трубопроводом испаритель, компрессор, конденсатор и регулятор потока - расширительный вентиль.


Жидкий хладагент продавливается через расширительный вентиль, его давление падает, и он поступает в испаритель, где вскипает, под действием теплоты, поставляемой коллектором из окружающей среды, и превращается в пар. Далее пар, в который превратился хладагент, всасывается компрессором, сжимается и, нагретый, выталкивается в конденсатор. Конденсатор является теплоотдающим узлом теплонасоса: здесь теплота принимается теплоносителем системы отопительного контура. При этом пар отдает тепло и конденсируется, чтобы вновь подвергнуться разряжению в расширительном вентиле и вернуться в испаритель. После этого рабочий цикл начинается сначала. В качестве хладогента в тепловых насосах используют специальные жидкости, которые кипят при атмосферном давлении и температурах до -50 °С.

Теплoвой насос можно представить в виде системы из трех замкнутых контуров: в первом, внешнем, циркулирует теплоноситель, собирающий теплоту окружающей среды, во втором — хладагент, который испаряется при низкой температуре, отбирает теплоту внешнего теплоносителя, и конденсируется при высокой температуре, отдавая теплоту теплоприемнику, в третьем, внутреннем контуре системы отопления и горячего водоснабжения здания.

Внешний контур представляет собой, например, уложенный в землю, скважину или в воду трубопровод, в котором циркулирует незамерзающая жидкость — антифриз. Естественным источником низкопотенциального тепла может служить грунт, скальная порода, озеро, река, море и др. В качестве искусственных источников низкопотенциального тепла можно привести, например, выход теплого воздуха из системы вентиляции какого-либо промышленного предприятия, технологическая вода, используемая в производственных процессах и др.

Во второй контур (собственно тепловой насос) встроены: теплообменники — испаритель, взаимодействующий с внешним контуром, конденсатор взаимодействующий с отопительным контуром системы, устройства, которые меняют давление хладагента – расширительный вентиль и компрессор, и устройства автоматического управления тепловым насосом и системы отопления в целом.

Третий - отопительный контур, включает в себя традиционные радиаторы отопления или системы «теплый пол», бойлеры для нагрева воды и др.

1. Режимы охлаждения, уменьшающие «усушку» продуктов.

По назначению холодильное хранение принципиально отличается от холодильной обработки. Цель холодильной обработки — изменение состояния продукта по температуре как главному параметру холодильной технологии. Но это главное изменение сопровождается усушкой, биохимическими и многими другими изменениями, тесно связанными с температурой. При холодильной обработке от продукта отводится теплота.

Задача холодильного хранения — замедлить изменения именно тех процессов (усушка, окисление), которые ухудшают качество продуктов, а для этого наряду с другими факторами требуется поддержание постоянной температуры продукта. Усушка пищевых продуктов сопровождается испарением воды или сублимацией льда с их поверхности и пропорциональна количеству теплоты, воспринимаемой или отдаваемой продуктом. Количество влаги, усвоенной воздухом, зависит от его температуры и относительной влажности. С понижением температуры абсолютная влажность насыщения и количество влаги, переносимой единицей массы воздуха, уменьшаются.

На практике абсолютной теплоизоляции продукта достичь трудно, наблюдается колебание температуры окружающей среды, продукт вступает во взаимодействие с ней, что вызывает усушку продукта, окисление, старение и др.

Относительная влажность воздуха при выборе режимов охлаждения или замораживания не учитывается, так как мало влияет на усушку продуктов.

Режимы холодильного хранения в обычных камерах хранения охлажденных грузов характеризуются тремя параметрами, которые должна обеспечить сохранение качества продуктов. К ним относятся температура, относительная влажность и скорость движения воздуха.

В процессе хранения при температурах от +2 до —2° С продолжаются развитие микрофлоры и ферментативные процессы. При этом скорость протекания последних достаточно большая, что в совокупности с развитием микрофлоры ограничивает сроки хранения. Особенно быстро развиваются микроорганизмы при условии повышенной влажности. Поэтому многие неупакованные охлажденные продукты рекомендуют хранить при условиях ненасыщенности и подвижности воздуха, так как наличие застойных зон с повышенной относительной влажностью считается недопустимым.

Выбор температурного режима хранения осуществляется в зависимости от длительности сохранения продуктов. В рекомендациях Международного института холода температура —12°С названа как допустимая, а температура —19°С и ниже — как рекомендуемая.

Первым общим принципом, одинаковым для хранения охлажденных и замороженных продуктов, следует считать устойчивое, более строгое постоянство и равномерность температуры, скорости и относительной влажности воздуха.

Второй общий принцип тесно связан с первым и заключается в сокращении внешних и внутренних теплопритоков в камеры хранения. Внешний теплоприток обусловлен главным образом теплопроводностью через наружные стены, перекрытия, полы, конвекцией (около 60%) и излучением (около 40%).

2. Влияние инея на теплообмен.

На внешней поверхности ВО, при его работе, образуется слой инея, толщина которого не должна превышать 2 - 3 мм, так как при большей толщине резко ухудшается теплообмен и, следовательно, снижается экономичность работы холодильной машины. При образовании между ребрами ВО сплошного слоя снеговой шубы хладагент в ВО фактически не будет охлаждать помещение по двум причинам: сократится поток воздуха между ребрами ВО и снизится коэффициент теплоотдачи. Поэтому для низкотемпературных камер желательно устанавливать ВО с большим шагом между ламелями (желательно более 7 мм). Для скороморозильных аппаратов часто применяют ВО с переменным шагом между ламелями по глубине, например на входе 15 мм, а далее 10мм.

Дата добавления: 2015-09-29