Ishlash koeffitsienti - Coefficient of performance

The ishlash koeffitsienti yoki COP (ba'zan CP yoki CoP) ning issiqlik pompasi, sovutgich yoki konditsioner tizim kerakli isitish uchun berilgan foydali isitish yoki sovutish nisbati.^[1]^[2] Yuqori COPlar past operatsion xarajatlarga teng. COP odatda 1dan oshadi, ayniqsa issiqlik nasoslarida, chunki ishni faqat issiqqa aylantirish o'rniga (agar 100% samarali bo'lsa, COP 1 ga teng bo'ladi), u issiqlik manbaidan qo'shimcha issiqlikni issiqlik zarur bo'lgan joyga uzatadi. . To'liq tizimlar uchun COP hisob-kitoblari barcha quvvat iste'mol qiladigan yordamchilarning energiya sarfini o'z ichiga olishi kerak. COP ish sharoitlariga, ayniqsa, absolyut haroratga va lavabo va tizim o'rtasidagi nisbiy haroratga juda bog'liq bo'lib, ko'pincha grafika yoki kutilgan sharoitlarda o'rtacha hisoblanadi.^[3] Ishlash Absorbsion sovutgich chillers odatda ancha past bo'ladi, chunki ular siqilishga tayanadigan issiqlik nasoslari emas, aksincha issiqlik ta'sirida kimyoviy reaktsiyalarga tayanadi.

Tenglama

Tenglama:

{ displaystyle { rm {COP}} = { frac {Q} {W}}}

qayerda

${ displaystyle Q }$ foydalidir issiqlik ko'rib chiqilgan tizim tomonidan ta'minlangan yoki olib tashlangan.
${ displaystyle W }$ bo'ladi ish ko'rib chiqilayotgan tizim talab qiladi.

Shunday qilib, isitish va sovutish uchun COP har xil, chunki qiziqadigan issiqlik ombori boshqacha. Mashinaning qanchalik yaxshi sovishini qiziqtirgan odam, COP - bu sovuq suv omboridan chiqarilgan issiqlikning kirish ishiga nisbati. Biroq, isitish uchun COP - bu sovuq suv omboridan chiqarilgan issiqlik va kirish ishining kirish ishiga nisbati:

{ displaystyle { rm {COP}} _ { rm {isitish}} = { frac {| Q_ {H} |} {W}} = { frac {| Q_ {C} | + W} {W }}}

{ displaystyle { rm {COP}} _ { rm {sovutish}} = { frac {| Q_ {C} |} {W}}}

qayerda

${ displaystyle Q_ {C} }$ sovuq suv omboridan chiqarilgan issiqlikdir.
${ displaystyle Q_ {H} }$ bu issiq suv omboriga etkazib beriladigan issiqlikdir.

Hosil qilish

Ga ko'ra termodinamikaning birinchi qonuni, qaytariladigan tizimda biz buni ko'rsata olamiz ${ displaystyle Q_ {H} = Q_ {C} + W}$ va ${ displaystyle W = Q_ {H} -Q_ {C}}$ , qayerda ${ displaystyle Q_ {H}}$ bu issiq suv omboriga uzatiladigan issiqlik va ${ displaystyle Q_ {C}}$ bu sovuq suv omboridan yig'ilgan issiqlik.
Shuning uchun, W o'rniga,

{ displaystyle { rm {COP}} _ { rm {isitish}} = { frac {Q_ {H}} {Q_ {H} -Q_ {C}}}}

Maksimal nazariy samaradorlikda ishlaydigan issiqlik pompasi uchun (ya'ni Karno samaradorligi) buni ko'rsatish mumkin

{ displaystyle { frac {Q_ {H}} {T_ {H}}} = { frac {Q_ {C}} {T_ {C}}}}

va

{ displaystyle Q_ {C} = { frac {Q_ {H} T_ {C}} {T_ {H}}}}

qayerda ${ displaystyle T_ {H}}$ va ${ displaystyle T_ {C}}$ ular termodinamik harorat mos ravishda issiq va sovuq issiqlik rezervuarlari.

