Siltuma efektivitāte

Siltumefektivitāte ( η t h {\displaystyle \eta _{th}\,} $\eta_{th} \,$ ) ir bezdimensiju efektivitātes rādītājs siltumiekārtai, piemēram, iekšdedzes dzinējam, katlam vai krāsnij.

Ierīces ieejas avots Q i n {\displaystyle Q_{in}\,} $Q_{in} \,$ ir siltums jeb patērētā kurināmā siltumietilpība. Vēlamais izejas rezultāts ir mehāniskais darbs, W o u t {\displaystyle W_{out}\,} $W_{out} \,$ , vai siltums, Q o u t {\displaystyle Q_{out}\,} $Q_{out} \,$ , vai, iespējams, abi. Tā kā ievadītajam siltumam parasti ir reālas finansiālas izmaksas, neaizmirstama, vispārīga termiskās efektivitātes definīcija ir šāda.

η t h ≡ izeja Ieeja . {\displaystyle \eta _{th}\equiv {\frac {\text{Izejas}}}{\text{Ieejas}}}. } $\eta_{th} \equiv \frac{\text{Output}}{\text{Input}}.$

No pirmā un otrā termodinamikas likuma izriet, ka izejas jauda nevar pārsniegt ievadīto, tātad.

0 ≤ η t h ≤ 1,0. {\displaystyle 0\leq \eta _{th}\leq 1.0.} $0 \le \eta_{th} \le 1.0.$

Izsakot procentos, termiskajai efektivitātei jābūt no 0 % līdz 100 %. Neefektivitātes dēļ, piemēram, berzes, siltuma zudumu un citu faktoru dēļ, siltuma efektivitāte parasti ir daudz mazāka par 100 %. Piemēram, tipisks benzīna automobiļa dzinējs darbojas ar aptuveni 25 % termisko efektivitāti, bet lielas ar oglēm darbināmas elektrostacijas maksimums ir aptuveni 36 %. Kombinētā cikla elektrostacijās siltuma efektivitāte tuvojas 60 %.

Siltuma dzinēji

Siltuma dzinēja termiskā efektivitāte, pārveidojot siltumenerģiju mehāniskajā enerģijā, ir enerģijas procentuālā daļa, kas tiek pārvērsta darbā. Siltumefektivitāti definē šādi

η t h ≡ W o u t Q i n {\displaystyle \eta _{th}\equiv {\frac {W_{out}}{Q_{in}}}} $\eta_{th} \equiv \frac{W_{out}}{Q_{in}}$ ,

vai izmantojot pirmo termodinamikas likumu, lai aizstātu saražoto darbu ar siltuma atdevi,

η t h = 1 - Q o u t Q i n {\displaystyle \eta _{th}=1-{\frac {Q_{out}}{Q_{in}}}} $\eta_{th} = 1 - \frac{Q_{out}}{Q_{in}}$ .

Piemēram, ja 1000 džoulu siltumenerģijas tiek pārvērsti 300 džoulos mehāniskās enerģijas (atlikušie 700 džouli tiek izkliedēti kā izplūdes siltums), siltuma efektivitāte ir 30 %.

Enerģijas konversija

Enerģijas pārveidošanas ierīces, piemēram, katla vai krāsns, termiskais lietderības koeficients ir šāds.

η t h ≡ Q o u t Q i n {\displaystyle \eta _{th}\equiv {\frac {Q_{out}}{Q_{in}}}} $\eta_{th} \equiv \frac{Q_{out}}{Q_{in}}$ .

Tātad katlam, kas uz katliem ar katru 300 kW (jeb 1 000 000 BTU/h) siltuma ekvivalenta ievadi saražo 210 kW (jeb 700 000 BTU/h) izejas jaudu, tā siltuma efektivitāte ir 210/300 = 0,70 jeb 70 %. Tas nozīmē, ka 30 % enerģijas tiek zaudēti vidē.

Elektriskā pretestības sildītāja siltuma lietderības koeficients ir 100 % vai tuvu 100 %, tātad, piemēram, 1500 W siltuma tiek saražoti ar 1500 W elektriskās ieejas jaudas. Salīdzinot apkures iekārtas, piemēram, 100 % efektīvu elektrisko pretestības sildītāju ar 80 % efektīvu dabasgāzes krāsni, ir jāsalīdzina enerģijas cenas, lai noteiktu zemākas izmaksas.

