LABORATORIUM Z FIZYKI TECHNICZNEJ Ć W I C Z E N I E N R 7 WYZNACZANIE SPRAWNOŚCI POMPY CIEPŁA



Podobne dokumenty
Ćwiczenie Nr 558. Temat: Pomiar efektywności pompy ciepła.

Techniki niskotemperaturowe w medycynie

Bilans cieplny suszarni teoretycznej Termodynamika Techniczna materiały dla studentów

K raków 26 ma rca 2011 r.

Para wodna najczęściej jest produkowana w warunkach stałego ciśnienia.

POLITECHNIKA GDAŃSKA WYDZIAŁ MECHANICZNY Katedra Energetyki i Aparatury Przemysłowej PRACA SEMINARYJNA

Obiegi gazowe w maszynach cieplnych

Skraplarki Claude a oraz Heylandta budowa, działanie, bilans cieplny oraz charakterystyka techniczna

Instytut Fizyki Doświadczalnej Wydział Matematyki, Fizyki i Informatyki UNIWERSYTET GDAŃSKI

Lewobieżny obieg gazowy Joule a a obieg parowy Lindego.

TECHNIKI NISKOTEMPERATUROWE W MEDYCYNIE

Temat: Skraplarka La Rouge a i skraplarka Gersza. Karol Szostak Inżynieria Mechaniczno Medyczna

Temat: Skraplarka La Rouge a i skraplarka Gersza

b) Wybierz wszystkie zdania prawdziwe, które odnoszą się do przemiany 2.

Chłodnictwo i Kriogenika - Ćwiczenia Lista 7

Projekt Inżynier mechanik zawód z przyszłością współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

Temat: Skraplarka La Rouge a i skraplarka Gersza

WYZNACZANIE KRYTYCZNEGO STĘŻENIA MICELIZACJI PRZEZ POMIAR NAPIĘCIA POWIERZCHNIO- WEGO METODĄ MAKSYMALNEGO CIŚNIENIA BANIEK

Lewobieżny obieg gazowy Joule a a obieg parowy Lindego.

Chłodnictwo i Kriogenika - Ćwiczenia Lista 3

Ćwiczenie 425. Wyznaczanie ciepła właściwego ciał stałych. Woda. Ciało stałe Masa kalorymetru z ciałem stałym m 2 Masa ciała stałego m 0

Termodynamika. Część 5. Procesy cykliczne Maszyny cieplne. Janusz Brzychczyk, Instytut Fizyki UJ

POLITECHNIKA ŁÓDZKA ZAKŁADZIE BIOFIZYKI Ćwiczenie 7 KALORYMETRIA

BUDOWA I ZASADA DZIAŁANIA ABSORPCYJNEJ POMPY CIEPŁA

Badanie zależności temperatury wrzenia wody od ciśnienia

Spis treści. Przedmowa WPROWADZENIE DO PRZEDMIOTU... 11

Wyznaczanie gęstości cieczy i ciał stałych za pomocą wagi hydrostatycznej FIZYKA. Ćwiczenie Nr 3 KATEDRA ZARZĄDZANIA PRODUKCJĄ

Obieg Ackeret Kellera i lewobieżny obieg Philipsa (Stirlinga) podstawy teoretyczne i techniczne możliwości realizacji

3. Przyrost temperatury gazu wynosi 20 C. Ile jest równy ten przyrost w kelwinach?

TERMODYNAMIKA Zajęcia wyrównawcze, Częstochowa, 2009/2010 Ewa Mandowska

Przemiany termodynamiczne

Katedra Chemii Fizycznej Uniwersytetu Łódzkiego. Wyznaczanie ciepła właściwego cieczy metodą kalorymetryczną

TERMODYNAMIKA. przykłady zastosowań. I.Mańkowski I LO w Lęborku

W8 40. Para. Równanie Van der Waalsa Temperatura krytyczna ci Przemiany pary. Termodynamika techniczna

LABORATORIUM INŻYNIERII CHEMICZNEJ, PROCESOWEJ I BIOPROCESOWEJ. Ćwiczenie nr 7

WYKŁAD 2 TERMODYNAMIKA. Termodynamika opiera się na czterech obserwacjach fenomenologicznych zwanych zasadami

Chłodnictwo i Kriogenika - Ćwiczenia Lista 4

Zadania domowe z termodynamiki I dla wszystkich kierunków A R C H I W A L N E

Pomiar stopnia suchości pary wodnej

Laboratorium odnawialnych źródeł energii

Techniki Niskotemperaturowe w Medycynie. Skraplarka Claude a i skraplarka Heylandta (budowa, działanie, bilans cieplny, charakterystyka techniczna).

b) Wybierz wszystkie zdania prawdziwe, które odnoszą się do przemiany 2.

