什么是暖气和空调-定义

暖气和空调。在加热、空调、冰箱和热泵中使用最广泛的热力循环或方法是蒸汽压缩循环。优德app热能工程

暖气和空调

克劳斯·第二法律声明根据热力学第二定律w88优德app在美国,许多热力学过程都是沿一个方向而不是相反地自然进行。例如,当温差存在自发流动的热吗从温暖的系统到寒冷的系统,永远不要反过来。事实上,这样的热流(从一个较冷的物体到一个较热的系统)不会违反热力学热力学第一定律w88优德app,即能量守恒。但这并不发生在自然界中。

热力学过程的方向是热力学第二律的主题,特别是w88优德app克劳斯·第二法律声明,哪些州:

不可能制造出一种循环运转的设备,它的唯一作用是将热量从较冷的物体传递到较热的物体。

热量不能自发流动从冷系统到热系统,不需要外部对系统做功。这正是电冰箱和热泵所实现的。在冰箱、热泵或空调中,热量是流动的从冷到热,但只有在外部工作的强迫下,这些设备是由电动机驱动的,需要从它们周围的工作来操作。电冰箱和热泵的热力学没有区别。w88优德app两者的工作原理都是将热量从寒冷的空间转移到温暖的空间。

参见:是什么温度

什么是热力学中的热w88优德app
Zeroth-热力学 - 热w88优德app量 - 热

参见:在热力学热量w88优德app

内能指物体内所有分子的总能量,是能量的多少流动从一个物体自发地到另一个物体由于它们的温差。是一种能量形式,但它是能源在运输途中。热不是系统的属性。然而,能量的传递作为热发生在分子水平作为一个结果温差

考虑一个的金属块在高温下,由原子组成,它们在其平均位置深处振荡。在低温下,原子继续振荡,但是用低强度。如果一块热的金属块与一块冷的金属块接触,热块边缘剧烈振荡的原子将其动能释放给冷块边缘较少振荡的原子。在这种情况下有能量转移在这两个街区和热流通过这种随机振动从热的区域到冷的区域。

一般来说,当两个物体进入时热接触,热量会流他们之间直到他们进来了平衡彼此。当一个温差存在自发流动的热吗从温暖的系统到寒冷的系统。w88优德备用网址 微博热传递发生传导或通过热辐射。当。。。的时候热量停止他们据说他们是在相同的温度。然后据说他们要进去热平衡

热泵-工作原理

热泵-加热和空调
热泵,冰箱,空调器-基本操作原理

术语热泵通常是为一种设备预留的,它可以在冬天通过使用一个电动机来加热房子,这个电动机做W工作来吸收热量从低温的外部传递热量去温暖的屋子里。

工作原理冰箱,空调,热泵相同这就是撤销发动机。一般来说,一个热泵一个设备从一个热源一个“散热器,但在这种情况下,传递发生在自发热传递的相反方向w88优德备用网址 微博吸收热量从一个寒冷的空间释放它到一个温暖的一个。如图所示,通过对外做功W,热量从低温区域(热源)获得,在较高的温度(散热器)排出更多的热量。

最广泛使用的热力学循环或用于加热,空调,冰箱和热泵的方法是蒸汽压缩周期

蒸汽压缩循环-蒸汽压缩制冷

蒸汽压缩循环-热泵的热力学循环。
蒸汽压缩循环-热泵的热力学循环。

蒸汽压缩使用循环液体制冷剂作为培养基(通常R134A),它从待冷却的空间中吸收并带走热量,然后将热量排除在其他地方。该图描述了一个典型的单阶段蒸汽压缩系统。典型的蒸汽压缩系统由四个组件组成:

  • 压缩机
  • 冷凝器
  • 膨胀阀(也称为节流阀)
  • 蒸发器

在一个理想的蒸汽压缩循环中,执行该循环的系统经历一系列四个过程:一个等熵(可逆绝热)过程,一个节流过程与两个等压过程交替进行:

