Термодинамика в системах ОВКВ

Термодинамика описывает действие тепла и других видов энергии, а также взаимосвязь между ними. На первый взгляд эта тема кажется немного пугающей. Однако если вы поймете теорию термодинамики в системах отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха (ОВКВ), вы сможете сразу понять, как и почему работают системы, и как их лучше всего применять. 

6 основ теплопередачи

Чтобы понять принципы термодинамики, мы должны сначала разобраться в шести понятиях, связанных с теплом и теплопередачей. 

1) Холод означает отсутствие тепла. Чтобы сделать что-то холодным, нужно отнять тепло.

2) Тепло и температура - это разные вещи:

• Тепло - это поток энергии от одного объекта, системы или места к другому.
• Температура измеряет внутреннюю кинетическую энергию объекта.

3) Тепло естественным образом перемещается из горячей области в более холодную. 

4) Тепло перемещается тремя способами.

• Кондукция - это передача тепла от одного объекта к другому при непосредственном контакте.
• Конвекция - это передача тепла от объекта к окружающей среде, через газ или жидкость, от высокой температуры к низкой.
• Излучение - это передача тепла с помощью электромагнитного излучения.

5) Фазовый переход - это переход чего-либо из одного состояния в другое, например, лед (твердое тело) тает в воде (жидкость), которая может испаряться в пар (газ).

6) Чем больше разница температур между двумя средами, тем выше скорость передачи тепла. 

Законы термодинамики

Хорошая новость заключается в том, что вам не нужна научная степень, чтобы понять, как работают системы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха. Всего существует четыре закона термодинамики: нулевой, первый, второй и третий. Нулевой закон был открыт последним, но он лежит в основе трех других законов, отсюда его название и порядок следования. 

Если нулевой и первый законы просты для понимания, то второй и третий законы связаны с энтропией, которая является мерой беспорядка в системе. Хотя все это звучит очень сложно, энтропия - это мера того, насколько рассредоточена энергия. Энергия полезна, когда она сконцентрирована вместе, но когда она рассеивается и разлетается, то становится бесполезной. Например, если мы сжигаем бревно, то энергия, сконцентрированная внутри бревна, высвобождается в окружающий воздух. Эта энергия все еще там (в атмосфере), но теперь она бесполезна.
 

Нулевой закон термодинамики

Что он означает: Нулевой закон гласит, что если две термодинамические системы находятся в тепловом равновесии с третьей системой, то они находятся в тепловом равновесии друг с другом.

Что это значит: Если два объекта имеют одинаковую температуру, они не будут обмениваться теплом.

Пример: Еда и напитки в холодильнике будут иметь ту же температуру, что и воздух в холодильнике. Все они находятся в тепловом равновесии, и теплообмен между веществами отсутствует.
 

Первый закон термодинамики

Что он гласит: Первый закон гласит, что энергия не может быть ни создана, ни уничтожена. 

Что он означает: Известный также как закон сохранения энергии, он объясняет, что энергия может быть только передана или изменена из одной формы в другую.

Пример: Электрическая печь преобразует электричество в тепловую энергию. 100 единиц электрической энергии превратятся в 100 единиц тепловой энергии, чтобы приготовить пищу.
 

Второй закон термодинамики

Что он гласит: Второй закон гласит, что энтропия любой изолированной системы всегда будет возрастать с течением времени. 

Что это значит: Энергия всегда распространяется. Тепло всегда будет перемещаться из более теплой области в более холодную, но оно не будет самопроизвольно перетекать из холодной области в горячую.

Пример: В тот момент, когда вы вынимаете из духовки свежеприготовленное блюдо, оно теряет тепло. Тепло переходит от горячей пищи к более холодной тарелке и окружающему ее холодному воздуху. 
 

Третий закон термодинамики

Что он означает: По мере приближения температуры к абсолютному нулю* энтропия системы приближается к постоянному минимуму.

Что это значит: При достижении абсолютного нуля не остается никакой тепловой энергии. Тепло не может перейти в другое вещество, и поэтому нет энергии, которая могла бы распространяться. Поэтому энтропия также достигает точки нуля. 

