Теоретичні відомості. За своїм призначенням теплові машини поділяються на три основні типи: теплові двигуни, холодильні машини та теплові насоси.

За своїм призначенням теплові машини поділяються на три основні типи: теплові двигуни, холодильні машини та теплові насоси.

На рис. 1 зображений цикл ідеальної теплової машини – цикл Карно. Він складається з двох адіабатних і двох ізотермічних процесів.

В теплових двигунах механічна робота продукується за рахунок передачі теплоти від більш нагрітого тіла - нагрівника - через робоче тіло до більш холодного тіла – холодильника (рис. 2). Термічний ККД довільної теплової машини :

η_{Т =} . (1)

Відомо (теорема Карно), що при заданих температурах нагрівача і охолоджувача найбільший ККД буде мати ідеальна машина Карно, для якого справедлива формула: η_Т =(Т₁ –Т₂)/Т₁ .

Теплові насоси за рахунок виконуваної роботи та теплоти, що відбирається з середовища (з меншою температурою), нагрівають тіла, які мають вищу температуру. Теплові насоси можуть знайти широке застосування для потреб опалення тоді, коли є джерело теплоти з порівняно низькою температурою. Робота теплового насоса полягає в тому, що за рахунок теплоти джерела з низькою температурою Т₂ ( Т₂ <Т₁ ) у випарнику (рис. 3) відбувається випаровування робочого тіла з низькою температурою кипіння (фреони, аміак).

Утворена пара надходить до компресора, в якому температура робочого тіла підвищується від Т₂ до Т₁. Внаслідок зовнішньої роботи А компресор здійснює стиснення робочої речовини.

Потім утворена пара з температурою Т₁ надходить у конденсатор 2, де в процесі конденсації віддає теплоту рідині, яка циркулює в опалюваній системі. Утворений конденсат робочого тіла надходить в дросельний вентиль В, в якому дроселюється з пониженням тиску від Р₁ до Р₂. Після дросельного вентиля робоче тіло у вигляді рідини знову потрапляє у випарник 1.

Ефективність дії теплового насоса оцінюється коефіцієнтом перетворення:

. (2)

Якби тепловий насос працював за оберненим циклом Карно, то

. (3)

У холодильних машинах при виконанні зовнішньої роботи теплота від тіла, що охолоджує, передається в навколишнє середовище (рис. 4).

Ефективність дії холодильної машини визначається холодильним коефіцієнтом, який визначається відношенням теплоти, відведеної в оберненому циклі від робочого тіла, до виконаної зовнішньої роботи:

^. (4)

Холодильні машини за типом робочих тіл поділяють на газові та парові.

Другою практично важливою характеристикою холодильної машини є холодопродуктивність. Холодопродуктивністю зветься відношення кількості теплоти Q₂, яка віднімається від охолоджуваних тіл, до часу, протягом якого відбувається цей процес:

. (5)

Холодопродуктивність вимірюється в джоулях за годину.