Базовые принципы и основы систем холодоснабжения

1.

2.

История холодильной техники и кондиционирования
Теоретические основы получения холода.
Основные понятия и определения
Диаграммы состояния,
Диаграмма Мольера.
Параметры, определяющие эффективность работы оборудования.
Примеры маркировки.
Шумовые характеристики.
Особенности циклических способов получения холода
Парокомпрессионный цикл
Абсорбционный цикл
Сертификация оборудования по системе EUROVENT

3.

4.

Египет
При строительстве пирамиды Хеопса (Хуфу) древние строители уже
4,5 тысячелетия назад предусмотрели специальные вентиляционны
е каналы размером 20х20 см и длиной 60 м каждый

5.

Персия

6.

Индия

7.

Пример испарительного охлаждения
1. Поверхность земли 2. Фонтан 3. Изолированная кровля 4. Затеняющие посадки 5. Подача воды

8.

Пример системы кондиционирования русской избы

9.

Пример системы кондиционирования русской избы

10.

Пример системы кондиционирования русской избы

11.

Пример современного пассивного здания

12.

Пример современного пассивного здания

13.

Пример современного пассивного здания

14.

Отто фон Герике
1602 -1686
Отто фон Герике следует считать изобретателем
воздушного разрежающего насоса.
Открытие того, что вода в вакууме испаряется при
низких температурах, сделанное англичанином
Робертом Бойлем и немецким физиком Отто фон Герике
(Guericke) в конце XVII в., считают началом разработки
холодильных машин.

15.

Роберт Бойль
(1627-1691)
P*V=Const
Роберт Бойль был одним из первых ученых, которые систематически
проводили исследования в области получения холода. В своих опытах он
использовал вакуумный насос, изобретенный Отто фон Герике.
Открытие того, что вода в вакууме испаряется при низких температурах,
считают началом разработки холодильных машин.

16.

Уильям Каллен
1710 - 1790
Прародителем технологии, ставшей основой для
создания систем искусственного охлаждения стал
Уильям Каллен, шотландский профессор химии и
медицины.
Он был первым, кто показал принципиальную
возможность получения холода в циклическом процессе.

17.

Уильям Каллен
1710 - 1790
В 1756 году он продемонстрировавший свой способ
охлаждения: (диэтиловый эфир при пониженном
давлении закипал при комнатной температуре,
испарялся и охлаждал стенки сосуда)

18.

Николя́ Леона́р Сади́ Карно́
(1796 —1832)
В своем труде "Размышления о движущей силе огня и о машинах,
способных развивать эту силу« Сади Карно заложил основы теории
тепловых машин.

19.

Адиабатический процесс
Адиабати́ческий, или адиаба́тный проце́сс— термодинамический
процесс в макроскопической системе, при котором система не
обменивается теплотой с окружающим пространством.
Симео́н Дени́ Пуассо́н
1781-1840
Уравнение Пуассона адиабатического процесса для идеального газа:
P*Vk = const
k = Cp/Cv — показатель адиабаты, и Cp, Cv
постоянном давлении и постоянном объёме.
— теплоёмкости газа соответственно при

20.

Джейкоб Перкинс
(1766 – 1849)
Первую компрессионную холодильную машину, сконструировал в 1834 г. в
Британии Джейкоб Перкинс (Jacob Perkins), получивший патент № 6662 на
«Аппарат для производства холода и охлаждения жидкостей». Машина в
качестве хладагента использовала этиловый эфир. Один и тот же патент был
выдан отдельно как в Шотландии, так и в Англии.

21.

Джейкоб Перкинс
(1766 – 1849)
Хладагент (эфир или другая летучая жидкость) кипит в испарителе B, забирая
тепло от окружающей воды в контейнере A. Насос C отводит пар и сжимает
его до более высокого давления, при котором он может конденсируются в
жидкости в трубках D, отдавая тепло воде в сосуде E. Конденсированная
жидкость протекает через нагруженный грузом клапан H, который
поддерживает разницу давлений между конденсатором и испарителем.

22.

Д-р Джон Горри
(1802 – 1855)
В 1842 г. врач шотландского происхождения доктор Джон Горри построил
первую воздушную холодильную машину для охлаждения воздуха в
госпитале во Флориде.

23.

Д-р Джон Горри
(1802 – 1855)
Принципиальная схема "льдоделательной" машины Дж. Горри:
а - первый вариант; б - второй вариант холодной части; 1 –
компрессор; 2 – охладитель сжатого воздуха; 3 – детандер; 4 – ванна
для непосредственного намораживания льда рассолом; 5 – ванна для
замораживания воды в сосуде; 6 - ванна с рассолом, охлаждаемая
погруженным в нее детандером; 7 - вентиль.

24.

Эффект Джоуля-Томсона
Джеймс Пре́скотт Джо́уль
(1818 -1889)
Уи́ льям То́мсон, лорд Ке́львин
1824-1907)
Газ, первоначально занимавший объем V1 при давлении Р1, перетекает
сквозь перегородку, занимая объем V2 при давлении Р2
При прохождении газом перегородки происходит замедление теплового
движения его молекул и температура понижается.

25.

Карл фон Линде
(1842 –1934)
1874 - Карл фон Линде разрабатывает парокомпрессионную холодильную
машину на метилэфире.
1877 - Вторая машина Карла фон Линде, на аммиаке. Работала до 1908 года.
1879 - Карл фон Линде получил патент на первый в мире механический
холодильник.
1881 г. Линде и Виндхаузен создали машину, работающую на углекислоте

26.

Карл фон Линде
(1842 –1934)

27.

Уиллис Хэвилэнд
Кэрриер
(1876 —1950)
17 июля 1902 года в Буффало, штат Нью-Йорк) создал для бруклинской
типографии проект первого кондиционера воздуха — позволяющего
контролировать влажность и температуру воздуха.

