Termodynamická účinnost

Tepelná účinnost ( η t h {\displaystyle \eta _{th}\,}\eta_{th} \, ) je bezrozměrná míra výkonu tepelného zařízení, jako je například spalovací motor, kotel nebo pec.

Vstupem Q i n {\displaystyle Q_{in}\,}Q_{in} \, do zařízení je teplo nebo tepelný obsah spotřebovaného paliva. Požadovaným výstupem je mechanická práce, W o u t {\displaystyle W_{out}\,}W_{out} \, , nebo teplo, Q o u t {\displaystyle Q_{out}\,}Q_{out} \, , případně obojí. Vzhledem k tomu, že vstupní teplo má obvykle reálné finanční náklady, je zapamatovatelná obecná definice tepelné účinnosti následující

η t h ≡ Výstupní vstup . {\displaystyle \eta _{th}\equiv {\frac {\text{Výstup}}{\text{Vstup}}}. } \eta_{th} \equiv \frac{\text{Output}}{\text{Input}}.

Z prvního a druhého termodynamického zákona vyplývá, že výstup nemůže být větší než vstup, takže

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

Při vyjádření v procentech musí být tepelná účinnost v rozmezí 0 % až 100 %. Vzhledem k neúčinnosti, jako je tření, tepelné ztráty a další faktory, je tepelná účinnost obvykle mnohem nižší než 100 %. Například typický benzínový automobilový motor pracuje s tepelnou účinností kolem 25 % a velká uhelná elektrárna dosahuje špičkové účinnosti kolem 36 %. V elektrárnách s kombinovaným cyklem se tepelná účinnost blíží 60 %.

Související stránky

  • Termodynamika

Tepelná čerpadla a chladničky

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_{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

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_{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=vysoká (teplota/zdroj tepla), L=nízká (teplota/zdroj tepla)

Tepelné motory

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}}}} \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}}}} \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 %.

Energetická účinnost

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).

Přeměna energie

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}}}} \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.


AlegsaOnline.com - 2020 / 2021 - License CC3