Tepelná účinnost tepelných strojů a zařízení

Při přeměně tepelné energie na mechanickou energii je tepelná účinnost tepelného motoru procento energie, které se přemění na práci. Tepelná účinnost je definována jako

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

nebo pomocí prvního termodynamického zákona nahradit odvádění odpadního tepla za vykonanou práci,

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

Například při přeměně 1000 joulů tepelné energie na 300 joulů mechanické energie (přičemž zbývajících 700 joulů je odvedeno jako odpadní teplo) je tepelná účinnost 30 %.

U zařízení na přeměnu energie, jako je kotel nebo pec, je tepelná účinnost následující.

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

Takže pro kotel, který produkuje 210 kW (nebo 700 000 BTU/h) výkonu na každých 300 kW (nebo 1 000 000 BTU/h) tepelného ekvivalentu příkonu, je jeho tepelná účinnost 210/300 = 0,70, tj. 70 %. To znamená, že 30 % energie se ztratí do okolního prostředí.

Elektrický odporový ohřívač má tepelnou účinnost 100 % nebo velmi blízkou 100 %, takže například 1500 W tepla se vyrobí za 1500 W elektrického příkonu. Při porovnávání topných jednotek, například elektrického odporového ohřívače se 100% účinností s pecí na zemní plyn s 80% účinností, je třeba porovnat ceny energie, aby se zjistily nižší náklady.

Například tepelná čerpadla, chladničky a klimatizace teplo spíše přemísťují, než aby ho přeměňovaly, takže k popisu jejich tepelného výkonu jsou zapotřebí jiná měřítka. Běžnými měřítky jsou koeficient účinnosti (COP), koeficient energetické účinnosti (EER) a koeficient sezónní energetické účinnosti (SEER).

Účinnost tepelného čerpadla (HP) a chladničky (R)*:
E H P = | Q H | W | {\displaystyle E_{HP}={\frac {|Q_{H}|}{|W|}}}}

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

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

Pokud jsou teploty na obou koncích tepelného čerpadla nebo chladničky konstantní a jejich procesy vratné:

E H P = T H T H - T L {\displaystyle 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}}}}

Tepelná účinnost se někdy nazývá energetická účinnost. Ve Spojených státech se v každodenním používání používá SEER jako běžnější měřítko energetické účinnosti u chladicích zařízení a tepelných čerpadel v režimu vytápění. U topných zařízení s přeměnou energie se často uvádí jejich špičková tepelná účinnost v ustáleném stavu, např. "tato pec má účinnost 90 %", ale podrobnějším měřítkem sezónní energetické účinnosti je roční účinnost využití paliva (AFUE).

• Termodynamika