28.

1929 – реализован первый моноблочный «охладитель жилого помещения»

29.

1958 – кондиционер с реверсивным циклом

30.

1961 – сплит-система
1969 – мультисплит-система

31.

1982 – сплит-система с инверторным приводом компрессора
1982 – VRF система

32.

История кондиционирования в СССР

33.

Индустрия кондиционирования сегодня

34.

35.

Термодинамика
–
раздел
физики,
изучающий макроскопические системы, их
наиболее
общие
свойства,
способы
передачи и превращения энергии в таких
системах.
Макроскопические системы - это системы, состоящие из
очень большого числа частиц. Например, баллон с газом
или воздушный шар.

36.

Термодинамика
Термодинамическая система – реально или
мысленно выделяемая макроскопическая физическая
система, состоящая из большого числа частиц, не
требующая для своего описания привлечения
микроскопических характеристик отдельных частиц.
Соответственно, для описания термодинамической
системы используются макроскопические параметры,
не относящиеся к каждой частице, но описывающие
систему целиком. Это
температура, давление,
объем, масса системы и проч.

37.

Термодинамика
Первый Закон Термодинамики – Закон сохранения
энергии: в любых процессах энергия не создается и не
исчезает, а лишь переходит из одной формы в другую или от
одного тела к другому, при этом ее значение сохраняется.
Вся теплота Q, получаемая
телом, идет на увеличение
внутренней энергии тела ΔU и
на совершение работы против
внешних сил Aвнешн.

38.

Термодинамика
Второй закон термодинамики: любое действие, связанное с
преобразованием энергии, не может происходить без ее
потери в виде рассеянной в пространстве теплоты.
Невозможно полностью превратить теплоту, отдаваемое
телом, в работу
Во время теплопередачи теплота всегда передается от более нагретого тела к менее
нагретому, а механическая энергия способствует изменению внутренней энергии.
Иными словами, данный закон регламентирует направление процессов.

39.

Термодинамика
Третий закон термодинамики: Энтропия идеального кристалла
при абсолютном нуле (-273,15 °C, 0 K) равна нулю.
Энтропия это величина потерь энергии, которые появляются, когда одно горячее тело,
взаимодействуют с более холодным.
Третий закон обеспечивает абсолютную точку отсчета для измерения энтропии.

40.

Термодинамика
Энтропия (от др.-греч. ἐν «в» + τροπή «обращение; превращение») – мера
беспорядка системы или мера хаотической составляющей любой системы.
Это функция состояния, дифференциал которой связан с элементарным
тепловым эффектом в обратимом процессе соотношением:
dQ = T*dS
Понятие
энтропии
впервые
было
введено Рудольфом Клаузиусом в термодинамике
в 1865 году для определения меры необратимого
рассеивания энергии, меры отклонения реального
процесса от идеального.
Энтропия остается
процессах,
и
в
увеличивается.
постоянной в
необратимых
обратимых
процессах
Рудольф Клаузиус

41.

Термодинамика
Энтальпия это
тепловая функция, теплосодержание или функция состояния
термодинамической системы, определяемая как сумма внутренней энергии и
произведения давления на объём
H = U + p*V
Из Первого закона термодинамики:
dU = TdS – PdV,
где Т – термодинамическая температура, S – энтропия
В изобарном процессе (т.е.при постоянном P) изменение энтальпии:
H2 – H1 = U2 – U1 + P*(V2-V1) = Q
равное сумме изменения внутренней энергии U2 − U1 и совершённой системой работы
P*(V2 − V1) в силу первого начала термодинамики равно количеству теплоты Q, сообщенной
системе.

42.

Охлаждение
Охлаждение — это действие снижения температуры, что на практике
требует удаления теплоты от тела или среды и сброса его при более
высокой температуре.
Таким образом, охлаждение — это наука о перемещении теплоты от
низкой температуры к высокой температуре.
Помимо охлаждения и замораживания, холодильная технология
применяется в кондиционировании воздуха и тепловых насосах

43.

Охлаждение
Идеальный тепловой двигатель, E, приводящий в движение идеальный холодильник (тепловой насос), P
Соотношение между Q1, Q2 и W зависит только от температур горячего и холодного резервуаров.
Французский физик Сади Карно (1796–1832) был первым, кто предсказал, что соотношение между работой
и теплотой зависит от температуры, а идеальный процесс охлаждения известен как цикл Карно.

44.

Охлаждение
Минимальная работа W, необходимая для подъема количества тепла Q2 от температуры T0 до
температуры T1, определяется по формуле:
Эффективность процесса охлаждения обычно определяется как извлеченная теплота, деленная на
затраченную работу.
Это называется СОР, Холодильный коэффициент.
Идеальный СОР или СОР Карно получил свое название в честь Сади Карно и определяется по формуле:

45.

Теплота
Изменение температуры (К), энтальпии и фазового состояния воды

46.

Изменение фазового состояния вещества в зависимости от температуры и давления

47.

ОБЩИЕ ГАЗОВЫЕ ЗАКОНЫ
1. Закон Бойля гласит, что для идеального газа произведение давления и
объема при постоянной температуре является постоянной величиной:
2. Закон Шарля гласит, что для идеального газа объем при постоянном
давлении пропорционален абсолютной температуре:
Законы Бойля и Шарля можно объединить в уравнение идеального газа:
pV = (Сonstant) × T
(Сonstant) = масса × R , где R универсальная газовая постоянная, тогда:
pV = mRT

48.

ОБЩИЕ ГАЗОВЫЕ ЗАКОНЫ
Постоянная Бо́льцмана (k или kB) — физическая постоянная, определяющая
связь между температурой и энергией.
k = 1,380649 · 10−23 Дж/К
Т.е. при нагревании вещества на 1 К надо затратить 1,38 Дж энергии:
R = 8,31446261815324 Дж/(моль·К)

49.

