Download - lic . Dirk Willem
lic. Dirk Willem
THERMODYNAMICAHoofdstuk 8
• Koelmachines en warmtepom- pen
KoelcycliKoelmachine
Koelmachine: - warmte overbrengen van TL TH
- vraagt arbeid - werkt volgens negatief kringproces - doel: ruimte op lage temp. houden
Eerste hoofdwet: ΣQ = ΣW QL - QH = -Wnet,in of QH = Wnet,in + QL
KM Wnet,in
QL
QH
KOUDE koelruimte
WARME omgeving
Koelfactor (COP):
• Koelmachines en warmtepom- pen
KoelcycliWarmtepomp
Warmtepomp: - werkt zoals koelmachine - doel: ruimte op hoge temp. houden
WP Wnet,in
QL
QH
KOUDE buitenlucht
WARME woning
Prestatiecoëfficiënt (COP):
,
• Koelmachines en warmtepom- pen
Koelcycli Koelmachine Warmtepomp
,
• Koelmachines en warmtepom- pen
• Carnot-koelcyclus
Koelcycli De Carnot-koelcyclus
,
TTH
TL
S1=S4 S2=S3
QH
QL
3
21
4
S
1→2 isotherme expansie2→3 adiabatische compressie3→4: isotherme compressie4→1: adiabatische expansie
1→2: isotherme expansie:
> 0
• Koelmachines en warmtepom- pen
• Carnot-koelcyclus
Koelcycli De Carnot-koelcyclus
TTH
TL
S1=S4 S2=S3
QH
QL
3
21
4
S
1→2 isotherme expansie2→3 adiabatische compressie3→4: isotherme compressie4→1: adiabatische expansie
3→4: isotherme compressie:
< 0
• Koelmachines en warmtepom- pen
• Carnot-koelcyclus
Koelcycli De Carnot-koelcyclus
Koelfactor Carnot-koelmachine:
TTH
TL
S1=S4 S2=S3
QH
QL
3
21
4
S
• Koelmachines en warmtepom- pen
• Carnot-koelcyclus
Koelcycli De Carnot-koelcyclus
Prestatiecoëfficiënt Carnot-warmtepomp:
TTH
TL
S1=S4 S2=S3
QH
QL
3
21
4
S
• Koelmachines en warmtepom- pen
• Carnot-koelcyclus
Koelcycli De Carnot-koelcyclus
Conclusies:
• (TH -TL )↓ COPKM↑ en COPWP↑
• Carnot-koelcyclus = hoogste COP
• Carnot-koelcyclus = ideale cyclus
• Koelmachines en warmtepom- pen
• Carnot-koelcyclus
• De ideale damp-
compressiecycl.
Koelcycli De ideale damp-compressiecyclus
Conclusies:
1-2 isentrope compressie 2-3 warmteafvoer bij constante druk 3-4 smoorproces4-1 warmteopname bij constante druk
verzadigdevloeistof
verzadigdedamp
qH
qH
Warme omgeving
Verdamper
Koude omgeving
CompressorExpansie-ventiel
qLqL
winwin
T
s
1 1
223
3
44
• Koelmachines en warmtepom- pen
• Carnot-koelcyclus
• De ideale damp-
compressiecycl.
Koelcycli De ideale damp-compressiecyclus
Conclusies:
1-2 isentrope compressie 2-3 warmteafvoer bij constante druk 3-4 smoorproces4-1 warmteopname bij constante druk
verzadigdevloeistof
verzadigdedamp
qH
qH
Warme omgeving
Verdamper
Koude omgeving
CompressorExpansie-ventiel
qLqL
winwin
T
s
1 1
223
3
44
qH = oppervl. onder kromme 3-2qL = oppervl. onder kromme 4-1
• Koelmachines en warmtepom- pen
• Carnot-koelcyclus
• De ideale damp-
compressiecycl.
Koelcycli
verzadigdevloeistof
verzadigdedamp
qH
qL
win
T
s
1
2
3
4
qH = oppervl. onder kromme 3-2qL = oppervl. onder kromme 4-1
De ideale damp-compressiecyclus
1-2 isentrope compressie 2-3 warmteafvoer bij constante druk 3-4 smoorproces4-1 warmteopname bij constante druk
De ideale damp-compressiecyclus
1ste hoofdwet: q – wt = Δh+Δek+ Δep
Compressor: q = 0
–wt = h2 – h1
–(–win) = h2 – h1
win = h2 – h1
Condensor: wt = 0
q = -qH = h3 – h2
qH = h2 – h3
• Koelmachines en warmtepom- pen
• Carnot-koelcyclus
• De ideale damp-
compressiecycl.
Koelcycli
verzadigdevloeistof
qH
qL
win
T
s
1
2
3
4
De ideale damp-compressiecyclus
1ste hoofdwet: q – wt = Δh+Δek+ Δep
Expansieventiel: q = 0 en wt = 0
0 = Δh h4 = h3
Verdamper: wt = 0
q = +qL = h1 – h4
qL = h1 – h4
• Koelmachines en warmtepom- pen
• Carnot-koelcyclus
• De ideale damp-
compressiecycl..
Koelcycli
verzadigdevloeistof
qH
qL
win
T
s
1
2
3
4
qH = h2 – h3
• Koelmachines en warmtepom- pen
• Carnot-koelcyclus
• De ideale damp-
compressiecycl.