Destylacja z parą wodną

Katedra Silników Spalinowych i Pojazdów ATH ZAKŁAD TERMODYNAMIKI. Badanie pompy ciepła - 1 -

4. Przyrost temperatury gazu wynosi 20 C. W kelwinach przyrost ten jest równy

4. 1 bar jest dokładnie równy a) Pa b) 100 Tr c) 1 at d) 1 Atm e) 1000 niutonów na metr kwadratowy f) 0,1 MPa

Wykład FIZYKA I. 14. Termodynamika fenomenologiczna cz.ii. Dr hab. inż. Władysław Artur Woźniak

GRZEJNIKI WODNE - DOLNOZASILANE. "Convector PREMIUM V4" (mocowane na podstawkach)

Temodynamika Roztwór N 2 i Ar (gazów doskonałych) ma wykładnik adiabaty κ = 1.5. Określić molowe udziały składników. 1.7

1. 1 J/(kg K) nie jest jednostką a) entropii właściwej b) indywidualnej stałej gazowej c) ciepła właściwego d) pracy jednostkowej

DANE TECHNICZNE. "Convector PREMIUM V2" (mocowanie naścienne) GRZEJNIKI WODNE - DOLNOZASILANE. Budowa wewnętrzna grzejników "Convector PREMIUM V2"

Obieg Ackeret-Kellera i lewobieżny obieg Philipsa (Stirlinga) - podstawy teoretyczne i techniczne możliwości realizacji.

c = 1 - właściwa praca sprężania izoentropowego [kj/kg], 1 - właściwa praca rozprężania izoentropowego

Ćwiczenie 5: Wymiana masy. Nawilżanie powietrza.

Wykład Temperatura termodynamiczna 6.4 Nierówno

Państwowa Wyższa Szkoła Zawodowa w Koninie. Janusz Walczak

Pomiary ciepła spalania i wartości opałowej paliw gazowych

BADANIE CHŁODZIARKI SPRĘŻARKOWEJ

OBLICZENIA SILNIKA TURBINOWEGO ODRZUTOWEGO (rzeczywistego) PRACA W WARUNKACH STATYCZNYCH. Opracował. Dr inż. Robert Jakubowski

DRUGA ZASADA TERMODYNAMIKI

ĆWICZENIE 22 WYZNACZANIE CIEPŁA PAROWANIA WODY W TEMPERETATURZE WRZENIA

LABORATORIUM TEORII STEROWANIA. Ćwiczenie 6 RD Badanie układu dwupołożeniowej regulacji temperatury

instrukcja do ćwiczenia 3.4 Wyznaczanie metodą tensometrii oporowej modułu Younga i liczby Poissona

Wyznaczanie współczynnika przewodnictwa

ĆWICZENIE NR 7 SKALOWANIE ZWĘśKI

Wykład 7: Przekazywanie energii elementy termodynamiki

LABORATORIUM MECHANIKI PŁYNÓW

Wyznaczanie profilu prędkości płynu w rurociągu o przekroju kołowym

GRZEJNIKI WODNE - DOLNOZASILANE. "Convector GC"

Kaskadowe urządzenia do skraplania gazów

Ćwiczenia audytoryjne z Chemii fizycznej 1 Zalecane zadania kolokwium 1. (2018/19)

GRZEJNIKI WODNE - DOLNOZASILANE "Convector Prestige GCM"

Instytut Fizyki Doświadczalnej Wydział Matematyki, Fizyki i Informatyki UNIWERSYTET GDAŃSKI

[1] CEL ĆWICZENIA: Identyfikacja rzeczywistej przemiany termodynamicznej poprzez wyznaczenie wykładnika politropy.

Maszyny cieplne substancja robocza

Chłodnictwo i klimatyzacja / Kazimierz M. Gutkowski, Dariusz J. Butrymowicz. wyd. 2-1 dodr. (PWN). Warszawa, cop

GAZ DOSKONAŁY. Brak oddziaływań między cząsteczkami z wyjątkiem zderzeń idealnie sprężystych.

OKREŚLANIE STOPNIA ODWRACALNOŚCI OBIEGÓW LEWOBIEŻNYCH

Temperatura jest wspólną własnością dwóch ciał, które pozostają ze sobą w równowadze termicznej.

