Книга Тепловые насосы > Тепловые насосы
Цикл Карно
Глава 2 Теория тепловых насосов - содержание
В 1824 г. Карно впервые использовал термодинамический цикл для описания процесса, и этот цикл остается фундаментальной основой для сравнения с ним и оценки эффективности тепловых насосов.
Рис. 2.1. Термодинамическая схема теплового насоса и теплового двигателя.
1 — тепловой насос; 2 — тепловой двигатель; ТН — высокая температура; ТL — низкая температура.
Рис. 2.2. Идеальный теплонасосный цикл Карно.
1 — источник тепла; 2 — компрессор; 3 — приводной двигатель; 4 — потребитель тепла; 5 — расширительная машина.
Тепловой насос можно рассматривать как обращенную тепловую машину. Тепловая машина получает тепло от высокотемпературного источника и сбрасывает его при низкой температуре,
отдавая полезную работу. Тепловой насос требует затраты работы для получения тепла при низкой температуре и отдачи его при более высокой (рис. 2.1).
Стоимость тепловых насосов
Можно легко показать, что если обе эти машины обратимы (т. е. термодинамические процессы не содержат потерь тепла или работы), то существует конечный предел эффективности каждой
из них, и в обоих случаях это есть отношение Qh/W. Если бы это было не так, то можно было бы построить вечный двигатель, просто соединив одну машину с другой. Это отношение очень важно.
В случае тепловой машины оно записывается в виде W/QH и называется термическим КПД, а для теплового насоса оно остается в виде Qh/W и называется коэффициентом преобразования (КОП).
Его следует отличать от аналогичного отношения QL/W, применяемого в холодильной технике и называемого в дальнейшем КОПОХЛ.
Поскольку QH=W+QL, получается
КОПОХЛ = КОП— 1
Цикл Карно на рис. 2.2 изображает рабочий процесс идеальной тепловой машины, работающей в заданном интервале температур. Стрелки показывают направление процесса для теплового
насоса. Тепло изотермически подводится при температуре TL и изотермически отводится при температуре ТН. Сжатие и расширение производятся при постоянной энтропии, а работа подводится от внешнего двигателя. Используя определение энтропии и законы термодинамики, можно показать, что коэффициент преобразования для цикла Карно имеет вид
КОП = T/(TH—TL) +1 = TH/(TH—TL).
Никакой тепловой насос, созданный в пределах нашей Вселенной, не может иметь лучшей характеристики, и все практические циклы реализуют стремление максимально приблизиться к этому пределу.
