Hoofdstuk 8

Report
THERMODYNAMICA
Hoofdstuk 8
lic. Dirk Willem
Koelcycli
• Koelmachines
en warmtepompen
Koelmachine
WARME
omgeving
Koelmachine: - warmte overbrengen van TL  TH
- vraagt arbeid
QH
KM
- werkt volgens negatief kringproces
- doel: ruimte op lage temp. houden
Wnet,in
QL
KOUDE
koelruimte
Eerste hoofdwet:
ΣQ = ΣW
QL - QH = -Wnet,in of QH = Wnet,in + QL
Koelfactor (COP):
,
Koelcycli
• Koelmachines
en warmtepompen
Warmtepomp
WARME
woning
Warmtepomp: - werkt zoals koelmachine
- doel: ruimte op hoge temp. houden
QH
WP
Prestatiecoëfficiënt (COP):
Wnet,in
QL
KOUDE
buitenlucht
,
Koelcycli
• Koelmachines
en warmtepompen
Koelmachine
Warmtepomp
,
Koelcycli
• Koelmachines
en warmtepompen
•Carnotkoelcyclus
De Carnot-koelcyclus
T
4
QH
TH
TL
QL
1
S1=S4
1→2 isotherme expansie
2→3 adiabatische compressie
3→4: isotherme compressie
4→1: adiabatische expansie
3
2
S2=S3
S
1→2: isotherme expansie:
>0
Koelcycli
• Koelmachines
en warmtepompen
•Carnotkoelcyclus
De Carnot-koelcyclus
T
4
QH
TH
TL
QL
1
S1=S4
1→2 isotherme expansie
2→3 adiabatische compressie
3→4: isotherme compressie
4→1: adiabatische expansie
3
2
S2=S3
S
3→4: isotherme compressie:
<0
Koelcycli
• Koelmachines
en warmtepompen
•Carnotkoelcyclus
De Carnot-koelcyclus
T
4
QH
TH
TL
QL
1
S1=S4
3
2
S2=S3
S
Koelfactor Carnot-koelmachine:
Koelcycli
• Koelmachines
en warmtepompen
•Carnotkoelcyclus
De Carnot-koelcyclus
T
4
QH
TH
TL
QL
1
S1=S4
3
2
S2=S3
S
Prestatiecoëfficiënt Carnot-warmtepomp:
Koelcycli
• Koelmachines
en warmtepompen
De Carnot-koelcyclus
•Carnotkoelcyclus
Conclusies:
• (TH -TL )↓
COPKM↑ en COPWP↑
• Carnot-koelcyclus = hoogste COP
• Carnot-koelcyclus = ideale cyclus
Koelcycli
• Koelmachines
en warmtepompen
De ideale damp-compressiecyclus
•Carnotkoelcyclus
qH
•De ideale dampcompressiecycl.
T
Warme omgeving
3
verzadigde
vloeistof
2
2
win
Conclusies:
Verdamper
4
qH
Compressor
Expansieventiel
qL
1
3
win
4
qL
1
verzadigde
damp
Koude omgeving
s
1-2
2-3
3-4
4-1
isentrope compressie
warmteafvoer bij constante druk
smoorproces
warmteopname bij constante druk
Koelcycli
• Koelmachines
en warmtepompen
De ideale damp-compressiecyclus
•Carnotkoelcyclus
compressiecycl.
T
Warme omgeving
qH
•De ideale damp3
qH = oppervl. onder kromme 3-2
qL = oppervl. onder kromme 4-1
verzadigde
vloeistof
2
2
win
Conclusies:
Verdamper
4
qH
Compressor
Expansieventiel
qL
1
3
win
4
qL
1
verzadigde
damp
Koude omgeving
s
1-2
2-3
3-4
4-1
isentrope compressie
warmteafvoer bij constante druk
smoorproces
warmteopname bij constante druk
Koelcycli
• Koelmachines
en warmtepompen
De ideale damp-compressiecyclus
•Carnotkoelcyclus
qH = oppervl. onder kromme 3-2
qL = oppervl. onder kromme 4-1
T
verzadigde
vloeistof
•De ideale damp-
2
compressiecycl.
qH
3
win
4
1-2
2-3
3-4
4-1
qL
isentrope compressie
warmteafvoer bij constante druk
smoorproces
warmteopname bij constante druk
1
verzadigde
damp
s
Koelcycli
• Koelmachines
en warmtepompen
•Carnotkoelcyclus
•De ideale damp-
De ideale damp-compressiecyclus
T
verzadigde
vloeistof
1ste hoofdwet: q – wt = Δh+Δek+ Δep
2
qH
compressiecycl.
Compressor: q = 0
3
win
4
qL
–wt = h2 – h1
–(–win) = h2 – h1
win = h2 – h1
1
s
Condensor: wt = 0
q = -qH = h3 – h2
qH = h 2 – h3
qH = h2 – h3
Koelcycli
• Koelmachines
en warmtepompen
•Carnotkoelcyclus
•De ideale damp-
De ideale damp-compressiecyclus
T
verzadigde
vloeistof
1ste hoofdwet: q – wt = Δh+Δek+ Δep
2
qH
compressiecycl..
Expansieventiel: q = 0 en wt = 0
3
win
0 = Δh
4
qL
 h4 = h 3
1
s
Verdamper: wt = 0
q = +qL = h1 – h4
qL = h 1 – h4
Koelcycli
• Koelmachines
en warmtepom3
pen
•Carnotkoelcyclus
•De ideale dampcompressiecycl.
