THERMODYNAMICA Hoofdstuk 8 lic. Dirk Willem

Koelcycli Koelmachine Koelmachines en warmtepom- pen   WARME omgeving 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 QH KM Wnet,in QL KOUDE koelruimte Koelfactor (COP):

Koelcycli Warmtepomp Koelmachines en warmtepom- pen , Koelcycli Koelmachines en warmtepom- pen Warmtepomp   WARME woning Warmtepomp: - werkt zoals koelmachine - doel: ruimte op hoge temp. houden QH Prestatiecoëfficiënt (COP): WP Wnet,in QL KOUDE buitenlucht

, Koelcycli Koelmachines en warmtepom- pen Koelmachine Warmtepomp

Koelcycli > 0 De Carnot-koelcyclus T 4 1→2 isotherme expansie 3 , Koelcycli Koelmachines en warmtepom- pen Carnot-koelcyclus De Carnot-koelcyclus T 4 QH 1→2 isotherme expansie 2→3 adiabatische compressie 3→4: isotherme compressie 4→1: adiabatische expansie 3 TH QL TL 2 1 S1=S4 S2=S3 S 1→2: isotherme expansie: > 0

Koelcycli < 0 De Carnot-koelcyclus T 4 1→2 isotherme expansie 3 Koelmachines en warmtepom- pen Carnot-koelcyclus De Carnot-koelcyclus T 4 QH 1→2 isotherme expansie 2→3 adiabatische compressie 3→4: isotherme compressie 4→1: adiabatische expansie 3 TH QL TL 2 1 S1=S4 S2=S3 S 3→4: isotherme compressie: < 0

Koelcycli De Carnot-koelcyclus T 4 3 Koelfactor Carnot-koelmachine: 2 Koelmachines en warmtepom- pen Carnot-koelcyclus De Carnot-koelcyclus Koelfactor Carnot-koelmachine: T 4 QH 3 TH QL TL 2 1 S1=S4 S2=S3 S

Koelcycli De Carnot-koelcyclus T 4 3 Koelmachines en warmtepom- pen Carnot-koelcyclus De Carnot-koelcyclus Prestatiecoëfficiënt Carnot-warmtepomp:   T 4 QH 3 TH QL TL 2 1 S1=S4 S2=S3 S

Koelcycli De Carnot-koelcyclus Conclusies: (TH -TL )↓ COPKM↑ en COPWP↑ Koelmachines en warmtepom- pen Carnot-koelcyclus De Carnot-koelcyclus Conclusies: (TH -TL )↓ COPKM↑ en COPWP↑ Carnot-koelcyclus = hoogste COP Carnot-koelcyclus = ideale cyclus  

Koelcycli De ideale damp-compressiecyclus Conclusies: Koelmachines en warmtepom- pen Carnot-koelcyclus De ideale damp- compressiecycl. De ideale damp-compressiecyclus Conclusies: 1-2 isentrope compressie 2-3 warmteafvoer bij constante druk 3-4 smoorproces 4-1 warmteopname bij constante druk   Warme omgeving T qH verzadigde vloeistof 2 3 2 Compressor qH Expansie- ventiel 3 win win Verdamper verzadigde damp 4 1 qL 1 qL 4 Koude omgeving s

Koelcycli De ideale damp-compressiecyclus Conclusies: Koelmachines en warmtepom- pen Carnot-koelcyclus De ideale damp- compressiecycl. De ideale damp-compressiecyclus Conclusies: 1-2 isentrope compressie 2-3 warmteafvoer bij constante druk 3-4 smoorproces 4-1 warmteopname bij constante druk   qH = oppervl. onder kromme 3-2 Warme omgeving T qL = oppervl. onder kromme 4-1 qH verzadigde vloeistof 2 3 2 Compressor qH Expansie- ventiel 3 win win Verdamper verzadigde damp 4 1 4 qL 1 qL Koude omgeving s

Koelcycli De ideale damp-compressiecyclus 1-2 isentrope compressie Koelmachines en warmtepom- pen Carnot-koelcyclus De ideale damp- compressiecycl. De ideale damp-compressiecyclus 1-2 isentrope compressie 2-3 warmteafvoer bij constante druk 3-4 smoorproces 4-1 warmteopname bij constante druk   qH = oppervl. onder kromme 3-2 T qL = oppervl. onder kromme 4-1 verzadigde vloeistof 2 qH 3 win verzadigde damp 4 qL 1 s

Koelcycli 1ste hoofdwet: q – wt = Δh+Δek+ Δep Koelmachines en warmtepom- pen Carnot-koelcyclus De ideale damp- compressiecycl. 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 T verzadigde vloeistof 2 qH 3 win 4 qL 1 s

Koelcycli 1ste hoofdwet: q – wt = Δh+Δek+ Δep qH = h2 – h3 Koelcycli Koelmachines en warmtepom- pen Carnot-koelcyclus De ideale damp- compressiecycl.. 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   T verzadigde vloeistof 2 qH 3 win 4 qL 1 s