ТЕПЛОПЕРЕДАЧА
Теплота будет переходить от горячего тела к более холодному, и это может
происходить следующими способами:
1. Проводимость. Непосредственно от одного тела, касающегося другого, или
через сплошную массу
2. Конвекция. С помощью теплоносителя, движущегося между одним и другим
телом
3. Излучение. В основном инфракрасными волнами (но также и в видимом
диапазоне, например, солнечное излучение), которые не зависят от контакта или
промежуточной жидкости.

50.

Проводимость.
Теплопроводность, в Вт/(мК) для различных распространенных материалов

51.

Конвекция
Конвекция требует наличия жидкой или газообразной среды, которая может
свободно перемещаться между горячими и холодными телами. Этот режим
теплопередачи сложен и зависит, прежде всего, от того, является ли поток
жидкости «естественным», т. е. вызванным тепловыми потоками, возникающими
в жидкости при ее расширении, или «принудительным», генерируемыми
вентиляторами или насосами. Другими параметрами являются плотность,
удельная теплоемкость и вязкость жидкости, а также форма взаимодействующей
поверхности.
Для турбулентного течения газа или жидкости в трубах выражает скорость
теплопередачи через характеристику потока и свойства жидкости:
Nu = 0.023 (Re)0.8(Pr)0.4

52.

Конвекция
Формулы, выраженные через коэффициенты теплопередачи при различных условиях течения жидкости.

53.

Конвекция
Если теплота передается через плоское твердое тело, находящееся между двумя
жидкостями, на поверхностях будут конвективные сопротивления. Общая
теплопередача должна учитывать все эти сопротивления, а удельная пропускаемость,
или значение «U», определяется по формуле:
Rt = Ri + Rc + Ro
U = 1/Rt
где:
Rt = полное тепловое сопротивление
R i = внутреннее конвективное сопротивление
Rc = сопротивление теплопроводности
RO = внешнее конвективное сопротивление

54.

Конвекция
Типичные общие тепловые коэффициенты пропускаемости:
Изолированная пустотная кирпичная стена толщиной 260 мм,
защищенная снаружи
0.6 Вт/(м2K)
Охлажденная вода внутри медной трубки, принудительный
поток воздуха снаружи
15–28 Вт/(м2K)
Конденсирующийся аммиачный газ внутри стальной трубки,
тонкая пленка воды снаружи
450–470Вт / (м2K)
Общий коэффициент теплопередачи U используется для расчета общего теплового
потока. Для плоской поверхности площадью A и постоянной разности температур Δ T
он равен:
Qf = A × U × ΔT

55.

Конвекция
Изменение температурного напора охлаждаемой жидкости

56.

Конвекция
При условии, что скорости потока постоянны, коэффициенты теплопередачи не
изменяются, а удельные теплоемкости постоянны во всем рабочем диапазоне,
средняя разность температур по длине кривой определяется по формуле:
Это применимо к любой передаче теплоты, где одна или обе среды изменяют
температуру (см. следующий слайд). Этот производный термин является
логарифмической
средней
разностью
температур
(LMTD)
и
может
использоваться как ΔT в общем уравнении, при условии, что U является
постоянным во всем диапазоне охлаждения, или известно среднее значение,
что дает:
Qf = A × U × LMTD

57.

Конвекция
Изменение температуры:
(a) Охлаждающий жидкий хладагент.
(b) Жидкость охлаждающая хладагент.
(c) Две однофазные среды

58.

Излучение
Закон Стефана-Больцмана:
Энергетическая светимость абсолютно черного тела пропорциональна
четвертой степени абсолютной температуры, зависит от цвета, материала и
текстуры поверхности:
Qf = σεT4
где «σ» постоянная Стефана (= 5.67 ×10- 8 Вт/(м2 K4 )) и «ε» излучательная
способность поверхности.
Ниже показаны коэффициенты излучения для обычных материалов, которые
выражаются как отношение к излучению абсолютно черного тела, а именно:
Грубые поверхности, такие как кирпич, бетон или
плитка, независимо от цвета
0.85–0.95
Металлические краски
0.40–0.60
Неполированные металлы
0.20–0.30
Полированные металлы
0.02–0.28
Металлы, используемые в системах охлаждения и кондиционирования воздуха,
такие как сталь, медь и алюминий, быстро окисляются или тускнеют на воздухе, а
показатель излучательной способности увеличивается до значения, близкого к 0,50.

59.

Комфорт
Составляющие «комфорта»
ТЕПЛОВОЙ
КОМФОРТ
ОСВЕЩЕННОСТЬ
КОМФОРТ
КАЧЕСТВО
ВОЗДУХА
УРОВЕНЬ
ШУМА

60.

Комфорт
Стандарт ISO 7730 определяет человеческий комфорт как «состояние
ума, выражающее удовлетворение температурной средой».

61.

Комфорт
Когда тело становится слишком
теплым, запускаются два процесса:
сначала кровеносные сосуды
расширяются, увеличивая приток
крови к коже, а затем человек
начинает потеть. Потоотделение
является эффективным средством
охлаждения, поскольку энергия,
необходимая для испарения пота,
берется из кожи. Повышение
температуры тела всего на несколько
десятых градуса может
стимулировать выработку пота, что в
четыре раза увеличивает потерю
тепла организмом

62.

Комфорт
Человек считает среду комфортной,
если в ней нет никакого теплового
дискомфорта. Первым условием
комфорта является термическая
нейтральность, что означает, что
человек не чувствует себя ни слишком
тепло, ни слишком холодно.

63.

