Reklama
 
 
 
Zapomniane teorie pracy instalacji chłodniczej. Cz. 1
Ocena użytkowników: / 1
SłabyŚwietny 
Data dodania: 23.06.2017

W naszej codziennej pracy zawodowej, projektując system chłodniczy dla określonego urządzenia chłodniczego, z reguły zapominamy o teorii i termodynamice procesów zachodzących w poszczególnych elementach projektowanej przez nas instalacji chłodniczej. 

 

Spowodowane jest to ogólnie dostępnymi i łatwo osiągalnymi danymi katalogowymi przedstawionymi przez producenta. Nasza praca sprowadza się z reguły do doboru każdego elementu naszej instalacji chłodniczej, bazując na podstawowych wzorach i danych z katalogów. Dobór elementów instalacji chłodniczej z katalogów ułatwia nam pracę, ale jednocześnie pozbawia nas możliwości zrozumienia i dogłębnej analizy procesów zachodzących w każdym dobieranym przez nas elemencie naszej instalacji chłodniczej. Z czasem ten sposób podejścia do projektowania zaczyna sprowadzać się do rutynowego doboru elementów instalacji chłodniczej bez głębszej analizy i zrozumienia pracy dobieranego elementu, co w konsekwencji może prowadzić do nie najefektywniej zaprojektowanego systemu chłodniczego. Odnosi się to w praktyce do każdego typu instalacji chłodniczej, zaczynając od domowych urządzeń chłodniczych, a kończąc na instalacji przemysłowej. Oczywiście największy wpływ na efekt pracy instalacji chłodniczej ma jego projektant, niemniej w przypadku przemysłowych instalacji chłodniczych ich nadzór z punktu widzenia znajomości zasad pracy jest równie ważny.

 

Poniżej, postaram się przedstawić w możliwie prostej i zrozumiałej formie pracę każdego elementu instalacji chłodniczej, bazując na ich warunkach pracy, w ścisłym powiązaniu z termodynamicznym zrozumieniem procesów zachodzących w każdym omawianym elemencie instalacji chłodniczej, które to teorie najczęściej pomijamy. Moim celem nie jest przedstawienie podstawowych procesów obliczeń i doboru elementów instalacji chłodniczej, gdyż znamy to ze studiów i szeregu dostępnej literatury. W poniższych rozważaniach skupię się na teoretycznej pracy każdego elementu systemu chłodniczego z termodynamicznego punktu widzenia. Powinno to moim zdaniem doprowadzić projektanta i osobę nadzorującą przemysłową instalację chłodniczą do głębszego zrozumienia procesów zachodzących w każdym dobieranym elemencie instalacji chłodniczej, a tym samym do optymalnego jej zaprojektowania.

 

W każdej analizie układu chłodniczego zwracamy uwagę na charakter pracy poszczególnych jego elementów, co powinno sprowadzić się do ich analizy termodynamicznej, która w prosty i zrozumiały sposób wyjaśni nam i opisze procesy zachodzące w każdym elemencie systemu chłodniczego. Jak się w dalszej części przekonamy, układem chłodniczym rządzą prawa termodynamiki, które pozwalają nam na teoretyczną analizę procesów zachodzących w każdym elemencie układu chłodniczego i dają nam możliwość zrozumienia relacji pomiędzy takimi wartościami jak temperatura, ciśnienie, objętość, ciepło właściwe, ciepło utajone i zależności, jakie zachodzą miedzy tymi wielkościami. Nie zapominajmy również o przepływie energii z przestrzeni o temperaturze wyższej do przestrzeni o temperaturze niższej. Jest to zmiana energii opisana przez pierwsze prawo termodynamiki:

 

Energia wewnętrzna jest funkcją jego stanu a ciepło jest formą jego energii

 

Celem pierwszego prawa termodynamiki jest potwierdzenie, że określony stan zawsze ma tę samą energię całkowitą związaną z tym stanem.

 

Można to krotko zapisać równaniem:

 

ΔU = W + Q

 

gdzie:

ΔU – zmiana energii wewnętrznej;

W – wykonana praca;

Q – ciepło napływające do systemu.