Maksimal nazariy samaradorlikda

{ displaystyle { rm {COP}} _ { rm {isitish}} = { frac {T_ {H}} {T_ {H} -T_ {C}}}}

bu issiqlik dvigateli uchun ideal samaradorlikning o'zaro ta'siriga teng, chunki issiqlik pompasi teskari ishlaydigan issiqlik dvigatelidir. (Qarang issiqlik samaradorligi issiqlik dvigatelining.)

Issiqlik nasosining COP uning vazifasiga bog'liqligini unutmang. Issiq chig'anoqda rad qilingan issiqlik sovuq manbadan so'rilgan issiqdan katta, shuning uchun isitish COP sovutish COP dan 1 kattaroqdir.

Xuddi shunday, maksimal nazariy samaradorlikda ishlaydigan sovutgich yoki konditsionerning COPsi,

{ displaystyle { rm {COP}} _ { rm {sovutish}} = { frac {Q_ {C}} {Q_ {H} -Q_ {C}}} = { frac {T_ {C}} {T_ {H} -T_ {C}}}}

${ displaystyle { rm {COP}} _ { rm {isitish}}}$ issiqlik nasoslari uchun qo'llaniladi va ${ displaystyle { rm {COP}} _ { rm {sovutish}}}$ konditsionerlar va muzlatgichlarga tegishli. Haqiqiy tizimlar uchun qiymatlar har doim ushbu nazariy maksimal darajadan kam bo'ladi. Evropada er osti issiqlik nasos agregatlari uchun standart sinovlarda 35 ° C (95 ° F) ishlatiladi ${ displaystyle {T_ {H}}}$ va uchun 0 ° C (32 ° F) ${ displaystyle {T_ {C}}}$ . Yuqoridagi formulaga muvofiq, maksimal COP 7,8 ga teng bo'ladi. Eng yaxshi tizimlarning sinov natijalari taxminan 4,5 ga teng. O'rnatilgan birliklarni butun mavsum davomida o'lchash va quvur tizimlari orqali suv quyish uchun zarur bo'lgan energiyani hisobga olishda mavsumiy COP ko'rsatkichlari 3,5 yoki undan kamni tashkil qiladi. Bu yaxshilanish zarurligini ko'rsatadi.^[4] Havo manbai bo'lgan konditsionerning COP yordamida olinadi quruq lampochka harorati uchun 20 ° C (68 ° F) ${ displaystyle {T_ {H}}}$ va uchun 7 ° C (44,6 ° F) ${ displaystyle {T_ {C}}}$ .^[5]

COP-ni takomillashtirish

Formuladan ko'rinib turibdiki, issiqlik pompasi tizimining COP-ni harorat oralig'ini kamaytirish orqali yaxshilash mumkin ${ displaystyle T_ {hot}}$ minus ${ displaystyle T_ {cold}}$ tizim ishlaydi. Isitish tizimi uchun bu ikki narsani anglatadi: 1) chiqish haroratini 30 ° C atrofida kamaytirish (86 ° F), bu quvurli zamin, devor yoki shiftni isitish yoki katta hajmdagi suvni havo isitgichlariga talab qiladi va 2) kirish haroratini oshirish ( Masalan, katta hajmdagi er manbasini ishlatish yoki quyosh nurlari yordamida termal bankka kirish orqali ^[6] ). To'g'ri aniqlang issiqlik o'tkazuvchanligi juda aniqroq tuproqli pastadirga imkon beradi ^[7] yoki quduq o'lchamlari,^[8] natijada yuqori harorat va samarali tizim qaytadi. Havo sovutgichi uchun COPni havo o'rniga kirish sifatida er osti suvlaridan foydalanish va havo oqimini oshirish orqali chiqish tomonidagi harorat pasayishini kamaytirish orqali yaxshilash mumkin edi. Ikkala tizim uchun ham quvurlar va havo kanallari hajmini oshirish shovqinni kamaytiradi va nasoslarning (va ventilyatorlarning) energiya sarfini kamaytiradi, bu suyuqlik tezligini pasaytiradi, bu esa o'z navbatida Re sonini pasaytiradi va shu sababli turbulentlik (va shovqin) va boshning yo'qolishi (qarang Shlangi bosh ). Issiqlik pompasining o'zi ichki issiqlik almashinuvchilari hajmini oshirish orqali yaxshilanishi mumkin, bu esa o'z navbatida samaradorlik (va narx) kompressor kuchiga nisbatan, shuningdek tizimning kompressor ustidagi ichki harorat farqini kamaytirish orqali. Shubhasiz, ushbu so'nggi chora bunday issiqlik nasoslarini yuqori haroratni ishlab chiqarishga yaroqsiz holga keltiradi, bu esa issiq suv oqimi uchun alohida mashina zarurligini anglatadi.