Комфорт
Уравнение Комфорта
Уравнение комфортной температуры кожи и потоотделения можно
объединить с уравнением энергетического баланса организма, чтобы
получить уравнение комфорта. Это уравнение описывает связь между
измеримыми физическими параметрами и термически нейтральным
ощущением, испытываемым «средним» человеком.

64.

Комфорт
Уравнение Комфорта
Необходимо определить:
МЕТ – показатель метаболизма
CLO – Показатель теплоизоляции тела (одежда)

65.

Комфорт
Уравнение Комфорта
Необходимо измерить:
Температуру воздуха + Среднюю температуру излучения + Скорость
движения воздуха + Влажность воздуха
или
Рабочую температуру + Скорость движения воздуха + Влажность воздуха
или
Эквивалентную температуру +Влажность воздуха

66.

Комфорт
Оценка интенсивности метаболизма
Обмен веществ — это двигатель
организма, и количество энергии,
высвобождаемой в результате
метаболизма, зависит от количества
мышечной активности.
Традиционно метаболизм измеряется в
Мет (1 Мет = 58,15 Вт/м2 поверхности
тела). У обычного взрослого человека
площадь поверхности составляет 1,7
м2, и человек в тепловом комфорте с
уровнем активности 1 Мет будет иметь
тепловые потери примерно 100 Вт.

67.

Активность человека
Уровни метаболизма [M]
Вт/м2
Met
-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------Отдых полулежа
46
0,8
Сидячее расслабление
58
1,0
Ремонтник часов
65
1,1
Стоячее расслабление
70
1,2
Сидячая деятельность офис, жилье, школа, лаборатория
70
1,2
Вождение автомобиля
80
1,4
Графическая профессия - Переплетчик книг
85
1,5
Стояние, легкая деятельность (покупки, лаборатория, легкая промышленность)
93
1,6
Учитель
95
1,6
Домашняя работа - бритье, умывание и одевание
100
1,7
Ходьба по поверхности, 2 км/ч
110
1,9
Стояние, средняя активность (продавец, домашняя работа)
116
2,0
Строительная промышленность - Укладка кирпича (блок 15,3 кг)
125
2,2
Мытье посуды стоя
145
2,5
Домашняя работа - сгребание листьев на газоне
170
2,9
Домашняя работа - мытье вручную и глажка (120-220 Вт/м2)
170
2,9
Железо и сталь - трамбовка формы пневматическим молотом
175
3,0
Строительная промышленность - формовка формы
180
3,1
Ходьба по уровню, 5 км/ч
200
3,4
Лесное хозяйство - резка поперек волокон одноручной электропилой
205
3,5
Сельское хозяйство - Вспашка упряжка лошадей
Строительная промышленность - погрузка бетономешалки камнями и
раствором
235
4,0
275
4,7
Спорт - Катание на коньках, 18 км/ч
360
6,2
Сельское хозяйство - копание лопатой (24 подъема/мин.)
380
6,5
Спорт - Катание на лыжах по ровному, хорошему снегу, 9 км/ч
405
7,0
Лесное хозяйство - работа топором (вес 2 кг. 33 удара/мин.)
500
8,6
Спорт - Бег, 15 км/ч
550
9,5

68.

Комфорт
Расчет показателя теплоизоляции (одежда)
Одежда уменьшает потерю тепла телом. Поэтому одежда классифицируется
по ее изоляционным свойствам. Обычно для измерения изоляционных
свойств одежды используется единица Clo, но часто встречается и более
техническая единица м2°C/Вт (1 Clo = 0,155 м2°C/Вт).

69.

Комфорт
Теплоизоляция для одежды:

70.

Комфорт
Что такое средняя температура излучения и как ее измерить?
Средняя температура излучения окружающей среды определяется как
равномерная температура воображаемого черного помещения, которая
приводит к такой же потере теплоты путем излучения от человека, как и
фактическое помещение.
Ti - Температура поверхности участка поверхности I (ºC).
Fp-I – Угловой фактор между человеком и поверхностью i

71.

Комфорт
Реальное помещение
Условное помещение
R=R1
Способ определения и расчета интегрированных температур можно
объяснить с помощью рисунка. Обоснование всех трех упомянутых
температур одинаково.

72.

Комфорт
t0 – рабочая температура в помещении
teq - эквивалентная температура в помещении при Va=0
TE* - Va в реальном помещении, RH = 50%

73.

Комфорт
Как создать тепловой комфорт
При оценке рабочего места мы часто говорим о комфортной температуре (tco),
которая определяется как эквивалентная температура, при которой человек
чувствует себя термически комфортно. Мы редко говорим о комфортной
влажности, это отчасти связано с трудностью ощущения влажности в воздухе,
а отчасти с тем, что влажность оказывает лишь незначительное влияние на
теплообмен человека, когда он близок к состоянию теплового комфорта.

74.

Комфорт
Индексы PMV и PPD
Если тепловой комфорт на рабочем месте не идеален, насколько он далек от
идеала? Или в каких пределах мы должны поддерживать температуру и влажность,
чтобы обеспечить разумный тепловой комфорт?
Ответы на эти вопросы можно получить из индекса PMV (Predicted Mean Vote).
Индекс PMV предсказывает среднее значение субъективных оценок группы людей
в данной среде. Шкала PMV представляет собой семибалльную шкалу
температурных ощущений в диапазоне от -3 (холодно) до +3 (жарко), где 0
представляет собой термически нейтральное ощущение.
Даже когда индекс PMV равен 0, все равно будут некоторые люди, недовольные
уровнем температуры, независимо от того, что все они одеты одинаково и имеют
одинаковый уровень активности — оценка комфорта немного отличается от
человека к человеку.
Чтобы предсказать, сколько людей недовольны данной тепловой средой, был
введен индекс PPD (Predicted Percentage of Dissatisfied). В индексе PPD люди,
которые голосуют на -3, -2, +2, +3 по шкале PMV, считаются термически
неудовлетворенными.