KATEDRA APARATURY I MASZYNOZNAWSTWA CHEMICZNEGO Wydział Chemiczny POLITECHNIKA GDAŃSKA ul. G. Narutowicza 11/ GDAŃSK

POLITECHNIKA OPOLSKA

OBLICZENIA SILNIKA TURBINOWEGO ODRZUTOWEGO (SILNIK IDEALNY) PRACA W WARUNKACH STATYCZNYCH

Zadanie 1. Zadanie: Odpowiedź: ΔU = 2, J

Zadania domowe z termodynamiki dla wszystkich kierunków A R C H I W A L N E. Zadania domowe z termodynamiki I dla wszystkich kierunków

autor: Włodzimierz Wolczyński rozwiązywał (a)... ARKUSIK 19 TERMODYNAMIKA CZĘŚĆ 2. I ZASADA TERMODYNAMIKI

Kaskadowe urządzenia do skraplania gazów. Justyna Jaskółowska IMM. Techniki niskotemperaturowe w medycynie Gdańsk

Zapoznanie się ze zjawiskiem Seebecka i Peltiera. Zastosowanie elementu Peltiera do chłodzenia i zamiany energii cieplnej w energię elektryczną.

Obiegi rzeczywisty - wykres Bambacha

MGR Analiza energetyczna przejść fazowych.

Podstawy termodynamiki

Układ siłowni z organicznymi czynnikami roboczymi i sposób zwiększania wykorzystania energii nośnika ciepła zasilającego siłownię jednobiegową

Plan zajęć. Sorpcyjne Systemy Energetyczne. Adsorpcyjne systemy chłodnicze. Klasyfikacja. Klasyfikacja adsorpcyjnych systemów chłodniczych

Szkoła z przyszłością. szkolenie współfinansowane przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

DRUGA ZASADA TERMODYNAMIKI

T 1 > T 2 U = 0. η = = = - jest to sprawność maszyny cieplnej. ε = 1 q. Sprawność maszyn cieplnych. Z II zasady termodynamiki wynika:

POLITECHNIKA GDAŃSKA WYDZIAŁ MECHANICZNY

Zadanie 1. Zadanie: Odpowiedź: ΔU = 2, J

Podstawowe pojęcia Masa atomowa (cząsteczkowa) - to stosunek masy atomu danego pierwiastka chemicznego (cząsteczki związku chemicznego) do masy 1/12

Porównanie metod określania własności termodynamicznych pary wodnej

Zastosowanie zasobników chłodu metodą poprawy efektywności energetycznej autobusów elektrycznych

Transkrypt:

Projekt Plan rozoju Politechniki Częstochoskiej spółfinansoany ze środkó UNII EUROPEJSKIEJ ramach EUROPEJSKIEGO FUNDUSZU SPOŁECZNEGO Numer Projektu: POKL.04.01.01-00-59/08 INSTYTUT FIZYKI WYDZIAŁ INŻYNIERII PRODUKCJI I TECHNOLOGII MATERIAŁÓW POLITECHNIKA CZĘSTOCHOWSKA LABORATORIUM Z FIZYKI TECHNICZNEJ Ć W I C Z E N I E N R 7 WYZNACZANIE SPRAWNOŚCI POMPY CIEPŁA Politechnika Częstochoska, Centrum Promocji i Zastosoań Nauk Ścisłych ul. Dąbroskiego 73 pok. 178, 42-200 Częstochoa tel./ fax. +343250324, e-mail: imi@imi.pcz.pl, http://.cns.pcz.pl

1. Zagadnienia do przestudioania Układ termodynamiczny, układ zamknięty, przemiana termodynamiczne odracalne i nieodracalne, przemiany gazoe: izotermiczna, izobaryczna, adiabatyczna, izentalpoa, zjaisko Joule a-thomsona, przemiany cykliczne, obieg sprężarkoej pompy ciepła, paroanie i skraplanie, entropia, piersza i druga zasada termodynamiki, zasada działania i zastosoanie pompy ciepła, spółczynnik efektyności pompy ciepła. 2. Cel ćiczenia Celem ćiczenia jest badanie pompy ciepła następujących arunkach pracy: oda - oda, tj. paronik (dolne źródło ciepła) oraz skraplacz (górne źródło ciepła) zanurzone odzie; poietrze - oda, tj. paronik otoczony poietrzem atmosferycznym (strumień poietrza chłodnego, strumień poietrza ciepłego, bez strumienia), skraplacz zanurzony odzie. Na podstaie parametró kąpieli układzie oda - oda obliczenie ilości pobranej i oddanej energii. Na podstaie pomiaró układzie poietrze - oda yznaczenie spółczynnika efektyności przy różnych temperaturach paronika. 3. Wproadzenie teoretyczne Zadaniem pompy ciepła jest pobieranie energii cieplnej ze środoiska o niskiej temperaturze i przekazyanie jej do środoiska o temperaturze yższej. Dzięki dużej pojemności cieplnej środoiska niskotemperaturoego (np. otoczenia budynku: ody, gruntu, poietrza), praktycznie nie następuje jego ychłodzenie. Pojemność cieplna środoiska ysokotemperaturoego (np. budynku lub pomieszczenia) jest relatynie mała, ziązku z czym przekazana energia ystarcza do jego ogrzania. Jak ynika z II zasady termodynamiki, operacja ta ymaga ykonania penej pracy. W przypadku pompy użytej ćiczeniu, pracę tę ykonuje elektryczna sprężarka (rys. 1). Działanie sprężarkoej pompy ciepła ilustruje rysunek 2. Jednoskładnikoa para czynnika roboczego zostaje sprężona Rysunek 1. Praca sprężarkoej pompy ciepła: Q d ciepło pobrane ze środoiska zimnego, Q ciepło dostarczone do środoiska ciepłego, W praca sprężarki za pomocą sprężarki i stanie (B) trafia do skraplacza, gdzie ulega skropleniu przy stałym ciśnieniu i temperaturze. W trakcie kondensacji skraplaczu ydziela się ciepło, dostarczane

