Je\
eli Lob > 0 to Qob > 0
w obiegu jest wykonywana praca kosztem doprowadzonego ciepła
Urządzenie, w którym realizowany jest taki obieg to silnik termodynamiczny
Je\
eli Lob < 0 to Qob < 0
do obiegu jest doprowadzana praca, a z obiegu odprowadza siÄ™
więcej ciepła ni\
doprowadza,
Pompy ciepła sprę\
arkowe
to urządzenie, w którym realizowany jest taki obieg to pompa ciepła
Podstawy
silnik termodynamiczny pompa ciepła
Górne z
ródło Górne z
ródło
ciepła To ciepła T
Dorota Chwieduk
Qin
Qout
Silnik Pompa ciepła
Lin
Lout
Qout
Qin
Dolne z
ródło Dolne z
ródło
ciepła T ciepła To
Obieg Carnota
Obieg odwracalny - silnik
" realizowany z jednym górnym z
ródłem o stałej temperaturze T i jednym
Carnot  II zasada Termodynamiki
dolnym z
ródłem o stałej temperaturze T0
" przejście z linii T = const do linii T0=const odbywa się adiabatycznie
W odwracalnej przemianie adiabatycznej spełniony jest warunek:
dQ
dS = = 0
T
czyli: S=const
2 przemiany sÄ… adiabatyczne: 1  2 i 3  4
T
Sprawność obiegu Carnota odpowiada:
Q0 - S1)
T0(S4
· = 1- = 1- Q
Q T(S3 - S2 )
2 3
T0 T
przy czym S4 - S1 = S3 - S2, więc " Silnik cieplny nie mo\
e pracować nie
· = 1-
L
T
T0
1 4 pobierając ciepła ze  z
ródła ciepła i nie
Q0
oddajÄ…c go do  z
ródła zimna
S
Górne z
ródło
Obieg odwracalny Obieg nieodwracalny
 Obiegi odwrócone  lewobie\
ne - wstecz
ciepła T
L = pole obiegu L e" pole obiegu
Chłodziarki i pompy ciepła mają obiegi
Bilans energetyczny dla dowolnego obiegu:
Qout
odwrócone w porównaniu z obiegiem silników
Q = Q0 + L
Chłodziarka
cieplnych
Współczynnik wydajności obiegu
lub pompa
ciepła
dla chłodziarki:
Procesy i przepływy energii odbywają się w
Q0
przeciwnym kierunku
Qin µ =
L
T
Dolne z
ródło Dla pompy ciepła:
Q
ciepła To
Q
µ =
Górne z
ródło Górne z
ródło pc
I
B L
ciepła To ciepła T
Dla obiegu wstecznego odwracalnego Carnota:
A
Qin
dla chłodziarki
Qout
L
II
Q0 T0"S T0
µ = = =
Chłodziarka
Q0
Q - Q0 (T -T0)"S T -T0
Lout lub pompa Lin
Silnik
ciepła
dla pompy ciepła
Qout T
Q
T"S
Qin
S
µ = = =
Obieg wsteczny
Q - Q0 (T -T0 )"S T - T0
Dolne z
ródło Dolne z
ródło przemiana A  B  doprowadzenie ciepła Q0
ciepła T ciepła To przemiana B  A  odprowadzenie ciepła Q
Dla obiegu nieodwracalnego realizowanego ze
doprowadzenie pracy L
z
ródłami ciepła o takich samych temperaturach
jak w obiegu odwracalnym zachodzi zale\
ność:
µn< µ µnpc< µpc
µ µ µ µ
µ µ µ µ
µ µ µ µ
1
Pompa ciepła sprę\
arkowa
" Zadaniem pompy ciepła jest dostarczanie ciepła przy wysokiej
temperaturze
Górne z
ródło T
Q
Ujście  odbiór
3 2
ciepła TH
Q
Chłodziarka
Q
" W praktyce obie funkcje mogą być
lub pompa L
ciepła
spełniane za pomocą jednego urządzenia Chłodziarka
lub pompa L
je\
eli istnieje ciągłe równoczesne ciepła Qo
L
zapotrzebowanie na grzanie i chłodzenie
