Основы охлаждения: термодинамика теплопередачи

Люди, не занимающиеся холодильным оборудованием, часто думают, что холодильное оборудование производит холодный воздух; на самом деле оборудование фактически удаляет тепло из воздуха и оставляет то, что остается — холод. Когда датчик определяет, что целевая температура достигнута, оборудование может сделать паузу, а когда температура снова повысится, оборудование снова включится.

Это довольно простая концепция, но мы все понимаем, что холодильное оборудование – это нечто большее. В этой статье вы узнаете о путях прохождения тепла и факторах, определяющих скорость теплопередачи. Вы также узнаете о четырех законах, которые описывают, как изменения температуры и давления влияют на состояние хладагента в герметичной системе трубопроводов. Как техническому специалисту, вам необходимо знать все это при устранении неполадок оборудования.

Существует три различных способа передачи тепла:

Теперь, когда вы понимаете различные способы теплопередачи, вам нужно знать, что влияет на скорость теплопередачи:

Хладагенты выбираются по определенным свойствам, и их поведение имеет решающее значение для процесса отвода тепла. Манипулируя температурой и давлением, можно создать условия, при которых хладагент будет либо поглощать, либо отводить тепло.

В автономной или герметичной холодильной системе трубопровод хладагента полностью подсоединен и не подвергается воздействию давления наружного воздуха, а компоненты включают компрессор, конденсатор и испаритель (см. Рисунок 1).

Нажмите на картинку, чтобы увеличить

РИСУНОК 1: Холодильные системы содержат компоненты, включающие компрессор, конденсатор и испаритель. (С разрешения компании Heatcraft)

В жидком состоянии хладагент предназначен для передачи тепла от встроенного охладителя, например, через систему к наружному теплообменнику. Жидкости не сжимаются, поэтому хладагент поступает на вход конденсатора в виде горячего пара и проходит через каналы конденсационного змеевика. Поскольку существует разница температур между наружным воздухом и горячим паром, тепло будет передаваться, и хладагент меняет состояние с газа на жидкость при выходе из конденсатора.

Приемник жидкости, показанный на рисунке 1, просто принимает переохлажденную жидкость, затем она поступает в терморасширительный клапан (TXV) или электрический расширительный клапан (EEV). Покидая ТРВ или ЭРВ, хладагент поступает в распределитель, который распределяет поток жидкого хладагента по всем отверстиям змеевика испарителя. Здесь давление хладагента упадет, что понизит температуру. Эти два фактора прямо пропорциональны.

В змеевике испарителя происходит значительное падение температуры из-за падения давления. Более теплый воздух, продуваемый через змеевик, отдает часть тепла, поглощенного более холодным хладагентом, который проходит через линию всасывания обратно в компрессор. Пары хладагента попадают в компрессор, который выбрасывает хладагент в виде горячего газа, который затем поступает на вход конденсационного змеевика, где он отбрасывается или отдает тепло, собранное в испарителе, в окружающую среду. При этом он меняет состояние с горячего газа на переохлажденную жидкость. Затем цикл начинается заново.

Существует ряд законов, которые управляют этими изменениями состояния из пара в жидкость. Когда хладагент находится внутри герметичной системы, несколько факторов влияют на то, находится ли он в жидком или газообразном состоянии (паре), и существует четыре закона, описывающих поведение хладагента:

Нажмите на картинку, чтобы увеличить

ФИГУРА 2: Закон Бойля гласит, что давление идеального газа (газа, в котором нет примесей) обратно пропорционально его объему при постоянной температуре. (С разрешения компании Heatcraft)

Нажмите на картинку, чтобы увеличить

РИСУНОК 3: Закон идеального газа гласит, что если хладагент нагреть, его давление увеличится, а если охладить, его давление уменьшится. (С разрешения компании Heatcraft)

Вся эта информация может помочь техническим специалистам стать более искусными в устранении неполадок. Знание того, как оборудование должно работать, дает основу для сравнения.