do tz. górnego źródła ciepła. Po opuszczeniu skraplacza, czynnik stanie (C) trafia do zaopatrzonego termostat zaoru rozprężnego, którym zostaje rozprężony od ciśnienia skraplania do ciśnienia paroania, osiągając stan (D). Znajdująca się stanie (D) mieszanina para - ciecz trafia do paronika, gdzie następuje jej odparoanie. W trakcie odparoania, arunkach izobaryczno - izotermicznych, czynnik pobiera ciepło ze źródła niskotemperaturoego (tz. dolnego źródła ciepła). Po opuszczeniu paronika, postaci pary o stanie (A), czynnik trafia pononie do sprężarki. Rysunek 2. Schemat ideoy sprężarkoej pompy ciepła Uproszczony przebieg przemian termodynamicznych czynnika roboczego zachodzących jednym cyklu pracy sprężarkoej pompy ciepła przedstaiony został e spółrzędnych T-S (temperatura - entropia łaścia) na rysunku 3. Na realizację pełnego cyklu składają się następujące przemiany: - 1-2 sprężanie izentropoe pary (przemiana adiabatyczna odracalna), - 2-2 chłodzenie izobaryczne pary, - 2-3 skraplanie izotermiczno-izobaryczne, - 3-4 rozprężanie izentalpoe, - 4-1 paroanie izotermiczno-izobaryczne.

Przemiana 1-2 realizoana jest sprężarce, przemiany 2-2 -3 zachodzą skraplaczu, przemiana 3-4 przebiega zaorze rozprężnym, zaś przemiany 4-1 paroaczu. W obiegu uproszczonym pominięte zostały m.in. straty ciepła do otoczenia oraz spadki ciśnienia ziązane z oporami przepłyu czynnika. T 3 K 2' 2 4 1 x = 0 x = 1 Rysunek 3. Typoy uproszczony obieg sprężarkoej pompy ciepła e spółrzędnych T-S (obieg Lindego). Linią przeryaną zaznaczono krzye graniczne (x = 0 i x = 1, gdzie x jest stopniem suchości pary nasyconej mokrej) dla czynnika roboczego. Spotykają się one punkcie krytycznym K. Pomiędzy krzyymi granicznymi zaarty jest obszar pary nasyconej mokrej (mieszanina dufazoa ciecz + para). Punkty położone na prao od krzyej x = 1 odpoiadają stanom pary przegrzanej, zaś obszar położony na leo od krzyej x = 0 to obszar cieczy. s 3. Efektyność pompy ciepła Efektyność działania pompy ciepła określa spółczynnik ydajności, zany też skaźnikiem efektyności energetycznej, lub spranością energetyczną, zdefinioany jako stosunek użytecznych efektó energetycznych do energii napędoej urządzenia. W przypadku, gdy efektem użytecznym jest yłącznie ciepło oddane do środoiska ogrzeanego skaźnik efektyności obliczamy ze zoru Q (1) W Po uzględnieniu rónania bilansu energii (1) otrzymujemy Q (2) Q Q d Jak idać z poyższego zoru, spółczynnik ydajności pompy ciepła jest zasze iększy od 1, co śiadczy o tym, że jest to urządzenie znacznie bardziej efektyne od jakiegokoliek grzejnika elektrycznego, którym następuje zamiana zużyanej energii elektrycznej na ciepło. Doskonałość obiegu urządzenia rzeczyistego oceniamy przez porónanie jego spółczynnika ydajności z maksymalną ydajnością określoną przez II zasadę termodynamiki. Obliczymy teraz maksymalną spraność pompy ciepła działającej pomiędzy