 

Z powyższego równania wynika, że praca (W) i ciepło (Q) nie są funkcją stanu a całkowite ciepło (Q) nie może być zamienione na pracę (W). W związku z powyższym nie możemy napisać że:

 

W + Q = 0

 

Gdyby tak było mięlibyśmy do czynienia z procesem odwracalnym. Formułuję to drugie prawo termodynamiki:

 

Ciepło nie zamienia się całkowicie w pracę i odwrotnie

 

W związku z tym, że są to zawsze procesy nieodwracalne, więc musimy się liczyć z pewnymi stratami energii, które ogólnie można przedstawić równaniem:

 

η = W / Q

 

Powyższe równanie potwierdza drugie prawo termodynamiki mówiące że:

 

η = 1 jest niemożliwe

 

Patrząc na drugie prawo termodynamiki z punktu widzenia układu chłodniczego, możemy zidentyfikować źródło procesów nieodwracalnych, jak również oszacować ich wielkość. W związku z tym, drugie prawo termodynamiki pozwala nam tak wyselekcjonować parametry naszego projektu, aby było możliwe zoptymalizowanie naszego cyklu chłodniczego zgodnie z zasadami termodynamiki. Jest to w całkowitej zgodzie z celem naszego projektu, który mówi, że nasz układ chłodniczy powinien mieć jak najwyższą sprawność energetyczną.

 

Innym ważnym pojęciem, jakie będzie dyskutowane przy analizie poszczególnych elementów układu chłodniczego jest entropia.

 

 

Entropia (symbol „s” lub „S”)

 

Entropia opisuje termodynamiczną funkcję stanu, która określa przebieg procesów w układzie termodynamicznym. Zgodnie z drugą zasadą termodynamiki, jeżeli układ przechodzi z jednego stanu do drugiego bez udziału wpływów zewnętrznych to entropia układu rośnie.

 

Jeżeli odizolowany system jest w stanie przetransportować ciepło (Q0) z obszaru o niższej temperaturze (To) do obszaru o temperaturze wyższej (T1), które to zjawisko zachodzi w układach chłodniczych, to entropia układu ulegnie zmianie:

 

ΔS = ΔS1 – ΔS2 = [Q0 / (T0 - T1)] · (T0 + T1)

 

Używając entropii do obliczenia efektu chłodniczego, skorzystamy z zależności:

 

q0 = ΔT0 · ds

 

Entropia jest bardzo użyteczna, jeżeli do analizy systemu chłodniczego używamy układu współrzędnych T – s.

 

 

Egzergia (symbol „e” lub „E”)

 

Egzergią nazywamy maksymalną pracę wykonaną przez układ termodynamiczny, jeżeli ten układ przechodzi do stanu równowagi z otoczeniem a jej maksymalną wartość otrzymujemy w procesach odwracalnych. Możemy powiedzieć, że egzergia „E” ciepła (Q0) może być opisana równaniem:

 

E = Q0 (T0 – T1) / T0

 

gdzie:

E – egzergia;

T0 – temperatura, w której ciepło Q0 jest absorbowane lub wydalone;

T1 – temperatura otoczenia.

 

Podsumowując to co powiedziałem powyżej, w niniejszym artykule postaram się przedstawić procesy, jakie przebiegają w każdym elemencie instalacji chłodniczej z termodynamicznego punktu widzenia. Powinno to pozwolić na zrozumienie procesów zachodzących w każdym elemencie instalacji chłodniczej i wpływ tych procesów na efektywną pracę układu chłodniczego. Oczywiście, nie będę wyprowadzał wzorów dla każdego omawianego zagadnienia. Ograniczę się do podania jego ostatecznej wersji, która pozwoli na przeanalizowanie zachodzących w każdym elemencie układu chłodniczego procesów termodynamicznych.

 

 

Sprężarka chłodnicza

 

(...)

 

* * *

 

Sprężarka była pierwszym elementem, w którym przeanalizowałem zachodzące procesy termodynamiczne. Na tym kończę pierwszą część artykułu. W drugiej części omówię procesy zachodzące w skraplaczu, filtro-osuszaczu, zaworze rozprężnym, i parowniku. Zapraszam do dalszej lektury.