75.

Комфорт
ГОСТ Р ИСО 7730-2009
PMV - Предсказанное усредненное решение
(Predicted Mean Vote)
Индекс PMV это предсказанное усредненное решение о степени
комфортности, принятое большим числом людей по 7 балльной
шкале:
-3
-2
-1
0
1
2
3
Холодно
Прохладно
Слегка
прохладно
Нормально
Слегка
тепло
Тепло
Жарко

76.

Комфорт
ГОСТ Р ИСО 7730-2009
PPD - Предсказанный процент неудовлетворенных
(Predicted Percentage of Dissatisfied)
Соотношение между PMV и PPD

77.

Комфорт
Локальный тепловой дискомфорт
Даже если человек ощущает тепловую нейтральность, части тела могут подвергаться
воздействию условий, которые приводят к тепловому дискомфорту. Этот локальный тепловой
дискомфорт невозможно устранить повышением или понижением температуры в
помещении. Необходимо устранить причину локального перегрева или охлаждения.

78.

Комфорт
Локальный тепловой дискомфорт
В целом, локальный тепловой дискомфорт можно сгруппировать под одним из следующих
четырех заголовков:
1. Локальное конвективное охлаждение тела, вызванное сквозняком
2. Охлаждение или нагревание частей тела излучением. Это известно как проблема
асимметрии излучения.
3. Холодные ноги и теплая голова одновременно, вызванные большими вертикальными
перепадами температуры воздуха.
4. Горячие или холодные ноги, вызванные некомфортной температурой пола.

79.

Комфорт
Сквозняки
Сквозняки являются наиболее
распространенной жалобой, когда речь идет
о климате в помещениях с
кондиционированием воздуха, транспортных
средствах и самолетах. Человек не может
чувствовать скорость воздуха, поэтому на
самом деле люди жалуются на
нежелательное локальное охлаждение тела.
Считается, что именно многочисленные
резкие перепады температуры кожи,
вызванные колебаниями, инициируют
отправку чрезмерных сигналов
дискомфорта от датчиков холода.
Колебания с частотой 0,5 Гц являются
наиболее дискомфортными, в то время как
частоты выше 2 Гц не ощущаются.

80.

Комфорт
Асимметрия теплового излучения
Если вы встанете перед пылающим костром в холодный день, через некоторое время
ваша спина начнет ощущать дискомфортно холодную. Этот дискомфорт нельзя
устранить, приблизившись к огню, что приведет к повышению температуры тела. Это
пример того, как неравномерное тепловое излучение может привести к тому, что тело
будет чувствовать себя некомфортно. Для описания этой неравномерности в поле
теплового излучения используется параметр Асимметрия радиационной температуры.

81.

Комфорт
Асимметрия теплового излучения
Параметр Асимметрия температуры излучения может быть получен двумя способами.
Один из них — измерение tpr в двух противоположных направлениях с помощью
преобразователя, который интегрирует входящее излучение на небольшой плоский
элемент из полушария вокруг него. Другой способ — измерение температур всех
окружающих поверхностей и последующее вычисление Асимметрии температуры
излучения.

82.

Комфорт
Разница температуры воздуха по вертикали
Обычно неприятно, когда вокруг головы тепло, а
вокруг ног холодно, независимо от того, вызвано
ли это излучением или конвекцией.
Эксперименты проводились с людьми в
состоянии тепловой нейтральности. Результаты,
отображенные на диаграмме, показали, что
разница температур воздуха в 3°C между головой
и ногами дает уровень неудовлетворенности 5%.
Вертикальная разница температур воздуха
выражается как разница между температурой
воздуха на уровне лодыжки и температурой
воздуха на уровне шеи.

83.

Комфорт
Температура пола
Из-за непосредственного контакта ступней с полом
локальный дискомфорт в ступнях часто может
быть вызван слишком высокой или слишком
низкой температурой пола.
Теплопотери, помимо температуры пола зависят
от других параметров, таких как теплопроводность
и теплоемкость материала, из которого сделан
пол. Именно разница в теплопроводности и
теплоемкости делает деревянные полы теплыми
на ощупь, а мраморные — холодными.
Стандарт ISO 7730 устанавливает уровни
комфорта при сидячей активности на уровне 10%
неудовлетворенных. Это приводит к приемлемым
температурам пола в диапазоне от 19°C до 29°C.

84.

Комфорт
Для оценки теплового комфорта на рабочем месте для малоподвижной деятельности ISO 7730
предлагает следующие требования:
• -0,5 < PMV < +0,5 • DR < 15% на шее и лодыжке.
• Вертикальная разница температуры воздуха от лодыжки до головы должна быть менее
3°C.
• Асимметрия температуры излучения от холодных окон должна быть менее 10°C.
• Асимметрия температуры излучения от теплых потолков должна быть менее 5°C.
• Температура поверхности полов должна быть от 19°C до 29°C.
• Относительная влажность должна быть от 30% до 70%.

85.

Комфорт
Уравнения теплового баланса, комфорта и индекса PMV

86.

Комфорт
Например: https://comfort.cbe.berkeley.edu/

87.

Комфорт
Зона оптимального
комфорта
PMV=0.2
PPD=5%
Интерактивная диаграмма Мольера
ГОСТ Р ИСО 7730-2009

88.

Способы получения холода
Методы охлаждения могут быть классифицированы как:
• Естественное охлаждение
• Нециклические,
• Циклические,
•Термоэлектрические,
• Магнитные.

89.