Dolne z
ródło
Qo
4 1 ciepła To
y
ródło ciepła TC
Qo
" Zadaniem chłodziarki jest odbiór ciepła przy niskiej temperaturze
T
T
Obieg Lindego
Chłodziarka Pompa ciepła
Q x=1
Obieg Carnota wstecz 1 - para nasycona sucha
x=0
1  2 sprÄ™\
anie izentropowe 1  2 sprÄ™\
anie izentropowe w obszarze pary x=0 Praca obiegu lt 2'
3 2 x=1
Q Q
2  3 skraplanie izobaryczne przegrzanej
2
3 3
2 |lt |=ls-lr
T
3  4 rozprÄ™\
anie izentropowe 2  3 skraplanie izobaryczne, w obszarze
4  1 parowanie izobaryczne
2  3 skraplanie izotermiczne Współczynnik wydajności chłodniczej Współczynnik wydajności cieplnej
Lin
3  4 rozprÄ™\
anie izoentalpowe To
q Q
q0 Qo
4 1 1'
4'
Qo Qo
4  1 parowanie izobaryczne µt = = µt = =
4 1
T
T lt Lt
Qo lt L
S S
x=1 Obieg cyklu Carnota wstecz qoObieg Lindego
= To (s1-s4) q= T (s2-s3)
x=0
Pompa ciepła 2'
x=0 Lt= (T-To)(s1-s4) Lt= (T-To)(s2-s3)
x=1
Q Q
Cykl Carnota
Q
2
3 3
µCar = 2
" Obszar pary nasyconej - s4) To T
T0(s1
T T(s2 - s3)
L µt = = µt = =
" SprÄ™\
anie w sprÄ™\
arce
(T -T0)(s1 - s4) T -T0 (T -T0)(s2 - s3) T - T0
rzeczywistej ze stratami
L
Bilans energetyczny dla 1 kg czynnika Bilans energetyczny dla 1 kg czynnika
To Q = T "s , Qo = To "s
Chłodziarka
4 q0 + lt = q q0 + lt = q
4'
Qo 1 Qo 1'
lub dla całego urządzenia lub dla całego urządzenia
Q T
Qo
Ò! =
µCar =
Qo To Q0 + Lt = Q Q0 + Lt = Q
S S
L
Obieg Lindego
Obieg cyklu Carnota wstecz
Qo Q
µCar,ch =
µCar, pc =
Bilans energetyczny obiegu L
L
T
COP =·CarCOPCar =·Car
Qo To Q T
T -To
Q = Q0 + L µCar,ch = = µCar, pc = =
L T -To L T -To
2
T T
T T
Obieg suchy Obieg suchy z zaworem dławiącym
x=1 x=1
Pompa ciepła
x=0 x=0
2' 2'
SprÄ™\
anie w obszarze pary przegrzanej
Obieg nieodwracalny
x=0 x=0
x=1 x=1
Q Q Q Q
Zmniejsza się wydajność
2 2
3 3 3 3
2
Do sprÄ™\
arki dopływa para sucha 2
T T
chłodnicza lub cieplna
nasycona, dzięki zainstalowaniu między
1 - para nasycona sucha
parownikiem a sprÄ™\
arkÄ… osuszacza 
1  2 sprÄ™\
anie izentropowe w obszarze pary
W osuszaczu następuje oddzielenie
To przegrzanej
To
4 4
1 1' 1 a 4'
1'
4'
kropelek cieczy od pary suchej nasyconej 4 Qo 2  3 skraplanie izobaryczne, w obszarze 2-3 4 Qo
Qo Qo
izotermiczne
T 20 + 273 T 20 + 273
S S 3  4 przemiana dławienia S
1 - para nasycona sucha = 14,65 µCar , pc = = = 14,65 b c d S
µCar , pc = =
T - To (20 + 273) - (0 + 273) T - To (20 + 273) - (0 + 273)
1  2 sprÄ™\
anie izentropowe w obszarze pary
Obieg Lindego rozprÄ™\
anie izoentalpowe Obieg Lindego
Obieg cyklu Carnota wstecz Obieg cyklu Carnota wstecz
Chłodziarka
przegrzanej
Praca teoretyczna obiegu 4  1 parowanie izobaryczne
2  3 skraplanie izobaryczne, w obszarze 2-3 Wydajność chłodnicza
|lt |=ls-lr=(i2 -i1)-(i3-i4) 4  stan czynnika na wylocie z zaworu
izotermiczne
Pole 4 -1 - d  c - 4