 

 

 

 

Andrzej WESOŁOWSKI
– były pracownik Carrier,
York i Embraco, USA

 

 

 

Reklama

POLECAMY WYDANIA SPECJALNE

  • Katalog klimatyzatorów typu SPLIT. Edycja 2017

  • Pompy ciepła 2015

  • Pompy ciepła 2016

  • Pompy ciepła 2017

  • Katalog klimatyzatorów typu SPLIT. Edycja 2015

  • Katalog klimatyzatorów typu SPLIT. Edycja 2016

  • Pompy ciepła 2014

  • Pompy ciepła 2012

  • Pompy ciepła 2013

  • Termografia w podczerwieni 2009

Reklama

Katalog firm chłodnictwo, klimatyzacja, wentylacja

CHŁODNICTWO: Agregaty (chillery) chłodzone powietrzem, Agregaty (chillery) chłodzone wodą, Agregaty absorpcyjne, Agregaty skraplające, Aparatura kontrolno-pomiarowa, Chłodnice, Chłodnictwo w transporcie, Chłodziwa i nośniki ciepła, Czynniki chłodnicze, Dry-coolery, Drzwi chłodnicze (okucia, akcesoria), Elementy rozprężające, Filtry - osuszacze czynnika chłodniczego, Komory chłodnicze i zamrażalnicze, Kontenery chłodnicze, Maszyny do produkcji lodu (płatkarki, kostkarki), Materiały termoizolacyjne, Meble chłodnicze i zamrażalnicze, Monobloki chłodnicze, Odolejacze, separtory, Oleje sprężarkowe, Płyty warstwowe, Pompy cyrkulacyjne, Silniki, Siłowniki, Sprężarki chłodnicze, Tunele mroźnicze (kriogeniczne), Układy i aparatura regulacyjna, zabezpieczająca i nadzorująca, Urządzenia rozmrażające, Wieże chłodnicze, Wyłączniki i przekaźniki czasowe, Wymienniki ciepła (parowacze, skraplacze), Wymienniki płytowe, Zasobniki chłodu, Zawory, Zespoły spręzarkowe, Pozostałe akcesoria, Projektowanie, badania, doradztwo techniczne, certyfikacja.

KLIMATYZACJA i WENTYLACJA: Aparatura kontrolno-pomiarowa, Aparaty grzewczo-wentylacyjne, Centrale klimatyzacyjne monoblokowe, Centrale klimatyzacyjne rooftop, Centrale klimatyzacyjne sekcyjne, Chłodnice/nagrzewnice kanałowe, Czerpnie i wyrzutnie, Filtry powietrza, Kanały wentylacyjne, Klapy ppoż. (oddymiające, odcinające), Klimakonwektory, Klimatyzacja samochodowa, Klimatyzatory kompaktowe (przenośne, okienne), Klimatyzatory split, Klimatytory multi splity, Kolektory słoneczne, Kratki, nawiewniki, dysze, Kurtyny powietrzne, Materiały termoizolacyjne, Nasady kominowe, wywietrzniki, Nawilżacze (parowe, zraszające, ultradźwiękowe, komory zraszania), Oczyszczacze powietrza, Odciągi miejscowe, Okapy kuchenne, Osuszacze powietrza, Pompy ciepła, Pompy cyrkulacyjne, Przepustnice, Rekuperatory i regeneratory do odzysku ciepła, Siłowniki, Stropy, belki chłodząco-grzejące, Systemy Super Multi, Szafy klimatyzacji precyzyjnej, Tłumiki hałasu, Układy i aparatura regulacyjna, zabezpieczająca i nadzorująca, Wentylatory dachowe, Wentylatory oddymiające, przeciwwybuchowe, chemoodporne, Wentylatory osiowe, Wentylatory promieniowe, Wentylatory strumieniowe (oddymiające), Wymienniki gruntowe, Pozostałe akcesoria, Projektowanie, badania, doradztwo techniczne, certyfikacja.

MATERIAŁY, NARZĘDZIA, PRZYRZĄDY, AKCESORIA: Izolacje akustyczne, termiczne, Materiały i przyrządy lutownicze i spawalnicze, Materiały uszczelniające, Narzędzia, Rury, kształtki, akcesoria, Urzadzenia i środki czyszczące, Urządzenia do inspekcji i czyszczenia systemów wentylacyjno-klimatyzacyjnych, Urządzenia do usuwania i napełniania instalacji chłodniczych; recyklingu czynników chłodniczych, Wibroizolacje, Zamocowania i tłumiki drgań.

INNE: Zrzeszenia i organizacje, Oprogramowanie komputerowe, Portale internetowe, Targi, wystawy, szkolenia.