Koelcycli De ideale damp-compressiecyclus Compressor: win = h2 – h1 Koelmachines en warmtepom- pen Carnot-koelcyclus De ideale damp- compressiecycl. 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. :   T verzadigde vloeistof 2 qH 3 win 4 1 qL s

Koelcycli De ideale damp-compressiecyclus Koelmachines en warmtepom- pen Carnot-koelcyclus De ideale damp- compressiecycl. 3 De ideale damp-compressiecyclus Enkele toestellen: Toestel Verdamper Condensor Koelkast Vriesvak Buitenkant koelkast Airco Binnen Buiten Warmtepomp

Koelcycli De ideale damp-compressiecyclus: voorbeeld ? Koelcycli Koelmachines en warmtepom- pen Carnot-koelcyclus De ideale damp- compressiecycl. 3 De ideale damp-compressiecyclus: voorbeeld Gegeven: Koelmiddel R12 °t1 =° t4 = -10°C - 10°C = -20°C °t3 = 24°C + 10°C = 34°C = 5,5 kW Gevraagd:  

Koelcycli De ideale damp-compressiecyclus: voorbeeld Koelmachines en warmtepom- pen Carnot-koelcyclus De ideale damp- compressiecycl. 3 De ideale damp-compressiecyclus: voorbeeld 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   34°C -20°C h2 =?

Koelcycli De ideale damp-compressiecyclus: voorbeeld ? Koelcycli Koelmachines en warmtepom- pen Carnot-koelcyclus De ideale damp- compressiecycl. De ideale damp-compressiecyclus: voorbeeld 3 Koelmiddel R12: Tabel A-13: s2 = s1 = 0,7087 kJ/(kg.K) p2 = 0,82636 Mpa Na meerdere lineaire interpoloaties:  

Koelcycli De ideale damp-compressiecyclus: voorbeeld h1 = 178,74 kJ/kg ? Koelcycli Koelmachines en warmtepom- pen Carnot-koelcyclus De ideale damp- compressiecycl. 3 De ideale damp-compressiecyclus: voorbeeld h1 = 178,74 kJ/kg h2 = 208,75 kJ/kg h4 = h3 = 68,55 kJ/kg Koelvermogen: qL = h1 – h4   34°C -20°C

Koelcycli De ideale damp-compressiecyclus: voorbeeld h1 = 178,74 kJ/kg ? Koelcycli Koelmachines en warmtepom- pen Carnot-koelcyclus De ideale damp- compressiecycl. 3 De ideale damp-compressiecyclus: voorbeeld h1 = 178,74 kJ/kg h2 = 208,75 kJ/kg h4 = h3 = 68,55 kJ/kg Compressorvermogen: win = h2 – h1   34°C -20°C

Koelcycli De ideale damp-compressiecyclus: voorbeeld h1 = 178,74 kJ/kg ? Koelcycli Koelmachines en warmtepom- pen Carnot-koelcyclus De ideale damp- compressiecycl. 3 De ideale damp-compressiecyclus: voorbeeld h1 = 178,74 kJ/kg h2 = 208,75 kJ/kg h4 = h3 = 68,55 kJ/kg koelfactor :   34°C -20°C

Koelcycli De werkel. damp-compressiecyclus: ? Koelcycli Koelmachines en warmtepom- pen Carnot-koelcyclus De ideale damp- Compressiecycl. Werkel. damp-compressiecycl. 3 De werkel. damp-compressiecyclus: Verschillen met ideale cyclus: T cond > TH en Tverdamp < TL  COP daalt Irrev. adiab. compr. (1-2)  win stijgt  COP daalt toest. 1: licht oververhitte damp toest. 3: gecomprimeerde vl. Vloeistofwrijving  drukval in condensor, verdamper en leidingen   bron op hoge temp. TH bron op lage temp. TL

Koelcycli Juiste keuze van het koelmiddel: ? Koelcycli Koelmachines en warmtepom- pen Carnot-koelcyclus De ideale damp- Compressiecycl. Werkel. damp-compressiecycl. Keuze koelm. 3 Juiste keuze van het koelmiddel: 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 Juiste keuze van het koelmiddel: ? Koelcycli Koelmachines en warmtepom- pen Carnot-koelcyclus De ideale damp- Compressiecycl. Werkel. damp-compressiecycl. Keuze koelm. 3 Juiste keuze van het koelmiddel: 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 Warmtepompen: Koelmachines en warmtepom- pen Carnot-koelcyclus De ideale damp- Compressiecycl. Werkel. damp-compressiecycl. Keuze koelm. Warmtepompen 3 Warmtepompen:   buitenlucht binnenlucht expansie- ventiel condensor verdamper compressor

Koelcycli Warmtepompen: Warmtepomp + airco ? Koelcycli Koelmachines en warmtepom- pen Carnot-koelcyclus De ideale damp- Compressiecycl. Werkel. damp-compressiecycl. Keuze koelm. Warmtepompen 3 Warmtepompen: Warmtepomp + airco   expansieventiel Warmtewisse- laar binnen Warmtewisse- laar buiten omkeerklep Verwarmen koelen