Absorbsiya sovutgichlarining COP-ni ikkinchi yoki uchinchi bosqichni qo'shib yaxshilash mumkin. Ikki va uch marta ishlaydigan sovutgichlar bitta effektga qaraganda ancha samaraliroq va COP-ni 1 dan oshib ketishi mumkin. Ular yuqori bosim va yuqori haroratli bug 'talab qiladi, ammo bu hali ham bir tonna sovutish uchun soatiga nisbatan 10 funtlik bug'.^[9]

Misol

A geotermik issiqlik pompasi ishlayotgan a ${ displaystyle { rm {COP}} _ { rm {isitish}}}$ 3,5 dan har bir iste'mol qilingan energiya birligi uchun 3,5 birlik issiqlik bilan ta'minlanadi (ya'ni iste'mol qilingan 1 kVt soat 3,5 kVt / soat issiqlik chiqaradi). Chiqarilgan issiqlik ham issiqlik manbasidan, ham 1 kVt soatlik kirish energiyasidan kelib chiqadi, shuning uchun issiqlik manbai 3,5 kVt / soat emas, balki 2,5 kVt / soat bilan sovutiladi.

Issiqlik nasosi ${ displaystyle { rm {COP}} _ { rm {isitish}}}$ Yuqorida keltirilgan misolda bo'lgani kabi 3,5 dan, birlik uchun elektr energiyasi narxi tabiiy gaz narxidan 3,5 baravar yuqori bo'lgan joylar bundan mustasno, bundan tashqari, eng samarali gaz pechidan ham foydalanish arzonroq bo'lishi mumkin (masalan. Konnektikut yoki Nyu-York shahri ).

A da ishlaydigan issiqlik pompasi sovutgichi ${ displaystyle { rm {COP}} _ { rm {sovutish}}}$ 2,0 iste'mol qilinadigan har bir energiya uchun 2 ta issiqlikni olib tashlaydi (masalan, masalan konditsioner 1 kVt soat iste'mol qilish bino havosidan 2 kVt soat issiqlikni olib tashlaydi).

Xuddi shu energiya manbai va ish sharoitlarini hisobga olgan holda, yuqori COP issiqlik pompasi past COPga qaraganda kamroq sotib olingan energiyani iste'mol qiladi. Isitish yoki konditsionerlik moslamasining atrof-muhitga ta'siri, ishlatilgan energiya manbasiga, shuningdek uskunaning COP-ga bog'liq. Iste'molchining ekspluatatsion qiymati energiya narxiga, shuningdek COP yoki jihozning samaradorligiga bog'liq. Ba'zi hududlar ikki yoki undan ortiq energiya manbalarini, masalan, tabiiy gaz va elektr energiyasini etkazib beradi. Issiqlik nasosining yuqori COPsi tabiiy gazning bir xil isitish qiymati bilan taqqoslaganda elektr energiyasining nisbatan yuqori narxini to'liq bartaraf eta olmaydi.

Masalan, AQShning 2009 yilgi har bir termik elektr energiyasining o'rtacha narxi (100000 ingliz issiqlik birligi (29 kVt)) $ 3.38, tabiiy gazning o'rtacha narxi esa $ 1.16 edi.^[10] Ushbu narxlardan foydalangan holda o'rtacha iqlim sharoitida COP 3,5 ga teng bo'lgan issiqlik pompasi 0,97 dollar turadi^[11] bitta termal issiqlikni ta'minlash uchun, 95% samaradorlikka ega yuqori mahsuldorlikka ega gaz pechkasi esa 1,22 dollar turadi^[12] bir termal issiqlik bilan ta'minlash. Ushbu o'rtacha narxlarda issiqlik pompasi 20% arzonroq^[13] bir xil miqdordagi issiqlikni ta'minlash uchun.

