ОСНОВЫ АНАЛИЗА МАШИН, РАБОТАЮЩИХ ПО ОБРАТНЫМ ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИМ ЦИКЛАМ
Основная задача холодильной техники - это поддержание в охлаждаемом объекте температуры ниже, чем температура окружающей среды, при непрерывном отводе тепла, поступающего как от самого объекта, так и извне.
Основная задача теплонасосной техники - это поддержание в нагреваемом объекте температуры выше, чем температура окружающей среды, при использовании процессов, в результате которых возможно передать тепло от источника с низкой температурой (например, окружающей среды) к нагреваемому объекту (источнику с высокой температурой).
Холод - это тепло, которое необходимо отнять от охлаждаемого объекта с целью понижения и дальнейшего поддержания его температуры ниже, чем температура окружающей среды.
В результате естественного охлаждения можно перенести тепло с высокого температурного уровня на низкий без получения работы или с получением работы, т. е. при осуществлении прямого термодинамического цикла (Глава 2). На основании Первого закона термодинамики процесс получения холода не может сопровождаться производством работы, а является результатом переноса тепла с низкого температурного уровня на высокий.
Если объект имеет температуру выше температуры окружающей среды (Тгор>Тср) (рис.3.1), то такой объект можно охладить естественным путем. Если объект необходимо охладить ниже температуры окружающей среды (Тхол<Тср), то такой процесс возможно осуществить только искусственно. Если объект имеет температуру окружающей среды и его необходимо нагреть (Тгор>Тср), то такой процесс можно осуществить как естественным путем, так и искусственным. Естественный путь заключается в использовании некоторого объекта с температурой Тгор*>Тгор, которое путем собственного естественного охлаждения осуществит нагрев необходимого объекта от Тср до Тгор. Термодинамические основы искусственного охлаждения и нагрева одинаковы.
Колебания температуры (суточные и особенно сезонные) создают возможность аккумулировать естественный холод (заготовка льда в зимний период, использование артезианской воды и т. д.), а также естественное тепло (аккумуляторы солнечной энергии, геотермальные источники энергии и т. д.).
На этом этапе рассуждений мы можем сформулировать чрезвычайно важные выводы для дальнейшего изучения теоретических основ холодильной и теплонасосной техники:
• холодильная машина не имеет альтернативы среди других энергопреобразующих машин. Альтернативой одному типу холодильных машин может выступить только другой тип холодильных машин, так как невозможно осуществить запас природного холода, который в течение длительного времени осуществлял бы процесс непрерывного отвода тепла. Кроме того, природный холод ограничен по температурному уровню;
• выбор вида отопления может осуществляться среди большого числа альтернативных вариантов, поэтому динамическое отопление является одним из вариантов отопления (с использованием обратного термодинамического цикла).
Для осуществления искусственного охлаждения и динамического отопления необходимо использовать обратный термодинамический цикл с введением некоторого посредника - компенсирующего процесса. В качестве компенсации переноса тепла с низкого температурного уровня на высокий должна быть затрачена механическая работа или осуществлен любой другой процесс, эквивалентный по способности производить работу.