De ideale damp-compressiecyclus
T
Compressor: win = h2 – h1
Condensor: qH = h2 – h3
Expansieventiel: h4 = h3
Verdamper: qL = h1 – h4
verzadigde
vloeistof
2
qH
3
win
Koelfactor koelmachine:
4
qL
1
s
Koelvermogen:
Compressorvermogen:
Prestatiecoëff. warmtep. :
Koelcycli
• Koelmachines
en warmtepom3
pen
•Carnotkoelcyclus
De ideale damp-compressiecyclus
Enkele toestellen:
•De ideale dampcompressiecycl.
Toestel
Verdamper
Condensor
Koelkast
Vriesvak
Buitenkant
koelkast
Airco
Binnen
Buiten
Warmtepomp
Buiten
Binnen
?
• Koelmachines
Koelcycli
en warmtepom3
pen
De ideale damp-compressiecyclus: voorbeeld
•Carnotkoelcyclus
Gegeven:
•De ideale dampcompressiecycl.
Koelmiddel R12
°t1 =° t4 = -10°C - 10°C = -20°C
= 5,5 kW
Gevraagd:
°t3 = 24°C + 10°C = 34°C
• Koelmachines
Koelcycli
en warmtepom3
pen
De ideale damp-compressiecyclus: voorbeeld
•Carnotkoelcyclus
•De ideale dampcompressiecycl.
Koelmiddel R12:
Tabel A-11:
°t = -20°C: hg = h1 = 178,74 kJ/kg
34°C
sg = s1 = 0,7087 kJ/(kg.K)
°t = 34°C: pat = p2 = p3 = 0,82636 MPa
hf = h3 = 68,55 kJ/kg = h4
Tabel A-13:
s2 = s1 = 0,7087 kJ/(kg.K)
p2 = 0,82636 MPa
h2 =?
-20°C
?
Koelcycli
• Koelmachines
en warmtepom3
pen
•Carnotkoelcyclus
•De ideale dampcompressiecycl.
De ideale damp-compressiecyclus: voorbeeld
Koelmiddel R12:
Tabel A-13: s2 = s1 = 0,7087 kJ/(kg.K)
p2 = 0,82636 Mpa
Na meerdere lineaire interpoloaties:
?
• Koelmachines
Koelcycli
en warmtepom3
pen
De ideale damp-compressiecyclus: voorbeeld
•Carnotkoelcyclus
h1 = 178,74 kJ/kg
•De ideale damp-
h2 = 208,75 kJ/kg
compressiecycl.
h4 = h3 = 68,55 kJ/kg
Koelvermogen:
qL = h 1 – h4
34°C
-20°C
?
• Koelmachines
Koelcycli
en warmtepom3
pen
De ideale damp-compressiecyclus: voorbeeld
•Carnotkoelcyclus
h1 = 178,74 kJ/kg
•De ideale damp-
h2 = 208,75 kJ/kg
compressiecycl.
h4 = h3 = 68,55 kJ/kg
Compressorvermogen:
win = h2 – h1
34°C
-20°C
?
• Koelmachines
Koelcycli
en warmtepom3
pen
De ideale damp-compressiecyclus: voorbeeld
•Carnotkoelcyclus
h1 = 178,74 kJ/kg
•De ideale damp-
h2 = 208,75 kJ/kg
compressiecycl.
h4 = h3 = 68,55 kJ/kg
koelfactor :
34°C
-20°C
?
Koelcycli
• Koelmachines
en warmtepom3
pen
•Carnotkoelcyclus
•De ideale dampCompressiecycl.
•Werkel. dampcompressiecycl.
De werkel. damp-compressiecyclus:
Verschillen met ideale cyclus:
1. T cond > TH en Tverdamp < TL
 COP daalt
2. Irrev. adiab. compr. (1-2)
bron op hoge
temp. TH
 win stijgt  COP daalt
3. toest. 1: licht oververhitte damp
toest. 3: gecomprimeerde vl.
4. Vloeistofwrijving
 drukval in condensor, verdamper en leidingen
bron op lage
temp. TL
?
Koelcycli
• Koelmachines
en warmtepom3
pen
Juiste keuze van het koelmiddel:
•Carnotkoelcyclus
•De ideale dampCompressiecycl.
•Werkel. dampcompressiecycl.
•Keuze koelm.
Voorwaarden koelmiddel:
• niet toxich, niet brandbaar, niet corrosief, niet duur, hfg groot
• werkingsdrukken: pcond < pkr en pverdamp niet te laag
p
vloeist.
kritisch punt
pcond
pverdamp
dampspanningslijn
(damp + vloeist.)
vast
damp
Tverd. Tcond
T
?
Koelcycli
• Koelmachines
en warmtepom3
pen
Juiste keuze van het koelmiddel:
•Carnotkoelcyclus
•De ideale dampCompressiecycl.
•Werkel. dampcompressiecycl.
•Keuze koelm.
Soorten koelmiddelen:
• CFK’s : R12 (CCl2F2), …
 nadeel: Cl veroorzaakt afbraak ozonlaag in atmosfeer
• HFK’s: Cl vervangen door H
voorbeeld: R134a (CF3CH2F)
• ammoniak
• koolwaterstoffen: propaan, methaan, …
Koelcycli
• Koelmachines
en warmtepom3
pen
Warmtepompen:
•Carnotkoelcyclus
•De ideale dampCompressiecycl.
•Werkel. dampcompressiecycl.
•Keuze koelm.
•Warmtepompen
buitenlucht
binnenlucht
condensor
expansieventiel
verdamper
compressor
?
Koelcycli
• Koelmachines
en warmtepom3
pen
Warmtepompen:
•Carnotkoelcyclus
Warmtepomp + airco
expansieventiel
•De ideale dampCompressiecycl.
•Werkel. dampcompressiecycl.
•Keuze koelm.
•Warmtepompen
Warmtewisselaar binnen
omkeerklep
Verwarmen
koelen
Warmtewisselaar buiten

similar documents