źródłami ciepła o temperaturach T I i T II. Jest to spraność leobieżnego obiegu Carnota składającego się z dóch odracalnych przemian izotermicznych i dóch adiabatycznych. Zgodnie z II zasadą termodynamiki, suma przyrostó entropii szystkich ciał uczestniczących doolnym procesie musi być nieujemna. Suma przyrostó entropii szystkich ciał uczestniczących przemianie odracalnej (idealnej) jest róna 0, natomiast każdej rzeczyistej przemianie nieodracalnej jest zasze dodatnia. Obliczymy przyrosty entropii dla jednego pełnego cyklu pracy idealnej pompy ciepła, działającej zgodnie z obiegiem odracalnym. - Przyrost entropii czynnika roboczego: S 1 =0 (bo po ykonaniu pełnego cyklu przemian, czynnik raca do stanu początkoego, a ięc entropia stanie końcoym jest taka sama jak stanie początkoym). - Przyrost entropii dolnego źródła ciepła o temperaturze T I : S 2 = -Q d / T I. - Przyrost entropii górnego źródła ciepła o temperaturze T II : S 3 = Q / T II. Suma przyrostó entropii szystkich ciał uczestniczących procesie: S = S 1 + S 2 + S 3 = -Q d / T I + Q / T II = 0 (3) A ięc dla obiegu idealnego spełniona jest róność: Q d / T I = Q / T II, stąd Q d / Q = T I / T II (4) Ze zoru (3) ynika, że 1 Q Qd Qd 1 (5) Q Q Po podstaieniu rónania (4) do rónania (5) otrzymujemy 1 TI TII TI 1 T T max II Zatem spraność idealnej pompy ciepła, działającej sposób odracalny, ynosi: TII max (6) T T II II I Oczyiście spraność rzeczyistej pompy ciepła nie może przekraczać artości ynikającej ze zoru (6). 4. Zesta pomiaroy Schemat ideoy aparatury pomiaroej odpoiada schematoi z rys. 2. W zależności od ariantu pomiaró, dolnym źródłem ciepła jest oda lub poietrze atmosferyczne. Źródłem górnym jest zasze oda. Widok aparatury użyanej dośiadczeniu przedstaia rys. 4. Pompa ciepła zasilana z sieci energii elektrycznej. Temperatury na ejściach i yjściach paronika i skraplacza mierzone są za pomocą czterech termometró. Paronik i skraplacz mają postać spiral, umieszczonych pojemnikach o izoloanych termicznie bocznych ściankach, zaopatrzonych krany spustoe. Temperatury ody obu pojemnikach mierzone są za pomocą dodatkoych termometró. Badana pompa jest symetryczną pompą kompresoroą. Zastosoano niej czynnik roboczy typu R134a (czterofluoroetan CH 2 FCF 3 ). Konstrukcja pompy umożliia ygodną obserację zachodzących niej procesó. W tym celu niektóre podzespoły pompy

umieszczono na przedniej ściance obudoy, zaopatrzonej schemat ideoy, którego fragmenty oznaczono różnymi kolorami. Na rysunku 4 przedstaiono idok pompy raz z zaznaczonymi poszczególnymi podzespołami. Rys. 4 Pompa ciepła raz z zaznaczonymi elementami yposażenia. 1-kompresor, 2- skraplacz, 3,7- ziernik (okienko kontrolne ), 4,8 manometr, 5-zaór rozprężny, 6-paroacz, 1. Jak spomniano e stępie, kompresor (1), sprężając czynnik roboczy kosztem energii elektrycznej W, pooduje oprócz zrostu ciśnienia rónież zrost jego temperatury. Z tego zględu linia proadząca do sprężarki oznaczona jest kropkami kolorze niebieskim (chłodny gaz), podczas gdy linia ychodząca ze sprężarki kropkami kolorze czeronym (ciepły gaz). 2. W skraplaczu (2) czynnik roboczy przekazuje energię cieplną Q do górnego źródła pompy. W czasie tego procesu dominująca część energii Q ydziela się poprzez skroplenie czynnika roboczego (jedynie nieielka jej część ydziela się poprzez chłodzenie czynnika). Z tego zględu linia ychodząca ze skraplacza oznaczona jest jednolitym kolorem czeronym (ciepła ciecz). Na ejściu i yjściu skraplacza umieszczone są gniazda, umożliiające ygodny pomiar temperatury czynnika. 3. Wziernik (3) umożliia obserację stanu czynnika roboczego po opuszczeniu skraplacza. W czasie pracy pompy idoczna jest ciecz z nielicznymi pęcherzykami gazu. 4. Manometr (4) mierzy nadciśnienie czynnika roboczego. Uaga: W celu skorzystania z tabeli parametró czynnika roboczego, do skazań manometru należy dodać artość ciśnienia atmosferycznego róną 1 baroi (1 bar = 10 5 Pa). 5. Zaór rozprężny (5), poprzez obniżenie ciśnienia czynnika, pooduje rónież spadek jego temperatury. Linia opuszczająca zaór jest ięc oznaczona jednolitym kolorem niebieskim (chłodna ciecz). 6. W paroniku (6) czynnik roboczy pobiera energię Q d z dolnego źródła pompy. Dominująca część tej energii zostaje zużyta na odparoanie czynnika (jedynie nieielka część ciepła podgrzea czynnik). Na ejściu paronika znajduje się czujnik temperatury sprzężony z zaorem rozprężnym. Zadaniem czujnika jest takie steroanie pracą zaoru, aby do sprężarki trafiały yłącznie pary czynnika roboczego. Na ejściu i yjściu paronika umieszczone są gniazda, umożliiające ygodny pomiar temperatury czynnika.