Способы получения холода
Естественное охлаждение
Радиационное охлаждение
Яхчал — это не просто купол из глины, а целое
произведение
инженерного
искусства.
Традиционный яхчал состоит из надземной части
— купола, который виднеется на поверхности, и
подземного хранилища, где располагались
запасы льда и продуктов. Лед в яхчалах
образуется из воды, которая течет по системе
акведуков или привозится с гор. Вода, текущая по
подземным тоннелям, поступает в нижнюю часть
яхчала и здесь замерзает во время холодных
ночей.

90.

Способы получения холода
Естественное охлаждение
Радиационное охлаждение

91.

Способы получения холода
Естественное охлаждение
Радиационное охлаждение

92.

Способы получения холода
Естественное охлаждение
В былые времена охлаждение достигалось естественными средствами,
такими как, например, использование льда или испарительного
охлаждения. Раньше лед был либо:
1. Привезено из более холодных регионов,
2. Собран зимой и хранится в ледниках для летнего использования

93.

Способы получения холода
Естественное охлаждение
Фредерик Тюдор: Король льда

94.

Способы получения холода
Нециклическое охлаждение
Нециклическое охлаждение осуществляется за счет таяния льда или
сублимации сухого льда (твердой формы углекислого газа). Эти методы
используются для небольших холодильников, например, в лабораториях
и мастерских, или для переносных холодильников.

95.

Способы получения холода
Искусственное охлаждение
Процесс охлаждение тела ниже температуры окружающей среды
называется искусственным охлаждением
Искусственное охлаждение (англ. refrigeration) — отвод теплоты из
пространства, вещества или системы, чтобы понизить и/или
поддерживать их температуру ниже температуры окружающей
среды (пока отведенная теплота отбрасывается в окружающую
среду при более высокой температуре)

96.

Способы получения холода
Искусственное охлаждение
При циклических методах охлаждения теплота отводится от
низкотемпературной камеры охлаждения в окружающую среду при
прохождении термодинамического цикла в результате внешней
механической работы.
Циклические
• Испарительные
• Термоэлектрические
• Парокомпрессионные
• Абсорбционные
Способ получения холода определяет принцип работы
холодильного агрегата и является основным критерием выбора.

97.

Диаграмма влажного воздуха Рамзина

98.

Психрометрическая диаграмма Молье
Диаграмм Тст — Твт (насыщения) – относительная влажность ϕ

99.

H-d Диаграмма влажного воздуха

100.

Способы получения холода
Процесс адиабатического (испарительного) охлаждения воздуха

101.

Способы получения холода
Процесс адиабатического (испарительного) охлаждения воздуха

102.

Способы получения холода
Процесс адиабатического (испарительного) охлаждения воздуха
Испарительный охладитель, охладитель/кондиционер испарительного
типа, (биокондиционер) — устройство, охлаждающее воздух с помощью
испарения воды. В его основе лежит использование большой удельной теплоты
испарения воды. Температура сухого воздуха может быть существенно снижена
с помощью фазового перехода жидкой воды в пар, и этот процесс требует
значительно меньше энергии, чем компрессионное охлаждение.

103.

Способы получения холода
Термоэлектрическое охлаждение
Термоэлектрическое охлаждение основано на использовании эффекта
Пельтье, заключающегося в том, что при прохождении постоянного тока по
замкнутой цепи из разных проводников в месте их контакта поглощается или
выделяется теплота (в зависимости от направления тока).
Перепад температур между горячими и холодными спаями составляет до
45—50°C.

104.

Способы получения холода
Термоэлектрическое охлаждение
Эффект Пельтье

105.

Способы получения холода
Диаграмма состояния вещества (вода)

106.

Способы получения холода
Парокомпрессионный холодильный цикл
Критическая точка
Давление
Переохлажденная жидкость
Перегретый пар
Насыщенная жидкость
Насыщенный пар
Паро-жидкостная смесь
Энтальпия

107.

Цикл Карно
Простой парокомпрессионный цикл со значениями давления и энтальпии для R134a

108.

Цикл Карно
Для простого контура, использующего рабочую жидкость хладагент R134a,
испаряющийся при -5°C и конденсирующийся при 35°C, давления и энтальпии
будут такими, как показано на диаграмме:
• Энтальпия жидкости, поступающей в испаритель = 249,7 кДж/кг
• Энтальпия насыщенного пара, выходящего из испарителя = 395,6 кДж/кг
• Эффект охлаждения = 395,6 - 249,7 = 145,9 кДж/кг
• Энтальпия перегретого пара, выходящего из компрессора (изоэнтропическое
сжатие) = 422 кДж/кг

109.

Цикл Карно
Передача теплоты через стенки испарителя и конденсатора требует разницы температур, как
показано на схеме. Чем больше поверхности теплообменников, тем меньше будет разница
температур, и, следовательно, тем ближе будут температуры жидкости к температурам нагрузки
и конденсирующей среды.
КПД цикла зависит от разницы температур конденсатора и испарителя.
Повышение температуры или «подъем» холодильного цикла увеличивается вследствие
разницы температур в испарителе и конденсаторе

110.

Цикл Карно
Значения COP для охлаждения (компенсации тепловой нагрузки) при температуре -5°C и температуре
наружного воздуха 35°C (хладагент R404A)
ΔT в испарителе и конденсаторе (K)
0
5
10
Температура кипения (°C)
-5
-10
-15
Температура конденсации (°C)
35
40
45
Температурный напор (K)
40
50
60
Давление кипения, бар (абс.)
5,14
4,34
3,64
Давление конденсации, бар (абс.)
16,08
18,17
20,47
Степень сжатия компрессора
3,13
4,19
5,62
СОР Карно (холодильного цикла)
6,7
5,26
4,3
СОР, идеального парокомпрессионного цикла 1
4,96
3,56
2,62
СОР цикла с 70% эффективностью сжатия 2
3,47
2,49
1,83
Коэффициент эффективности системы, SEI 3
0,518
0,372
0,273
1 Идеальный парокомпрессионный цикл с постоянным энтальпийным расширением и изоэнтропическим адиабатическим сжатием с
хладагентом R404A.
2 Цикл, как указано выше, с эффективностью сжатия 70% с R404A и без других потерь.
3 SEI (System efficiency index) — это отношение фактического COP к COP Карно относительно тепловой нагрузки и температуры
наружного воздуха, т. е. когда разность температур теплообменника ΔT равна нулю. SEI уменьшается по мере увеличения ΔT из-за
менее эффективных теплообменников. Значения показаны для цикла с 70% эффективной компрессией. Фактические значения будут
иметь тенденцию к снижению из-за гидравлического сопротивления и других потерь.