  • 等熵压缩(活塞式压缩机中的压缩)—循环制冷剂(如R134a)以低压蒸气进入压缩机,温度为或略低于冰箱内部温度。气体介质被活塞压缩机(或离心泵)从状态1绝热压缩到状态2到一个相对较高的压力和温度。环境对气体做功,增加了它的内能(温度)并压缩了它(增加了它的压力)。另一方面熵保持不变。压缩机所需的工作由WC= H.2- - - - - - H1
  • 等压排热(在冷凝器中)-过热蒸汽在压力下通过组成冷凝器的盘管或管。在这一阶段,制冷剂通过冷凝器,在那里制冷剂冷凝,热量从制冷剂转移到更冷的环境。w88优德备用网址 微博所排出的净热由再保险= H.3.- - - - - - H2当制冷剂离开冷凝器时,它仍然处于压力之下,但现在仅略高于室温。
  • 等焓过程(膨胀阀内膨胀)—状态3的制冷剂进入膨胀阀,膨胀至蒸发器压力。这个过程通常被建模为一个焓保持不变的节流过程。H4= H.3.压力的突然减小导致爆炸性的闪光蒸发的一部分(通常约为约一半)。通过该闪光蒸发吸收的潜热,主要来自相邻的静止液制冷剂,一种已知的现象auto-refrigeration
  • 等压加热(在一个蒸发器) -冷和部分汽化的制冷剂继续通过蒸发器单元的盘管或管。在这个阶段(状态4和状态1之间)有一个恒压热传导从外部来源到液体介质,因为腔室是开放的流动和流出。w88优德备用网址 微博当制冷剂通过蒸发器时,从制冷空间的热传递导致制冷剂汽化。w88优德备用网址 微博加入的净热量由添加= H.1- - - - - - H4

在蒸汽压缩循环中,状态1和状态2之间的泵对流体做功(虽然熵压缩)。流体不做功,因为在第3和第4阶段过程是等焓的。蒸汽压缩循环中的工作流体遵循一个闭环,并不断重复使用。

R134a制冷剂-性能
R134A  - 制冷剂R134A,化学上1, 1, 1, 2-tetrafluoroethane (CF 3. CH 2 F)是一种非可燃气体,主要用作家用制冷和汽车空调的“高温”制冷剂。它无毒、不易燃、无腐蚀性,正常处理是安全的。在离心、旋转螺杆、涡旋和往复式压缩机领域,它被用作对环境更有害的R-12制冷剂的替代品。
R134A  - 制冷剂 - 参数表
R134A - 制冷剂 - 参数表

可逆热泵

可逆热泵-原理图可逆热泵在任何一个方向上工作加热空调(冷却)到内部空间。他们雇佣一个换向阀通过冷凝器和蒸发线圈扭转从压缩机的制冷剂流动。

暖气和空调

加热模式,热泵是三到四倍更有效的加热(即,他们可以有COP = 4)比简单的电阻加热器使用相同的电量。一般来说,热泵的安装成本是电阻式加热器的20倍。在加热模式下,室外盘管为蒸发器,室内盘管为冷凝器。

冷却方式室外盘管为冷凝器,室内盘管为蒸发器。在加热模式下,室外盘管为蒸发器,室内盘管为冷凝器。冷却模式的COP小于加热模式,因为压缩机的功只在加热模式时被利用。

性能系数-热泵,冰箱,空调

一般来说,热效率,ηth的任何发动机作为工作是这样,W,在高温下输入,qH

热效率公式- 1

热效率,ηth,表示的分数,H,转换为工作

热泵-加热和空调
热泵,冰箱,空调器-基本操作原理

但在热泵冰箱,功不是输出。对于制冷泵或热泵来说,热效率表明了功所增加的能量转换为净热量输出的程度。从经济学的观点来看最好的制冷循环是一个最大限度地释放热量从冰箱内部(冷库)以最少的消耗机械功或电能。因此,相关比率,这个比率越大,冰箱越好。我们称这个比值为性能系数,表示警察

性能系数,警察,对于热泵也有定义,但是在这一点我们根据热源吸收的净热量。的警察通常超过1,特别是在热泵中,因为它不是仅仅把功转化为热,而是泵额外的热量从热源到需要热量的地方。