7. Wziernik (7) umożliia obserację stanu czynnika roboczego po opuszczeniu paronika. W czasie pracy pompy idoczne są nieliczne pęcherzyki odparoującego czynnika (są zanurzone dominującej objętości par czynnika). 8. Manometr (8) mierzy nadciśnienie czynnika roboczego po opuszczeniu paronika (patrz uaga punkcie 4). W skład zespołu pompy chodzą rónież (nieidoczne z zenątrz) następujące podzespoły: zbiorniczek yrónaczy, zaierający zapas czynnika roboczego celu uzupełniania eentualnych strat; osuszacz czynnika roboczego, eliminujący eentualne resztki pary odnej; czujnik nadmiernego i niedostatecznego ciśnienia czynnika roboczego, zabezpieczający przed jego nadmiernym przegrzaniem bądź przechłodzeniem. Uaga: Czujnik ciśnienia może poodoać okresoe yłączenia sprężarki. Jego zadziałanie nie śiadczy o nienormalnej pracy pompy. 5. Przebieg ćiczenia 5.1 Pompa układzie oda-oda 1. Przygotuj domu 3 tabele do pisyania ynikó, zgodnie ze zorem podanym na końcu instrukcji. 2. Przy pomocy koneki napełnić oba zbiorniki jednakoa ilością ody odociągoej do poziomu zaznaczonego na ściankach zbiornikó. Uaga: spirale ymiennikó ciepła muszą być całkoicie zanurzone odzie; oda zbiorniku skraplacza (zbiornik pray) nie może być chłodniejsza niż oda zbiorniku paronika. 3. Starannie ymieszać odę zbiornikach. 4. Zapisz ciśnienie atmosferyczne (odczytać na praconi mechaniki i ciepła). 5. Umieść termometry (lub czujniki temperatury) zbiornikach z odą oraz 4 punktach pomiaroych na spiralach ymiennikó ciepła (paronika i skraplacza). Przed umieszczeniem termometró punktach pomiaroych na spiralach należy na ich końce nałożyć nieielką ilość pasty przeodzącej ciepło. 6. Dokonać pomiaru następujących ielkości: ciśnienia za skraplaczem p 1 (manometr (4)) oraz ciśnienia za paronikiem p 2 (manometr (8)); za pomocą termometró temperatury ody zbiorniku skraplacza T 1 oraz temperatury ody zbiorniku paronika T II ; za pomocą 4 termometró umieszczonych uchytach na spiralach ymiennikó ciepła temperatury czynnika chłodzącego na ejściu paronika T P1 (termometr 1) oraz na yjściu paronika T P2 (termometr 2), temperatury czynnika chłodzącego na ejściu skraplacza T S1 (termometr 3) oraz na yjściu skraplacza T S2 (termometr 4). 7. Włącz zasilanie pompy ciepła (yłącznik siecioy znajduje się na leej ściance urządzenia) oraz stoper. 8. Podczas działania pompy ciepła należy intensynie mieszać odę zbiornikach posługując się prętami szklanymi. 9. Co 2 minuty zapisuj tabeli skazania szystkich termometró (T 1, T 2, T S1, T S2, T P1, T P2 ) i manometró (p 1,p 2 ). Zakończ pomiary po ok. 20 minutach lub momencie samoczynnego yłączenia się pompy ciepła ( celu ochrony urządzenia