111.

Цикл Карно
В Таблице показано, как уменьшается КПД Карно по мере увеличения подъема
температуры цикла из- за большей разницы температур теплообменника ΔT.
Практические эффекты размера теплообменника можно обобщить следующим
образом:
Больший испаритель:
(1) Более высокое давление всасывания, что обеспечивает более плотный газ,
поступающий в компрессор, и, следовательно, большую массу газа для заданного
рабочего объема, и, следовательно, более высокую холодопроизводительность;
(2) Более высокое давление всасывания, поэтому более низкая степень сжатия и
меньшая потребляемая мощность для заданной производительности.
Больший конденсатор:
(1) Более низкая температура конденсации и более холодная жидкость, поступающая
в расширительный клапан, что обеспечивает больший охлаждающий эффект;
(2) Более низкое давление нагнетания, поэтому более низкая степень сжатия и
меньшая потребляемая мощность.

112.

Пример:
Цикл Карно
Холодильный контур охлаждает помещение до 0°C, используя наружный воздух при 30°C
для отвода теплоты. Хладагент — R134a. Разница температур на испарителе и конденсаторе
составляет 5 K. Найдите КПД Карно для процесса, КПД Карно для холодильного цикла и КПД
идеального цикла компрессии пара при использовании R134a.
КПД Карно для охлаждения до 0°C (273 K) при отводе теплоты при 30°C (303К)
Температура испарения –5°C, конденсации 35°C, КПД Карно
Для хладагента R134a Холодопроизводительность = 395.6 - 249.7 = 145.9 кДж/кг
Потребляемая энергия компрессором = 422.5 - 395.6 =26.9 кДж/кг
СОР идеального холодильного цикла для R134a

113.

Способы получения холода
Парокомпрессионный холодильный цикл
Дросселирование
Конденсация
Испарение
Идеальный цикл холодильной машины

114.

Парокомпрессионный холодильный цикл

115.

Способы получения холода
Парокомпрессионный холодильный цикл
Идеальный цикл холодильной машины

116.

Способы получения холода
Парокомпрессионный холодильный цикл
Переохлаждение
ΔР нагнетания
Δ Р конденсатора
ΔР всасывания
Δ Р испарителя
Перегрев
Реальный цикл холодильной машины

117.

Способы получения холода
Парокомпрессионный холодильный цикл
Реальный цикл холодильной машины

118.

Способы получения холода
Парокомпрессионный холодильный цикл
Диаграмма «Давление – Энтальпия» для хладагента R410a

119.

Способы получения холода
Парокомпрессионный холодильный цикл
Цикл холодильной машины в диаграмма «Давление – Энтальпия»
для хладагента R410a

120.

Парокомпрессионный холодильный цикл
Пример: Бытовой кондиционер. Схема гидравлическая

121.

Прямой парокомпрессионный холодильный цикл
Охлаждение
Дросселирование
Конденсация
Испарение

122.

Обратный парокомпрессионный холодильный цикл
Нагрев
Дросселирование
Конденсация
Испарение

123.

Способы получения холода
Абсорбционные холодильные машины и тепловые насосы

124.

Способы получения холода

125.

Способы получения холода
Сорбция
аБсорбция
аДсорбция

126.

Способы получения холода
Опыт Фарадея
Майкл Фараде́й
(Michael Faraday)
1791 - 1867
Элементарная операция прерывистого цикла абсорбции
Майкл Фарадей в 1824 г. провел серию опытов по ожижению
некоторых «фиксированных» газов, которые, по мнению некоторых
ученых, могут существовать только в виде пара. Среди них был и
аммиак, который всегда считался фиксированным газом.

127.

Способы получения холода
Фердинанд Филипп Карре
(Ferdinand Philippe Carré)
1824 - 1900
Абсорбционная холодильная машина Ф. Карре
Фердинанд Карре придумал способ получения искусственного холода
путем абсорбции с использованием водно-аммиачной смеси. В 1862
году на выставке в Лондоне он представил свою машину,
производившую до 200 кг льда в час.

128.

Способы получения холода
Рабочие пары: Хладагент / Абсорбент
Хладагент
H2 0
NH3
SO2
Абсорбент
Соли
Щелочные галогениды
LiBr
LiCl03
CaCl2
ZnCl2
ZnBr
Щелочные нитраты
Щелочные тиоцианаты
Щелочные гидроксиды
Кислоты
H2S04
H3P04
H2 0
Органические растворители

129.

Способы получения холода
Зависимость температуры кипения воды от давления
P (атм)
P (кПа)
T oC
0,006
0,6
0,00
0,01
1,01
6,70
0,012
1,20
10,00
0,02
2,03
17,20
0,04
4,05
28,64
0,073
7,40
40,00
0,1
10,13
45,45
0,2
20,27
59,67
0,3
30,40
68,68
0,4
40,53
75,42
0,5
50,66
80,86
0,6
60,80
85,45
0,7
70,93
89,45
0,8
81,06
92,99
0,9
91,19
96,18
1,00
101,33
99,09
1,033
104,67
100,00

130.