Пример: Молекулы в паре быстро перемещаются, и он обладает высокой энтропией. Если пар охладить ниже 100oC, он претерпит фазовый переход от газа к жидкой воде. В воде движение молекул меньше, чем в паре, и энтропия ниже. Если охладить воду ниже 0oC, она претерпит еще один фазовый переход - из жидкости в твердый лед. Движение молекул еще больше уменьшается, как и энтропия. Если этот лед охладить до абсолютного нуля, энтропия тоже станет нулевой.

*0o Кельвина, -273,15oC или -459,67oF.
 

Мы узнали, что:

1. Различные виды энергии могут быть преобразованы друг в друга.
2. Тепло естественным образом перемещается из горячей области в более холодную, но если предметы имеют одинаковую температуру, тепло не передается.
3. Количество полезной энергии, которую теряет вещество, зависит от температуры. 

Используя эти принципы в термодинамическом цикле, можно управлять движением тепла и использовать его в своих интересах. 

Хладагент и термодинамический цикл

Хладагент - чрезвычайно полезное вещество. У него низкая температура кипения, и им можно легко манипулировать, поглощая и выделяя тепло. Когда вы увеличиваете давление на хладагент, его температура и внутренняя кинетическая активность также увеличиваются. Когда вы уменьшаете давление хладагента, его температура и внутренняя кинетическая энергия падают.

В системах HVAC хладагент циркулирует через компоненты, которые изменяют не только его давление и температуру, но и физическое состояние. Хладагент переходит из фазы жидкости в фазу газа и наоборот, поглощая и выделяя при этом тепло.

Термодинамика в чиллерах и системах тепловых насосов

Термодинамический цикл для систем чиллеров и тепловых насосов абсолютно одинаков. Цикл может быть использован для нагрева или охлаждения с использованием парокомпрессионного цикла. В простой системе он состоит из четырех основных компонентов: 

Компрессор: Компрессор является сердцем системы и управляет всем процессом охлаждения. Газ-хладагент низкого давления (насыщенный пар) поступает в компрессор и сжимается в нагретый газ высокого давления (перегретый пар). Затем этот горячий хладагент направляется к следующему элементу системы - конденсатору. 

Конденсатор: Конденсатор - это теплообменник, который также изменяет состояние хладагента с газообразного на жидкое. В конденсаторе перегретый пар конденсируется в жидкость под высоким давлением (насыщенную жидкость), когда он обменивается нежелательным теплом с водой или воздухом. При таком изменении состояния высвобождается скрытое тепло и происходит переохлаждение хладагента. 

Расширительный клапан: Жидкий хладагент под высоким давлением проходит через расширительный клапан. При этом давление снижается, что приводит к снижению температуры, в результате чего хладагент становится холодным и находится под низким давлением.

Испаритель: Холодный жидкий хладагент низкого давления поступает в испаритель. Как и конденсатор, испаритель также является теплообменником, который инициирует изменение состояния хладагента. Хладагент поглощает тепло из воздуха или воды, что приводит к его кипению и испарению в газ низкого давления (насыщенный пар). Это изменение состояния поглощает тепло, в результате чего воздух или вода охлаждаются.

Газ низкого давления перемещается из испарителя в компрессор, и цикл начинается снова.

Надеемся, теперь вы лучше понимаете термодинамику тепловых насосов и систем охлаждения. Но прежде вам следует узнать еще кое-что, а именно, как выбрать лучшее оборудование для систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха, соответствующее вашим требованиям. 

Преимущества сертификации

Знаете ли вы, что сертификация позволяет объективно сравнивать продукты и принимать обоснованные решения? Преимущества выбора сертифицированного продукта включают:

• Характеристики продукта оцениваются в соответствии с одними и теми же критериями, а результаты выражаются в одних и тех же единицах измерения, независимо от страны, в которой производится или продается продукция.
• Эффективность сертифицированного продукта проверяется беспристрастным, независимым и компетентным аккредитованным органом
• Сертифицированная продукция соответствует стандартам
• Продукт, характеристики которого сертифицированы, будет работать в соответствии со спецификациями, заявленными производителем.

Если вы хотите посмотреть и сравнить сертифицированные продукты, такие как чиллеры и тепловые насосы, посетите наш каталог сертифицированных продуктов.