przed przegrzaniem steronik ciśnienia yłącza sprężarkę, jeśli nadciśnienie czynnika osiąga artość 16 bar). Wyłącz pompę ciepła. 10. Otierając krany spustoe opróżnić zbiorniki ody do oddzielnych koneek. Wodę zimną należy następnie lać do zbiornika skraplacza, odę ciepłą do rezeruaru paronika. Mieszając odę obydu zbiornikach schłodzić skraplacz i podgrzać paronik (temperatura obu części poinna osiągnąć ok. 20 C). Na zakończenie opróżnić zbiornik paronika. Uaga: Zbiornik nie opróżnia się całkoicie. Pozostająca ilość ody (ok. 300 cm 3 ) nie ma jednak istotnego płyu na yniki pomiaró układzie poietrze - oda (zanurzenie spirali paronika jest bardzo małe). 5.2 Pompa układzie poietrze-oda 1. Umieść suszarkę statyie. Odległość jej ylotu od spirali paronika poinna ynosić ok. 30 cm. Wylot poinien być skieroany tak, aby strumień poietrza trafiał środek objętości zbiornika. 2. Spradzić ustaienie przełącznikó suszarki. Jej grzałka musi być yłączona (przełącznik pozycji oznaczonej niebieskim punktem), przełącznik obrotó silnika ustaiony pozycji oznaczonej diema białymi kropkami. 3. Zmierzyć i zanotoać temperaturę ody zbiorniku. 4. Włączyć suszarkę i po chili łączyć zasilanie pompy. 5. Co 1-2 minuty mierzyć temperaturę T P2 (termometr 2) na yjściu paronika, temperaturę ody T 1 zbiorniku skraplacza. Pomiar temperatury ody musi być poprzedzony jej dokładnym ymieszaniem. Wraz z upłyem czasu poinna się ustabilizoać temperatura T P2. 6. Gdy temperatura ody przekroczy 30 C (przy T P2 const.) tj. po upłyie ok. 20 minut zakończyć pomiary yłączając pompę. Wyłączyć suszarkę. 7. Wypuścić nieielką ilość ody ze zbiornika skraplacza i przy pomocy koneki lub zleki dolać śieżej ody odociągoej (uaga na łaściy poziom!). Po ymieszaniu zmierzyć temperaturę ody. Czynność potarzać do momentu uzyskania temperatury ok. 20 C. 8. Włączyć grzałkę suszarki (przełącznik pozycji oznaczonej czeroną giazdką) i nastaić ją na maksymalną moc przełącznik ustaiony pozycji oznaczonej diema czeronymi kropkami); obroty silnika ustaione na maksimum (przełącznik pozycji oznaczonej diema białymi kropkami). 9. Potórz czynności z punktó 3-7 i zapisując yniki tabeli. 10. Potórz czynności z punktó 3-6 jednak bez obecności strumienia poietrza (yłączona suszarka). 11. Wyjmij termometry ze zbiornika i punktó pomiaroych, osusz je i starannie oczyścić z pasty przeodzącej ciepło, a następnie schoaj do pojemnikó. 12. Opróżnij zbiornik z odą skraplacza.

6. Tabele pomiaroe Zapis ynikó pomiaró p ot =... 1 mmhg =...... Pa Niepeności pomiaró bezpośrednich: a) temperatury za pomocą termometru: T =... c) ciśnienia p =... d) czasu t =... Tabela do pisyania ynikó jednej serii pomiaró t [min] 0 P [W] lot T P1 [ o C] Paroacz ylot T P 2 [ o C] źr. dolne T I [ o C] p 1 [bar] lot T S1 [ o C] Skraplacz ylot T S2 [ o C] oda T II [ o C] p 2 [bar] Q [W] 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 7. Opracoanie ynikó 1. Na podstaie danych z tabel 1, 2 i 3 sporządź ykresy zależności temperatury czynnika roboczego oraz temperatury obu źródeł ciepła od czasu dla każdej serii pomiaroej (sześć krzyych: T P1 (t), T P2 (t), T I (t), T S1 (t), T S2 (t), T II (t) na każdym z trzech rysunkó). Przykładoy przebieg zmian temperatury przedstaiono na rys. 5. Na ykresach nanieś niepeności bezpośrednich pomiaró temperatury i czasu. Spradź czy urządzenie lub jego część np. paroacz pracoało sposób stacjonarny ( stanie stacjonarnym temperatura i ciśnienie stabilizują się). 2. Korzystając z przybliżonego zoru T Q II cm (7) t 1. gdzie c [J/kg] - ciepło łaście ody, m [kg] - masa ody zbiorniku, zaś TII / t [K/s] - przyrost temperatury ody zbiorniku jednostce czasu, oblicz średnią moc Q [W] pobieraną przez odę zbiorniku skraplacza kolejnych przedziałach czasu. Q 3. Korzystając ze zoru (8) P

