T I M O A L A KO N T I O L A , E E M E L I Å M A N , K A S P E R Å M A N

KYLMÄKONE & LÄMPÖPUMPPU TERMODYNAAMISENA SYSTEEMINÄ

TOIMINTAPERIAATE

• Termodynamiikan toinen laki

• Carnot’n kierto• Idealisaatio lämpövoimakoneesta• Hyötysuhde mahdollisimman suuri

• Kylmäkoneissa käytössä käänteinen Carnot’n kierto

CARNOT’N KIERTO

CARNOT -HYÖTYSUHDE

• Suurin mahdollinen hyötysuhde• Täydellinen palautuvuus• Häviöttömät prosessit

• Ei todellisuudessa mahdollinen

• Käytetään kylmä- ja lämpökertoimen tarkistamiseen• Ei voi olla suurempi kuin Carnot- hyötysuhde

KYLMÄKONE

• Tarkoitus pitää kylmävarastoa ympäristöään kylmempänä

• Käyttökohteita• Jääkaappi• Kylmävarasto• Ilmastointi

• Turbiinin tilalla paisuntaventtiili

TODELLINEN KYLMÄKONEKIERTO

TODELLINEN KYLMÄKONEKIERTO• Poikkeaa huomattavasti

idealisoidusta Carnot’n kierrosta• Kompressori ei toimi

isentrooppisesti• Lämmönsiirtoprosessit

eivät ole reversiibeleitä• Kompressorille menevä

fluidi kylläistä tai tulistettua höyryä• Parantaa kompressorin

kestävyyttä• Turbiini korvattu

paisuntaventtiilillä

TODELLISEN KYLMÄKONEKIERRON PH-PIIRROS

• Tila 1-2• Tulistettu höyry puristetaan

lauhduttimen paineeseen• Tila 2-3• Kylmäaine lauhdutetaan

lauhduttimessa. Lpt suurempi kuin lämpövarastossa.

• Tila 3-4• Alijäähtyminen lauhduttimessa.

Paisuntaventtiilissä paine laskee höyrystimen paineeseen.

• Tila 4-1• Höyrystimessä höyrystyy

tulistetuksi höyryksi

KYLMÄAINEEN VALINTA

• Valintaan vaikuttavia tekijöitä• Höyrystymis- ja lauhtumislämpötilat• Kompressorin tyyppi• Keskipakokompressori matalilla höyrystymispaineissa• Mäntäkompressori korkeammat paineet

• Hinta

KYLMÄAINEIDEN TIETOJAKylmäaineen numero Tyyppi Kemiallinen kaava Arvioitu GWP

R-12 CFC CCl2F2 10900R-11 CFC CCl3F 4750R-114 CFC CClF2CClF2 10000R-113 CFC CCl2FCClF2 6130R-22 HCFC CHClF2 1810R-134a HFC CH2FCF3 1430R-1234yf HFC CF3CF=CH2 4R-410A HFC R-32, R-125 1725  sekoitus

(50/50 Paino-%) 

R-407C HFC R-32, R-125, R-134a 1526

  sekoitus (23/25/52 Paino-%)  R-744 (hiilidioksidi) Luonnollinen CO2 1

R-717 (ammoniakki) Luonnollinen NH3 0R-290 (propaani) Luonnollinen C3H8 10R-50 (metaani) Luonnollinen CH4 25R-600 (butaani) Luonnollinen C4H10 10

MUITA KYLMÄKONETYYPPEJÄ• Kaskadikierto• Useampi kierto yhdistettynä

yhteen laitteeseen• Useita eri kylmäaineita

• Absorptiokylmäkone• Kompressorin sijasta kaasuna

oleva kylmäaine absorptoituu nesteeseen

• Paine nostetaan pumpulla lauhduttimen paineeseen

• Pienempi sähkötehon tarve• Kylmäaine täytyy erottaa

nesteestä ennen lauhdutinta• Suurempi energiantarve• Käyttökohteita

• Kaasujääkaappi

• Kaasukylmäkone• Kylmäaine pysyy kaasuna koko

prosessin ajan• Käyttökohteita• Braytonin kylmäkonekierto

• Nesteen ja kaasun jäähdytys hyvin alhaisiin lämpötiloihin

• Lentokoneen matkustamo

• Välijäähdytetty kylmäkone• Lauhduttimen jälkeen

höyryneste-seos menee erottimelle• Höyry erotetaan välijäähdyttimelle

• Välijäähdytin kahden kompressorin välissä

LÄMPÖPUMPPU

• Tarkoituksena tuoda lämpöä lämpövarastoon• Kylmävaraston lämpötilan laskiessa,

lämpöpumpun lämpökerroin pienenee• Esim. Ilmalämpöpumppu ei riittävä lämmönlähde kun

ulkoilman lämpötila laskee• Toisaalta maalämpöpumpun kylmävarasto maan alla• Hyvä lämpökerroin talvellakin

HARJOITUS

• Laske a) Kompressorin teho(kW), b) COP, c) Carnot’n lämpöpumppukierron COP, kun lämpövarastojen lämpötilat ovat 20°C & 5°C

PH-PIIRROS

RATKAISU

• Lasketaan massavirta:

• Lasketaan kompressorin teho:

• Lasketaan lämpökerroin:

• Lasketaan Carnot lämpökerroin

LÄHTEET

• Kylmälaitoksen suunnittelu• Principles of engineering thermodynamics• https://

fi.wikipedia.org/wiki/Carnot%E2%80%99n_kierto