一般来说,警察高度依赖于操作条件,特别是散热器和系统之间的绝对温度和相对温度。

性能系数 - 冰箱,空调

性能系数,警察的,冰箱定义为从低温热源Q中释放的热量,(即冰箱内)除以完成的工作,以去除热量(即压缩机完成的工作)。

COP -性能系数-方程

可以看出,冰箱更好的(更高效)的热量可以从冰箱里面取出一定量的工作。自热力学第一定律w88优德app在这种情况下也必须有效(q+ w =​​ q),我们可以重写上述等式:

性能系数方程2

对于一个理想的冰箱(没有损失和不可逆)可以导出:

性能系数-方程3

这些公式也适用于空调它的工作原理很像冰箱。

另一方面,加热和冷却的COP是不同的。

性能系数 - 热泵

加热,警察是向系统(热热源)吸收的热量之比。根据热力学第一定律,COP也被定义为从低温热源w88优德app放出的热量加上输入的功和输入的功。

性能系数-热泵-方程

对于一个理想的(没有损失和不可逆性的)热泵可以导出:

性能系数 - 热泵 - 公式2

注意,这些等式必须使用绝对温标(T.,T.)它只是一个理论最大效率。由上式可知,T= 35°C (308 K)和T= 0°C (273k)将是8.8。但实际上最好的系统大约是4.5。

可以看出,热泵系统的COP可以通过降低温差(T.- T)。因此,降低输出温度(T)是非常有效的,但需要从热泵系统到周围环境的非常有效的热传递(即使用管道地板)。w88优德备用网址 微博输入温度(T)表示,例如,超大的地面热源。

示例 - 热泵 - 加热和空调

一个可逆热泵具有绩效系数,COP = 3.0,当在线操作时加热模式。其压缩机消耗1500 W的电能。

  1. 计算热量()热泵可以增加一个房间吗?
  2. 如果是热泵被转向冷却方式(即在夏天充当空调),你期望它是什么性能系数是什么?假设其他一切保持不变,忽略其他所有损失。

解决方案:

警察,定义为:

性能系数-热泵-方程

热泵可以添加到房间的热量等于:

=警察加热x w = 3 x 1500 =4500 w或4500 j / s

如遇冷却方式,热泵(空调)与1500 W电机可散热然后把Q扔出去= 4500w到外面的温度。根据热力学第一定律:w88优德app

+ w =​​ q,

我们得到了热量,= 3000 W。的定义:警察冷却= 3000/1500 =2

注意,在本例中,我们有许多假设。例如,我们假设温差(T- T)在两种模式中是相同的。但我们已经交换了储层,对COP没有任何影响。这只是一个说明性的例子。

反向布雷顿周期 - 布雷顿制冷循环

反向布雷顿循环 - 冷却和热泵
逆布雷顿循环

一般来说,布雷顿周期描述一个定压热引擎。今天,现代燃气轮机吸气式喷气发动机也是一种恒压热动发动机

一个布雷顿周期这种反向驱动被称为逆布雷顿循环。它的目的是把热量从较冷的物体传递给较热的物体,而不是做功。根据热力学第二定律,w88优德app热量不能自发流动从冷系统到热系统,不需要外部对系统做功。热可以从较冷的物体流向较热的物体,但是只有在外部工作时才。这正是电冰箱和热泵所实现的。这些是由需要从周围环境工作的电动机驱动。可能的周期之一是反向布雷顿循环,其类似于普通的布雷顿循环,但它通过网络工作输入反向驱动。该循环也称为气体制冷循环或钟声Coleman循环。这种类型的循环广泛用于喷射飞机,用于使用来自发动机压缩机的空气调节系统。它还广泛用于LNG工业,其中最大的反向布雷顿循环用于通过来自燃气涡轮驱动的压缩机和氮制冷剂的86兆瓦的电源过冷却LNG。

引用:
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其他参考资料:

柴油发动机-汽车回收

参见:

热力学循环

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