Обратный цикл Карно

Цикл, в результате которого расходуется работа, называется обратным. В нем работа сжатия больше работы расширения. По обратным циклам работают холодильные установки. Осуществим цикл Карно в обратном направлении.

Рис. 1.11. Термодинамическая схема холодильной машины

Рис. 1.12. Обратный цикл Карно

в p,v – и T,s – координатах

Рабочее тело с начальными параметрами точки а расширяется адиабатно, совершая работу расширения за счет внутренней энергии, и охлаждается от температуры Т₁ до температуры Т₂. Дальнейшее расширение происходит по изотерме, и рабочее тело отбирает от нижнего источника с температурой Т₂ теплоту q₂. Далее газ подвергается сжатию сначала по адиабате, и его температура от Т₂ повышается до Т₁, а затем по изотерме (Т₁=const). При этом рабочее тело отдает верхнему источнику с температурой Т₁ количество теплоты q₁.

Работа сжатия в цикле больше работы расширения на величину площади abcd, ограниченной контуром цикла. Эта работа превращается в теплоту и вместе с теплотой q₂ передается верхнему источнику. Таким образом, затратив на осуществление обратного цикла работу l_ц , можно перенести теплоту от источника с низкой температурой к источнику с более высокой температурой. Холодный источник отдает количество теплоты q₂, а горячий получит количество теплоты q₁=q₂+l_ц.

Обратный цикл Карно является идеальным циклом холодильных установок и тепловых насосов.

В холодильной установке рабочими телами служат, как правило, пары легкокипящих жидкостей (фреон, аммиак и т.п.). Передача теплоты к окружающей среде происходит за счет затрат электроэнергии.

Эффективность холодильной установки оценивается холодильным коэффициентом.

Холодильный коэффициент – это отношение количества теплоты, отнятой за цикл от холодильной камеры, к затраченной в цикле работе:

. (1.16)

.

Холодильную установку можно использовать в качестве теплового насоса. Если для отопления помещения использовать электронагревательные приборы, то количество теплоты, выделенное в них, будет равно расходу электроэнергии. Если же это количество электроэнергии использовать в холодильной установке, горячим источником в которой является отапливаемое помещение, а холодным – наружная атмосфера, то количество теплоты полученное помещением:

где q₂ – количество теплоты взятое от наружной атмосферы;

l_ц – расход электроэнергии.

В данном случае , т.е. отопление с помощью теплового насоса выгоднее простого электрообогрева.