Розділ «1.2. ТЕОРЕТИЧНІ ПОСИЛКИ ЩОДО РОБОТИ ТЕПЛОВИХ НАСОСІВ»

1.2.1. Ідеальний теплонасосний цикл

В 1824 р. Карно вперше ввів поняття термодинамічного циклу, що залишається фундаментальною основою для порівняння й оцінки ефективності теплових двигунів, зокрема, ТН. Тепловий насос можна розглядати як зворотну теплову машину, що сприймає тепло від високотемпературного джерела й віддає його при низькій температурі, роблячи корисну роботу. Для одержання тепловим насосом тепла при низькій температурі й віддачі його при більш високій необхідно виконати роботу. Отже, тепловий насос - це пристрій, що сприймає (за допомогою рідкого або газового теплоносія) тепловий потік 2/ ПРИ низькій температурі 7/, необхідну для приводу енергію IV і використовуючий дані потоки енергії при підвищеній температурі 7), > 7}.

Теплота, незалежно від засобу її виробництва може бути визначена з діаграми 7> (рис. 1.9), як площа фігури е-а-Ь-/9 що лежить нижче температури її виробництва 7},. Вона ділиться на частину над лінією температури навколишнього середовища 7} (а-Ь-с-а*) - ексергію, і частину під лінією 7} {е-а-с-]) - анергію.

Рис. 1.9. Цикл ідеальної теплової машини (прямий цикл Карно): 1 - детандер; 2 — турбіна генератора

Ексергія має термодинамічну цінність і може бути перетворена в інші види енергії. Анергія термодинамічно марна, вона є в необмеженій кількості в навколишнім середовищі й не може перетворюватися в інші форми енергії.

Прямокутник а-Ь-с-сі може відображати також ідеальний цикл теплового двигуна (прямій цикл Карно) в інтервалі температур 7), і 7/ зі зміною стану робочої речовини:

а-Ь - ізотермічне підведення теплоти при 7^;

Ь-с - ізоентропне розширення зі здійсненням роботи \'іуС;

с-<і~ ізотермічний відвід теплоти цС4 при 7};

сі-а - ізоентропний стиск із витратою роботи и>^Л.

Відношення зробленої роботи ^ = ^ьс~^(іа до підведеної кількості тепла цаь називається термічним коефіцієнтом корисної дії кругового процесу

Ідеальний теплонасосний цикл (зворотний цикл Карно) відрізняється від ідеального циклу теплового двигуна напрямком процесу, що протікає. Стан робочої речовини змінюється в такий спосіб (рис. 1.10):

<і-с- ізотермічне підведення теплоти <7</с при Тч;

с-Ь - ізоентропний стиск із витратою роботи;

Ь-а - ізотермічний відвід цЬа при 7*;

а-сі- ізоентропне розширення з поверненням роботи \>а(і.

Таким чином, завдяки застосуванню ТН при підведенні механічної енергії № = м>с<і - м>асі може сприйматися теплота цас при низької Тч і віддаватися ц^а

при високої температурі Т,,.

Рис. 1.10. Цикл ідеального теплового насоса (зворотний цикл Карно):