Для этой цели используются парокомпрессионные и абсорбционные холодильные установки. Рассмотрим вкратце принцип их работы, а также принцип работы теплового насоса, который может применяться для ох­лаждения и отопления здания.

Парокомпрессионная холодильная установка, схема которой показана на рис. 6, состоит из испарителя, ком­прессора, конденсатора, дроссельного вентиля и соеди­нительных трубопроводов. В качестве рабочего тела — хладагента — в основном используются фреоны 11, 12,

Рве. 6. Схема парокомпресси­онной холодильной установки:

1 — испаритель; 2 — компрессор;

3 — конденсатор; 4 — дроссельный

вентиль

Цикл холодильной установки осуществляется следующим обра­зом. В результате подвода теплоты Q» в испарителе хладагент испа­ряется при низкой температуре и соответствующем низком давле­нии. Образующиеся пары хладагента сжимаются в компрессоре, для чего затрачивается работа LK. При отводе теплоты Q* в конденса­торе пары охлаждаются и конденсируются при более высоких (по сравнению с испарителем) температуре и давлении. При прохожде­нии хладагента через дроссельный вентиль его давление и темпера­тура понижаются до уровня давления и температуры в испарителе и часть хладагента испаряется без подвода теплоты извне. Эффек­тивность цикла холодильной установки определяется отношением хо — лодопроизводительности Q„ к работе LK, затраченной на сжатие па­ра хладагента в компрессоре: e=Qv/LK.

Цикл осуществляется в диапазоне температур в испарителе Тк и конденсаторе Тк, а максимально возможный холодильный коэффи­циент, соответствующий идеальному циклу Карно, равен е=

Холодильный коэффициент е=2+4 и увеличивается при умень­шении разности температур в конденсаторе и испарителе.

Абсорбционная холодильная установка. Для произ­водства холода в абсорбционной установке используется теплота, а рабочим телом служит бинарная смесь хла­дагента и абсорбента. Абсорбент — эта такая жидкость, которая химически связывается хладагентом при низких температурах и отделяется от него при высоких темпе­ратурах. Обычно используются такие смеси: вода (хла­дагент) — бромистый литий (абсорбент) ц аммиак (хладагент) — вода (абсорбент).

Принцип работы бромисто-литиевой абсорбционной холодильной установки поясняется с помощью рис. 7. Установка состоит из гене­

Рис. 7. Схема абсорбционной
холодильной установки:

І — генератор; 2 — конденсатор; S — испаритель; 4 — абсорбер; 5 — насос; 6 — теплообменник; 7, в — дроссельные вентили

ратора, конденсатора, испарителя, абсорбера, насоса, теплообменни­ка, дроссельных вентилей. Как видим, компрессор отсутствует, а давление повышается вначале при растворении хладагента в слабом растворе в абсорбере, а затем насосом. Цикл начинается с выпари­вания воды из крепкого раствора и перегрева образующегося водя­ного пара в генераторе, куда подводится теплота от солнечного коллектора. Температура в генераторе равна 77—99 °С. Пар из гене­ратора поступает в конденсатор, где он охлаждается приблизительно
до 37—tO °С водой из градирни и превращается в жидкость, которая затем вновь частично испаряется при расширении в дроссельном вен­тиле 7. Полное испарение воды происходит в испарителе при низком давлении и температуре 4 °С, при этом от воздуха в помещении (или воды) отводится теплота, необходимая для испарения хладагента. Пар низкого давления поступает в абсорбер, где он поглощается слабым раствором, давая крепкий раствор, который насосом пода­ется через теплообменник в генератор. В цикле теплота от рабочего тела отводится в конденсаторе (QK) и абсорбере (Qа), а подводится в генераторе (Qr) и испарителе (Qи).

Коэффициент преобразования энергии для абсорбционной холо­дильной установки равен отношению холодопроизводительноста Qu к количеству теплоты, подведенной в генераторе, Qr: <p= Qn/Qr. Ти­пичные значения этого коэффициента для бромисто-литиевой уста­новки 0,6—0,8, а для водоаммиачной—0,4—0,6. Эти цифры в 5— 7 раз ниже, чем для парокомпрессионной установки с электроприво­дом, но если учесть КПД преобразования тепловой энегии в элек­трическую, который составляет 0,33, а также потери энергии в сети, то разница становится значительно меньше.

Тепловой насос — это как бы холодильная установка наоборот. Он состит из тех же элементов, что и холо­дильная установка, только работает в другом темпера­турном режиме и предназначен для отопления зданий за счет использования теплоты окружающей среды (воз­духа, воды, грунта, солнечной энергии) и тепловых от­ходов. Тепловой насос может использоваться для отоп­ления зданий зимой и их охлаждения летом. Существуют парокомпрессионные и абсорбционные тепловые насосы. Аналогично холодильной установке парокомпреесионный тепловой насос включает испаритель, компрессор, кон­денсатор и дроссельный вентиль. Цикл работы теплового насоса осуществляется в диапазоне температур рабочего тела в испарителе, и конденсаторе. Баланс энергии паро­компрессионного теплового насоса записывается в виде уравнения <7к=<7и+/к, где qK — количество теплоты, от­водимой в конденсаторе, кДж/кг; qK — количество теп­лоты, подводимой в испарителе, кДж/кг; /к — работа сжатия хладагента в компрессоре. Эффективность уста­новки в случае, когда тепловой насос используется для отопления здания, характеризуется тепловым (отопи­тельным) коэффициентом или коэффициентом преобра­зования ЭНерГИИ ф = <7к//к.

Максимальную эффективность имеют теплонасосная и холодильная установки, работающие по обратному циклу Карно в диапазоне температур в испарителе Тя и конденсаторе Тк. При этом <рк—Тк/(Тк—Ги) и ек—TJ / (Тк’—Ти).

В парокомпрессионном тепловом насосе в качестве источника теплоты, подводимой к рабочему телу испа­рителя, может использоваться грунтовая вода или вода из реки, моря, озера, влажная почва, наружный воздух, солнечная радиация. Подвод и отвод теплоты осуществ­ляются посредством циркулирующего теплоносителя — воды или воздуха. .

В зависимости от источника теплоты и теплоотво­дящей среды различают тепловые насосы типа вода — вода, грунт — вода, воздух — вода, вода — воздух, грунт —воздух и воздух — воздух. Наиболее пригодны для систем отопления первые три типа, а для охлажде­ния — остальные.

Для работы теплового насоса в режимах отопления и охлаждения необходимо иметь специальный дроссель­ный вентиль и четырехходовой клапан, обеспечивающий изменение направления движения хладагента на проти­воположное. Тот теплообменник, который был испарите­лем в режиме отопления, становится конденсатором в режиме охлаждения и наоборот.

Бакинский завод «Кондиционер» выпускает тепловые насосы типа воздух — воздух, пригодные для отопления жилых и общественных зданий.

Глава вторая

СОЛНЕЧНЫЕ КОЛЛЕКТОРЫ И АККУМУЛЯТОРЫ
ТЕПЛОТЫ