Koelcycli
verzadigdevloeistof
qH
qL
win
T
s
1
2
3
4
3
De ideale damp-compressiecyclus Compressor: win = h2 – h1
Condensor: qH = h2 – h3 Expansieventiel: h4 = h3
Verdamper: qL = h1 – h4
Koelfactor koelmachine:
Koelvermogen:
Compressorvermogen:
Prestatiecoëff. warmtep. :
• Koelmachines en warmtepom- pen
• Carnot-koelcyclus
• De ideale damp-
compressiecycl.
Koelcycli
3 De ideale damp-compressiecyclus
Enkele toestellen:
Toestel Verdamper Condensor
Koelkast Vriesvak Buitenkant koelkast
Airco Binnen Buiten
Warmtepomp Buiten Binnen
De ideale damp-compressiecyclus: voorbeeld
• Koelmachines en warmtepom- pen
• Carnot-koelcyclus
• De ideale damp-
compressiecycl.
Koelcycli
3
?
Gegeven:
Koelmiddel R12°t1 =° t4 = -10°C - 10°C = -20°C °t3 = 24°C + 10°C = 34°C = 5,5 kWGevraagd:
De ideale damp-compressiecyclus: voorbeeld
• Koelmachines en warmtepom- pen
• Carnot-koelcyclus
• De ideale damp-
compressiecycl.
Koelcycli
3
Koelmiddel R12:Tabel A-11:°t = -20°C: hg = h1 = 178,74 kJ/kg 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
-20°C
34°C
h2 =?
De ideale damp-compressiecyclus: voorbeeld
• Koelmachines en warmtepom- pen
• Carnot-koelcyclus
• De ideale damp-
compressiecycl.
Koelcycli
3
?
Koelmiddel R12:Tabel A-13: s2 = s1 = 0,7087 kJ/(kg.K) p2 = 0,82636 Mpa
Na meerdere lineaire interpoloaties:
De ideale damp-compressiecyclus: voorbeeld
• Koelmachines en warmtepom- pen
• Carnot-koelcyclus
• De ideale damp-
compressiecycl.
Koelcycli
3
?
h1 = 178,74 kJ/kgh2 = 208,75 kJ/kgh4 = h3 = 68,55 kJ/kg
Koelvermogen:qL = h1 – h4
-20°C
34°C
De ideale damp-compressiecyclus: voorbeeld
• Koelmachines en warmtepom- pen
• Carnot-koelcyclus
• De ideale damp-
compressiecycl.
Koelcycli
3
?
h1 = 178,74 kJ/kgh2 = 208,75 kJ/kgh4 = h3 = 68,55 kJ/kg
Compressorvermogen:win = h2 – h1
-20°C
34°C
De ideale damp-compressiecyclus: voorbeeld
• Koelmachines en warmtepom- pen
• Carnot-koelcyclus
• De ideale damp-
compressiecycl.
Koelcycli
3
?
h1 = 178,74 kJ/kgh2 = 208,75 kJ/kgh4 = h3 = 68,55 kJ/kg
koelfactor :
-20°C
34°C
De werkel. damp-compressiecyclus:
• Koelmachines en warmtepom- pen
• Carnot-koelcyclus
• De ideale damp-
Compressiecycl.• Werkel.
damp-compressiecycl.
Koelcycli
3
?
bron op lage temp. TL
bron op hoge temp. TH
Verschillen met ideale cyclus:1. T cond > TH en Tverdamp < TL
COP daalt 2. Irrev. adiab. compr. (1-2)
win stijgt COP daalt3. toest. 1: licht oververhitte damp
toest. 3: gecomprimeerde vl.4. Vloeistofwrijving
drukval in condensor, verdamper en leidingen
Voorwaarden koelmiddel:• niet toxich, niet brandbaar, niet corrosief, niet duur, hfg
groot• werkingsdrukken: pcond < pkr en pverdamp niet te laag
Juiste keuze van het koelmiddel:
• Koelmachines en warmtepom- pen
• Carnot-koelcyclus
• De ideale damp-
Compressiecycl.• Werkel.
damp-compressiecycl.
• Keuze koelm.
Koelcycli
3
?
dampvast
vloeist.kritisch punt
pverdamp
T
dampspanningslijn(damp + vloeist.)
Tcond
pcond
p
Tverd.
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, …
Juiste keuze van het koelmiddel:
• Koelmachines en warmtepom- pen
• Carnot-koelcyclus
• De ideale damp-
Compressiecycl.• Werkel.
damp-compressiecycl.
• Keuze koelm.
Koelcycli
3
?
Warmtepompen:
• Koelmachines en warmtepom- pen
• Carnot-koelcyclus
• De ideale damp-
Compressiecycl.• Werkel.
damp-compressiecycl.
• Keuze koelm.
• Warmtepompen
Koelcycli
3
binnenlucht
verdamper
buitenlucht
condensorexpansie-ventiel
compressor
Warmtepompen:Warmtepomp + airco
• Koelmachines en warmtepom- pen
• Carnot-koelcyclus
• De ideale damp-
Compressiecycl.• Werkel.
damp-compressiecycl.
• Keuze koelm.
• Warmtepompen
Koelcycli
3
?
Warmtewisse- laar binnen
Warmtewisse- laar buiten
expansieventiel
Verwarmenkoelen
omkeerklep