Sprawozdanie: Obieg lewobieżny – pompy ciepła

..
Rok II IMIR

1) Obiegi termodynamiczne

Obiegiem termodynamicznym nazywamy przemianę (lub cykl przemian), w której parametry termodynamicznie stanu początkowego i końcowego czynnika są takie same. Obieg termodynamiczny jest odwracalny, jeżeli wszystkie przemiany zachodzące w obiegu są odwracalne oraz przepływ ciepła miedzy czynnikiem i otoczeniem odbywa się przy dT = 0 .

Obiegi termodynamiczne możemy podzielić na:

1. prawobieżne, w których zmiana stanu czynnika procesowego odbywa się zgodnie z ruchem wskazówek zegara (niezależnie od układu współrzędnych, w którym przedstawiamy obieg); w obiegach tych q_d>|q_w| zatem praca l_ob>0 i dlatego obiegi prawobieżne nazywane są również obiegami silnika cieplnego; można powiedzieć, że realizowana jest w nich przemiana ciepła na prace.

2. lewobieżne, w których zmiana stanu czynnika procesowego odbywa się przeciwnie do ruchu wskazówek zegara (niezależnie od układu współrzędnych, w którym przedstawiamy obieg); w obiegach tych q_d <|q_w| zatem praca l_ob<0 i dlatego obiegi lewobieżne nazywane są obiegami maszyn roboczych (ziębiarek i pomp ciepła); można powiedzieć, że realizowana jest zamiana pracy na ciepło.

Krzywe zamknięte obiegu prawobieżnego (rys. a) i lewobieżnego (rys. b) z zaznaczeniem prac wykonanych w czasie obiegu oraz ciepła doprowadzanego i odprowadzanego w trakcie obiegu.

2) Zasada działania sprężarkowej pompy ciepła:

Pompa ciepła pobiera ciepło Q_d ze źródła dolnego o temperaturze T_I, a następnie oddaje ciepło Q_w do źródła górnego o temperaturze wyższej T_II > T_I. Obecnie najczęściej stosowanymi pompami ciepła są sprężarkowe pompy ciepła napędzane energią elektryczną. Sprężarkowa pompa ciepła działa podobnie jak klasyczna chłodziarka. Jej podstawowymi elementami są: sprężarka, skraplacz, zawór rozprężny oraz parownik. Pompa ciepła jest urządzeniem, w którym krąży czynnik roboczy podlegający cyklowi przemian tworzących zamknięty obieg lewo bieżny. Czynnik roboczy to substancja, która krążąc w obiegu urządzenia pośredniczy w przekazywaniu ciepła. Obecnie w pompach ciepła małej i średniej mocy jako czynników roboczych używa się zwykle nowych związków typu HFC, zbliżonych do freonów, ale nie zawierających chloru i bromu.

3) Schemat stanowiska badawczego

4) Obliczenia:

Przepływ [m^3/s]	Pobierana moc [W]	Entalpia I II III	T2 [^oC]	T3 [^oC]
5,55 x 10^-6	222	404,5 423,8 252,3	57	37,4
1,11 x 10^-5	220	408,2 426,9 252,3	57,7	37,3
1,66 x 10^-5	216	404,1 432,8 249,8	60,2	35,9

Korzystając z wzorów:

Wyniki:

Pomiar 1

Ԑ_{ideal 1}=$\frac{423,8 - 252,4}{423,8 - 404,5}$ = 8,88

Ԑ_{rzecz 1}= $\frac{5,56\mathbf{*}10^{- 6}\mathbf{*}996\mathbf{*}4,19\mathbf{*}(57 - 37,4)}{0,22}$ = 2,049

Pomiar 2

Ԑ_{ideal 2}= $\frac{426,9 - 252,3}{426,9 - 408,2}$ = 9,33

Ԑ_{rzecz 2}=$\frac{1,11*10^{- 5}*996*4,19*(57,7 - 37,3}{0,220}$ = 4, 295

Pomiar 3

Ԑ_{ideal 3} = $\frac{432,8 - 249,8}{432,8 - 404,1}$ =6,38

Ԑ_{rzecz 3}= $\frac{1,67*10^{- 5}*996*4,19*(60,2 - 35,9)}{0,216}$ =7,84

5) Wnioski:

Wraz ze wzrostem przepływu wody zwiększa się współczynnik rzeczywisty wydajności pompy ciepła.

Ԑrzecz jest znacznie niższa niż wartość współczynnika idealnego wyliczanego z entalpii ( w naszych wynikach pojawiła się pewna nieścisłość najprawdopodobniej wynikająca z błędu odczytu danych). Jest to spowodowane stratami ciepła wynikającymi z przewodzenia, promieniowania i tarcia. Dlatego podczas kupna pompy należy zwracać szczególną uwagę na te współczynniki, gdyż mają one bardzo duże znaczenie na funkcjonowanie pompy, czyli wpływ na jej wydajność.

Pompy ciepła charakteryzują się wysoką wydajnością i są znakomitym rozwiązaniem z perspektywy ekonomicznej. Kwestią czasu jest szerokie ich zastosowanie w gospodarstwach domowych.