Способы получения холода
Взаимодействие внутри пары: Хладагент / Абсорбент
Водяной пар
Бромистый литий
(соль)

131.

Способы получения холода
Взаимодействие внутри пары: Хладагент / Абсорбент
Водяной пар
Концентрированный
раствор LiBr
Внешний источник
теплоты

132.

Способы получения холода
Абсорбционные машины с тепловым приводом

133.

Способы получения холода
Диаграмма Дюринга для смеси Н2О – LiBr «Давление – Температура»

134.

Одноступенчатый цикл паровой абсорбционной машины
Цикл водоохлаждающей машины на базе H2O – LiBr в Диаграмме Дюринга

135.

Абсорбционный цикл
Абсорбционный цикл (базовый)

136.

Абсорбционный цикл
Абсорбционный цикл с теплообменом

137.

Абсорбционный цикл

138.

Абсорбцтонные
Способы получения холода
Абсорбционные холодильные машины
Для функционирования тепловой машины необходимы следующие
составляющие: источник тепла с более высоким температурным уровнем,
источник тепла с более низким температурным уровнем и рабочее тело.
Технология абсорбции и является примером технологии с тепловым
приводом.

139.

Принципиальная схема простого цикла абсорбции

140.

Абсорбцтонные
Абсорбционные
Способы получения холода

141.

Обзор цикла абсорбции:
Испаритель

142.

Обзор цикла абсорбции:
Абсорбер

143.

Обзор цикла абсорбции:
Генератор (Десорбер)

144.

Обзор цикла абсорбции:
Конденсатор

145.

Одноступенчатый цикл паровой абсорбционной машины
Принципиальная схема работы

146.

Сравнение парокомпрессионного цикла и цикла абсорбции

147.

148.

Использование газа

149.

Использование газа

150.

Использование пара

151.

Использование пара

152.

Принцип тригенерации

153.

Схема тригенерации

154.

Воздушный цикл охлаждения
Воздушный цикл – работа детандера обеспечивает часть работы, подводимой к компрессору.
Основное применение этого цикла — кондиционирование воздуха и наддув в авиации. Турбины,
используемые для сжатия и расширения, вращаются на очень высоких частотах для получения
необходимых отношений давления и, следовательно, сильно шумят. КПД ниже, чем у других
систем.

155.

156.

Центральные системы кондиционирования
Системы с промежуточным теплоносителем: Воздух
Система кондиционирования с постоянным расходом воздуха (CAV)

157.

Центральные системы кондиционирования
Системы с промежуточным теплоносителем: Вода
Система кондиционирования с вентиляторными доводчиками (Fancoils)

158.

Системы технологического охлаждения

159.

Системы технологического охлаждения
Промышленный сегмент
Резина и пластмасса
Металлургия
Лазерная технология
Применение
Формовка
Процесс охлаждения
Охлаждение пресс-формы и гидравлического масла
Экструзия
Непосредственное охлаждение готовых изделий
Прессование
Охлаждение гидравлического контура
Гальванопластика и анодирование
Отвод теплоты от изделия и от процесса
Формовка
Отвод теплоты от изделия и от процесса
Сварка, резка, маркировка
Охлаждение генератора и лазерной оптики
Производство пищевых продуктов и напитков
Виноделие и пивоварение
Осветление, стабилизация, ферментация, розлив
Смешение
Управление пастеризацией
Управление ферментацией
Фасовка
Отвод теплоты от изделия и от процесса
Обработка металлов
Сварка, резка, гибка, штампование, перфорация
Отвод теплоты от гидравлического масла и от электроприводов
Химические процессы
Производство краски, фармацевтики, косметики
Управление химическими реакциями
Прессование
Охлаждение гидравлической жидкости
Испытательные стенды
Охлаждение гидравлической жидкости
Производство
ПЭТ, КТ, МРТ сканирование
Охлаждение гидравлического контура
Охлаждение сканеров
Охлаждение гидравлического контура (в т.ч. и непосредственно
жидкости)
Пищевые продукты и напитки
Гидравлика
Производство бумаги
Медицина
Металлобрабатывающие станки
Электроника
Технические газы
Возобновляемая энергетика
Молочные продукты
Охлаждение гидравлической жидкости
Центры обработки данных (ЦОД)
Отвод теплоты от электронных устройств
Производство азота, технических газов, сжатого
Охлаждение теплообменников газ-вода
воздуха, озона
Охлаждение и удалении влаги из природного газа, биоОхлаждение теплообменников газ-вода
газа, синтез-газа

160.

Типы водоохлаждающих машин
Конденсаторы водоохлаждающих машин

161.

Варианты источников теплоты агрегатов
следующие.
С воздушным охлаждением или «воздух - вода»:
Это означает, что теплота отбирается из наружного воздуха и
передается внутренней водяной системе во время функции
нагрева.
Для функции охлаждения агрегат отбирает теплоту из
внутренней водяной системы и передает ее наружному
воздуху.

162.

Типы водоохлаждающих машин
Мини чиллеры, реверсивные

163.

Типы водоохлаждающих машин
Водоохлаждающие машины с воздушным охлаждением конденсатора (моноблок)

164.

Варианты источников теплоты агрегатов
следующие.
С водяным охлаждением конденсатора или «вода - вода»:
Это означает, что теплота отбирается из наружного водяного
контура и передается внутренней водяной системе во время
функции нагрева. Для функции охлаждения блок извлекает
теплоту из внутренней водяной системы и передает ее воде
наружного водяного контура, которая может быть
направлена ​в градирню / в замкнутый водяной контур или в
природный водоем.

165.

Типы водоохлаждающих машин
Водоохлаждающие машины с водяным охлаждением конденсатора

166.

Типы водоохлаждающих
машин
Сравнение
машин в воздушным
и водяным
конденсатором