Carnot samaradorligida ishlaydigan issiqlik nasosining yoki muzlatgichning COP-ning maxrajida T ifodasi mavjud_H - T_C. Atrof salqinlashganda (T_C kamaytiruvchi) maxraj kuchayadi va COP kamayadi. Shuning uchun atrof qanchalik sovuq bo'lsa, har qanday issiqlik pompasi yoki muzlatgichning COP darajasi past bo'ladi. Agar atrof salqin bo'lsa, aytaylik 0 ° F (-18 ° C), COP qiymati 3,5 dan past bo'ladi. Keyinchalik, xuddi shu tizim samarali gaz isitgichi kabi ishlashga sarflanadi. Yillik tejash elektr energiyasi va tabiiy gazning haqiqiy narxiga bog'liq bo'lib, ular har xil bo'lishi mumkin.

Yuqoridagi misol faqat havo manbai bo'lgan issiqlik pompasi uchun qo'llaniladi. Yuqoridagi misolda issiqlik pompasi issiqlik manbai tashqaridan ichkariga qarab harakatlanadigan havo manbai bo'lgan issiqlik pompasi yoki shunchaki issiqlikni bir zonadan ikkinchisiga o'tkazadigan suv manbai bo'lgan issiqlik pompasi deb taxmin qilinadi. Suv manbai bo'lgan issiqlik pompasi uchun bu faqat kondensator suv tizimidagi bir lahzali isitish yuki kondensator suv tizimidagi bir lahzali sovutish yukiga to'g'ri keladigan bo'lsa sodir bo'ladi. Bu elkama-elka mavsumida (bahorda yoki kuzda) sodir bo'lishi mumkin, ammo isitish mavsumi o'rtasida ehtimoldan yiroq. Agar isitish rejimida bo'lgan issiqlik nasoslari qo'shib qo'ygandan ko'ra ko'proq issiqlik olinadigan bo'lsa, u holda qozon (yoki boshqa issiqlik manbai) kondensator suv tizimiga issiqlik qo'shadi. Qozon bilan bog'liq bo'lgan energiya sarfi va xarajatlari yuqoridagi taqqoslashda hisobga olinishi kerak. Suv manbai tizimi uchun kondensatorli suv nasoslari bilan bog'liq bo'lgan energiya ham mavjud bo'lib, ular yuqoridagi misolda issiqlik pompasining energiya sarfi hisobga olinmagan.

Mavsumiy samaradorlik

Butun bir yil davomida energiya samaradorligining haqiqiy ko'rsatkichiga mavsumiy COP yoki issiqlik uchun mavsumiy ishlash koeffitsienti (SCOP) yordamida erishish mumkin. Mavsumiy energiya samaradorligi koeffitsienti (SEER) asosan konditsioner uchun ishlatiladi. SCOP - bu "eski" o'lchov yordamida ko'rib chiqilishi mumkin bo'lgan COP-dan foydalanib, kutilayotgan real hayot ko'rsatkichlarini yaxshiroq ko'rsatadigan yangi metodologiya. Mavsumiy samaradorlik issiqlik nasosining butun sovutish yoki isitish mavsumida qanchalik samarali ishlashiga dalolat beradi.^[14]