Siltumsūkņi un ledusskapji

Piemēram, siltumsūkņi, ledusskapji un gaisa kondicionieri siltumu nevis pārveido, bet gan pārvieto, tāpēc to siltumtehnisko rādītāju raksturošanai ir vajadzīgi citi mērījumi. Parasti tiek izmantoti šādi rādītāji: energoefektivitātes koeficients (COP), energoefektivitātes koeficients (EER) un sezonas energoefektivitātes koeficients (SEER).

Siltumsūkņa (HP) un ledusskapja (R)* efektivitāte:
E H P = | Q H | W | {\displaystyle E_{HP}={\frac {|Q_{H}|}{|W|}}}}} $E_{HP}=\frac{|Q_H|}{|W|}$

E R = | Q L | | W | {\displaystyle E_{R}={\frac {|Q_{L}|}{|W|}}}}} $E_{R}=\frac{|Q_L|}{|W|}$

E H P - E R = 1 {\displaystyle \displaystyle E_{HP}-E_{R}=1} $\displaystyle E_{HP} - E_{R} = 1$

Ja temperatūras abos siltumsūkņa vai ledusskapja galos ir nemainīgas un procesi ir atgriezeniski:

E H P = T H T H - T L {\displaystyle E_{HP}={\frac {T_{H}}{T_{H}-T_{L}}}} $E_{HP}=\frac{T_H}{T_H - T_L}$

E R = T L T H - T L {\displaystyle E_{R}={\frac {T_{L}}}{T_{H}-T_{L}}}} $E_{R}=\frac{T_L}{T_H - T_L}$

*H = augsta (temperatūra/karstuma avots), L = zema (temperatūra/karstuma avots)

Energoefektivitāte

Siltuma efektivitāti dažkārt dēvē par energoefektivitāti. Amerikas Savienotajās Valstīs ikdienā biežāk lietotais energoefektivitātes rādītājs dzesēšanas iekārtām, kā arī siltumsūkņiem apkures režīmā ir SEER. Enerģijas konversijas apkures ierīcēm bieži tiek norādīta to maksimālā siltumtehniskā efektivitāte stabilā stāvoklī, piemēram, "šīs krāsns efektivitāte ir 90 %", bet detalizētāks sezonālās energoefektivitātes rādītājs ir gada kurināmā izmantošanas efektivitāte (AFUE).

Saistītās lapas

Termodinamika

Jautājumi un atbildes

J: Kas ir termiskā efektivitāte?

A: Siltumefektivitāte ir bezdimensiju siltuma ierīces, piemēram, iekšdedzes dzinēja, katla vai krāsns, efektivitātes rādītājs. To aprēķina, dalot ierīces izejas jaudu ar ieejas jaudu.

J: Kādi ir daži termisko ierīču piemēri?

A: Siltumierīču piemēri ir iekšdedzes dzinēji, katli un krāsnis.

J: Kāda ir siltuma ierīces ieejas jauda?

A: Siltumiekārtas ieejas avots ir siltums vai patērētā kurināmā siltumietilpība.

J: Kāda ir vēlamā siltumierīces jauda?

A: Siltumierīces vēlamā izejviela var būt mehāniskais darbs, siltums vai abi.

J: Kā vispārīgi definēt termisko efektivitāti?

A: Siltumefektivitāti vispārīgi var definēt kā jaudu/ieejas jaudu.

J: Kādā diapazonā ietilpst ηth vērtība?

A: ηth vērtībai jābūt no 0 līdz 1,0, ja to izsaka procentos, tad tai jābūt no 0 līdz 100 %.

Vai ηth tipiskās vērtības parasti ir tuvu 100 %?

A: Nē, tādu neefektivitātes faktoru kā berze un siltuma zudumi dēļ tipiskās ηth vērtības ir daudz mazākas par 100 %. Piemēram, benzīna automobiļu dzinēji parasti darbojas ar aptuveni 25 %, bet lielās ar oglēm darbināmās elektrostacijās maksimālā vērtība ir aptuveni 36 %, bet kombinētā cikla elektrostacijās - gandrīz 60 %.