i
dławiącego
q0=i1-i4 zamiast (przy rozprÄ™\
arce)
4  1  d  b  4

strata wydajności
Chłodziarka/ Pompa ciepła
Chłodziarka
4 -4  c  b  4
Praca sprÄ™\
ania i2  i1
Współczynnik wydajności chłodniczej
Współczynnik wydajności chłodniczej
jest pracÄ… obiegu odpowiada polu kolorowemu
i1' - i4 i1' - i4
q0
µt = =
Strata pracy odpowiada polu
µt =
(i2' - i1') - (i3 - i4 ) (i2' - i3) - (i1' - i4 )
ls
4-a-3-4
Pompa ciepła Zmniejszenie wydajności chłodniczej, poniewa\

Miara strat poniesionych
przy dławieniu entalpia czynnika jest stała, a przy
Współczynnik wydajności cieplnej
µt - µ
rozprÄ™\
aniu entalpia zmniejszała się
¾ =
i2' - i3 i2' - i3
µt = = µt
(i2' - i1') - (i3 - i4 ) (i2' - i3) - (i1' - i4 )
T
T
Straty w sprÄ™\
arce
SprÄ™\
arki tłokowe oddziaływanie ścian cylindra
Obieg suchy z zaworem dławiącym x=1
x=0
2'
Obieg nieodwracalny
x=0
x=1
T T
Zmniejsza się wydajność chłodnicza lub
Q Q
cieplna 2
3 3
2
C
T 2
Wpływ dochładzania "ls
3
2
C 3
3 "ls
B
Straty wywołane stosowaniem zaworu
B
dławiącego mo\
na zmniejszyć poprzez
To
4
4
dochładzanie cieczy skroplonej w 4' A
Qo 1 Qo 1' 1 4
4 1 A
skraplaczu, polegajÄ…ce na obni\
eniu
temperatury tej cieczy poni\
ej temperatury
S S
b c
nasycenia.
Zmniejszanie strat
S S
Obieg Lindego
Obieg cyklu Carnota wstecz Obieg mokry
Obieg suchy
Dzięki obni\
eniu temperatury z 3 do 3
Straty spowodowane oddziaływaniem ścian
Straty spowodowane oddziaływaniem ścian
koniec dławienia w zaworze przesuwa się cylindra sprę\
arki tłokowej przy sprę\
aniu pary
cylindra sprÄ™\
arki tłokowej przy sprę\
aniu
nasyconej
do 4
pary przegrzanej
para pobiera ciepło od ścianki cylindra sprę\
arki
Zdławiona para mo\
e odebrać więcej
Oddziaływanie ścianek mniej intensywne
1-A odparowanie cieczy zawartej w parze;
ciepła rośnie wydajność chłodnicza
A-B-C sprÄ™\
anie rzeczywiste
A-B sprÄ™\
anie para nadal pobiera ciepło
Wzrost odpowiada
A-B sprÄ™\
anie para pobiera ciepło od ścianki
B  wyrównanie temperatury pary i ścianki
4  3  3  4  b  c  4
B  wyrównanie temperatury pary i ścianki
B  C  para oddaje ciepło ściankom cylindra
B  C  para oddaje ciepło ściankom cylindra
SprÄ™\
anie rzeczywiste 1- A  B  C praca
wykonana jest większa ni\
w przemianie
Mo\
na te\
stosować sprę\
anie stopniowe
izentropowej o "ls
Straty c.d.
konieczność zapewnienia skończonej ró\
nicy temperatur w skraplaczu i parowniku
konieczność podniesienia temperatury górnej i obni\
enia temperatury dolnej z
ródeł
powiększenie ró\
nicy temperatur i ciśnienia w obiegu
wykonanie większej pracy sprę\
ania
zmniejsza się współczynnik wydajności cieplnej
+ Straty mechaniczne w sprÄ™\
arce
+ Straty wymiany ciepła z otoczeniem
T 20 + 273
µCar, pc = = =14,65
T -To (20 + 273) - (0 + 273)
T
COP =·CarCOPCar =·Car
T -To
3