Shuningdek qarang

Izohlar

^ "Arxivlangan nusxa" (PDF). Arxivlandi asl nusxasi (PDF) 2013-01-24 da. Olingan 2013-10-16.CS1 maint: nom sifatida arxivlangan nusxa (havola)
^ "COP (ishlash koeffitsienti)". us.grundfos.com. Olingan 2019-04-08.
^ "Arxivlangan nusxa" (PDF). Arxivlandi asl nusxasi (PDF) 2009-01-07 da. Olingan 2013-10-16.CS1 maint: nom sifatida arxivlangan nusxa (havola)
^ Borgnakke, C., & Sonntag, R. (2013). Termodinamikaning ikkinchi qonuni. Termodinamika asoslarida (8-nashr, 244-245-betlar). Vili.
^ Evropa Ittifoqi KOMISSIYASINING VAKOLATLI TARTIBI (Evropa Ittifoqi) № 626/2011 ga binoan VII ILOVA 2-jadval.
^ "Termal banklar fasllar orasidagi issiqlikni saqlaydi | Mavsumiy issiqlik saqlash | Qayta quvvatlanadigan issiqlik batareyasi | Energiya saqlash | Termogeologiya | UTES | Issiqlik batareyalarini quyosh bilan qayta zaryadlash". www.icax.co.uk. Olingan 2019-04-08.
^ "Tuproqning issiqlik o'tkazuvchanligini tekshirish". Carbon Zero Consulting. Olingan 2019-04-08.
^ "GSHC hayotiyligi va dizayni". Carbon Zero Consulting. Olingan 2019-04-08.
^ Energiya ilg'or ishlab chiqarish bo'limi. DOE / GO-102012-3413 qog'ozi. 2012 yil yanvar
^ Elektr energiyasining o'rtacha har bir kVt soatiga 11,55 tsent narxlariga asoslanadi [1] va 1000 kub fut uchun 13,68 dollar (28 m.)³) tabiiy gaz uchun [2] Arxivlandi 2009-05-21 da Orqaga qaytish mashinasi, va konvertatsiya koeffitsientlari har bir termal uchun 29,308 kVt soat va 97,2763 kub fut (2,75456 m)³) har bir term [3].
^ $3.38/3.5~$0.97
^ $1.16/.95~$1.22
^ ($1.16-$0.95)/$1.16~20%
^ "Mavsumiy samaradorlikning yangi davri boshlandi" (PDF). Daikin.co.uk. Daikin. Arxivlandi asl nusxasi (PDF) 2014 yil 31-iyulda. Olingan 31 mart 2015.

Tashqi havolalar

[1] "Arxivlangan nusxa" (PDF). Arxivlandi asl nusxasi (PDF) 2013-01-24 da. Olingan 2013-10-16.CS1 maint: nom sifatida arxivlangan nusxa (havola)

[2] "COP (ishlash koeffitsienti)". us.grundfos.com. Olingan 2019-04-08.

[3] "Arxivlangan nusxa" (PDF). Arxivlandi asl nusxasi (PDF) 2009-01-07 da. Olingan 2013-10-16.CS1 maint: nom sifatida arxivlangan nusxa (havola)

[4] Borgnakke, C., & Sonntag, R. (2013). Termodinamikaning ikkinchi qonuni. Termodinamika asoslarida (8-nashr, 244-245-betlar). Vili.

[5] Evropa Ittifoqi KOMISSIYASINING VAKOLATLI TARTIBI (Evropa Ittifoqi) № 626/2011 ga binoan VII ILOVA 2-jadval.

[6] "Termal banklar fasllar orasidagi issiqlikni saqlaydi | Mavsumiy issiqlik saqlash | Qayta quvvatlanadigan issiqlik batareyasi | Energiya saqlash | Termogeologiya | UTES | Issiqlik batareyalarini quyosh bilan qayta zaryadlash". www.icax.co.uk. Olingan 2019-04-08.

[7] "Tuproqning issiqlik o'tkazuvchanligini tekshirish". Carbon Zero Consulting. Olingan 2019-04-08.

[8] "GSHC hayotiyligi va dizayni". Carbon Zero Consulting. Olingan 2019-04-08.

[9] Energiya ilg'or ishlab chiqarish bo'limi. DOE / GO-102012-3413 qog'ozi. 2012 yil yanvar

[10] Elektr energiyasining o'rtacha har bir kVt soatiga 11,55 tsent narxlariga asoslanadi [1] va 1000 kub fut uchun 13,68 dollar (28 m.)³) tabiiy gaz uchun [2] Arxivlandi 2009-05-21 da Orqaga qaytish mashinasi, va konvertatsiya koeffitsientlari har bir termal uchun 29,308 kVt soat va 97,2763 kub fut (2,75456 m)³) har bir term [3].

[11] $3.38/3.5~$0.97

[12] $1.16/.95~$1.22

[13] ($1.16-$0.95)/$1.16~20%

[14] "Mavsumiy samaradorlikning yangi davri boshlandi" (PDF). Daikin.co.uk. Daikin. Arxivlandi asl nusxasi (PDF) 2014 yil 31-iyulda. Olingan 31 mart 2015.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]