gdzie P=120 W średnia moc napędoa sprężarki, oblicz efektyność pompy ciepła kolejnych przedziałach czasu. Porónaj ją z maksymalną efektynością pompy ciepła ynikającą ze zoru (6). Oszacuj niepeność pomiaru pośredniego 4. Dla stanó stacjonarnych oblicz ciepło paroania czynnika roboczego. a) Oblicz bezzględną artość ciśnienia czynnika stanie stacjonarnym p. W tym celu należy do artości odczytanej z manometru dodać ciśnienie atmosferyczne p ot odczytane z barometru iszącego na ścianie. b) Odczytaj z tabeli dodatku 1 artość entalpii łaściej czynnika postaci cieczy h i postaci pary h. Jeśli tabeli nie ma poszukianej artości ciśnienia, należy posłużyć się metodą interpolacji linioej. c) Oblicz ciepło paroania czynnika roboczego r [kj/kg] przy danym ciśnieniu p, korzystając ze zoru r h' ' h' (9) Dodatek 1. Parametry określające stan czynnika roboczego R134a na liniach granicznych x=0 i x=1: t - temperatura rzenia, p - ciśnienie (bezzględne) h - entalpia łaścia czynnika postaci cieczy punkcie pęcherzykó, h - entalpia łaścia czynnika postaci pary nasyconej suchej t [ o C] 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 46 48 50 p [MPa] 0,31450 0,33755 0,36186 0,38749 0,41449 0,44289 0,47276 0,50413 0,53706 0,57159 0,60777 0,64566 0,68531 0,72676 0,77008 0,81530 0,86250 0,91172 0,96301 1,0165 1,0721 1,1300 1,1901 1,2527 1,3177 h [kj/kg] 202,68 205,37 208,08 210,80 213,53 216,27 219,03 221,80 224,59 227,40 230,21 233,05 235,90 238,77 241,65 244,55 247,47 250,41 253,37 256,35 259,35 262,38 265,42 268,49 271,59 h [kj/kg] 399,84 401,00 402,14 403,27 404,40 405,51 406,61 407,70 408,78 409,84 410,89 411,93 412,95 413,95 414,94 415,90 416,85 417,78 418,69 419,58 420,44 421,28 422,09 422,88 423,63

Rys. 5 Przykładoy przebieg zależności temperatur układzie oda - oda funkcji czasu 7. Podsumoanie i nioski We nioskach odpoiedz na następujące pytania: 1. Czy efektyność pompy ciepła zależy od temperatury górnego i dolnego źródła ciepła? 2. Czy efektyność działania badanego urządzenia jest duża, czy mała porónaniu z efektynością maksymalną określoną przez II zasadę termodynamiki? 3. W jaki sposób można ziększyć efektyność działania pompy ciepła? 4. Czy ciepło paroania czynnika roboczego zależy od jego ciśnienia i temperatury (jeśli tak, to dlaczego)? 8. Literatura 1. W. Zaleski: Pompy ciepła. Podstay teoretyczne i przykłady zastosoań. Wyd. Politechniki Krakoskiej 1995. 2. W. Zaleski: Pompy ciepła sprężarkoe, sorpcyjne i termoelektryczne. Podstay teoretyczne. Przykłady obliczenioe. IPPU MASTA 2001. 3. D. Halliday, R. Resnick, J. Walker: Podstay fizyki t.2. PWN 2003. 4. P. Grygiel i H. Sodolski, Laboratorium Konersji Energii, Politechnika Gdańska 2006 5. Materiały firmy PHYWE Systeme GmbH & Co. KG, Laboratory Experiments 2005

9. Dodatek Parametry określające stan czynnika roboczego R134a: t temperatura, p - ciśnienie (bezzględne) h - entalpia łaścia czynnika postaci cieczy, h - entalpia łaścia czynnika postaci pary nasyconej suchej t [ o C] 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 46 48 50 p [MPa] 0,31450 0,33755 0,36186 0,38749 0,41449 0,44289 0,47276 0,50413 0,53706 0,57159 0,60777 0,64566 0,68531 0,72676 0,77008 0,81530 0,86250 0,91172 0,96301 1,0165 1,0721 1,1300 1,1901 1,2527 1,3177 v [m 3 /kg] 0,06470 0,06042 0,05648 0,05238 0,04948 0,04636 0,04348 0,04081 0,3833 0,03603 0,03388 0,03189 0,03003 0,02829 0,02667 0,02516 0,02374 0,02241 0,02116 0,01999 0,01890 0,01786 0,01689 0,01598 0,01511 h [kj/kg] 202,68 205,37 208,08 210,80 213,53 216,27 219,03 221,80 224,59 227,40 230,21 233,05 235,90 238,77 241,65 244,55 247,47 250,41 253,37 256,35 259,35 262,38 265,42 268,49 271,59 h [kj/kg] 399,84 401,00 402,14 403,27 404,40 405,51 406,61 407,70 408,78 409,84 410,89 411,93 412,95 413,95 414,94 415,90 416,85 417,78 418,69 419,58 420,44 421,28 422,09 422,88 423,63