Термический КПД цикла

Прямые термодинамические циклы, в которых за счет теплоты источника может быть получена полезная работа, отдаваемая внешним потребителям, носят название циклов теплоэнергетических установок; обратные термодинамические циклы могут применяться либо для отвода теплоты в окружающую среду от рабочего тела, имеющего более низкую температуру (холодильные установки), либо для передачи теплоты от тел с более низкой температурой для нагревания окружающей среды (тепловые насосы).

Задачей прямого цикла является получение работы за счет теплоты источника:

где <7, — тепло от источника и q₂ — тепло, отданное холодному источнику.

Оценка совершенства такого цикла, составленного из обратимых процессов, производится с помощью так называемого термического (или термодинамического) коэффициента полезного действия (КПД) х]_г путем сопоставления полученной работы /_ц и подведенной теплоты q_}:

или.

или Из этих соотношений следует, что термический КПД прямого обратимого цикла определяет, какая часть подведенной в цикле теплоты ц.

Для обратного цикла холодильных установок критерием эффективности служит холодильный коэффициент:

где q₂ — теплота, отведенная от холодного источника.

Так как затраченная для осуществления цикла работа /_ц= <7, — ^то

В холодильной установке рабочими телами служат, как правило, пары легкокипящих жидкостей — фреона, аммиака и т. п. Процесс «перекачки теплоты» от тел, помещенных в холодильную камеру, к окружающей среде происходит за счет затрат электроэнергии.

Заметим, что чем меньше разность температур между холодильной камерой и окружающей средой, тем меньше нужно затратить энергии для передачи теплоты от холодного тела к горячему и тем выше холодильный коэффициент.

Холодильную установку можно использовать в качестве теплового насоса.

Если, например, для отопления помещения использовать электронагревательные приборы, то количество теплоты, выделенное в них, будет равно расходу электроэнергии. Если же это количество электроэнергии использовать в холодильной установке, горячим источником, т. е. приемником теплоты q_v которой является отапливаемое помещение, а холодным — наружная атмосфера, то количество теплоты, полученное помещением:

где q₂ — количество теплоты, взятое от наружной атмосферы, а /_ц — расход электроэнергии. Понятно, что > /, т. е. отопление с помощью теплового насоса выгоднее простого электрообогрева.

На рис. 2.18 показана термодинамическая схема холодильной машины (теплового насоса).

Рис. 2.18. Термодинамическая схема холодильной машины