Введение
Коэффициент производительности или COP (иногда CP или CoP) теплового насоса, холодильника или системы кондиционирования воздуха – это отношение полезного тепла или холода к затраченной работе (энергии). Более высокие значения COP соответствуют более высокой эффективности, меньшему потреблению энергии и, следовательно, более низким эксплуатационным расходам. COP используется в термодинамике. COP обычно превышает 1, особенно для тепловых насосов, поскольку они не только преобразуют работу в тепло (что при 100% эффективности дало бы COP равный 1), но и перекачивают дополнительное тепло из источника тепла туда, где оно необходимо. У большинства кондиционеров COP находится в диапазоне от 2,3 до 3,5. Для перемещения тепла требуется меньше работы, чем для его выработки, поэтому тепловые насосы, кондиционеры и холодильные установки могут иметь коэффициент производительности больше единицы. COP сильно зависит от условий эксплуатации, в частности от абсолютной температуры и разницы температур между потребителем и источником тепла, и часто представляется в виде графика или усредняется по ожидаемым условиям. Производительность абсорбционных холодильных машин обычно значительно ниже, поскольку они не являются тепловыми насосами, работающими на основе компрессии, а используют химические реакции, протекающие под воздействием тепла.
The coefficient of performance or COP (sometimes CP or CoP) of a heat pump, refrigerator or air conditioning system is a ratio of useful heating or cooling provided to work (energy) required. Higher COPs equate to higher efficiency, lower energy (power) consumption and thus lower operating costs. The COP is used in thermodynamics. The COP usually exceeds 1, especially in heat pumps, because instead of just converting work to heat (which, if 100% efficient, would be a COP of 1), it pumps additional heat from a heat source to where the heat is required. Most air conditioners have a COP of 2.3 to 3.5. Less work is required to move heat than for conversion into heat, and because of this, heat pumps, air conditioners and refrigeration systems can have a coefficient of performance greater than one. The COP is highly dependent on operating conditions, especially absolute temperature and relative temperature between sink and system, and is often graphed or averaged against expected conditions. Performance of absorption refrigerator chillers is typically much lower, as they are not heat pumps relying on compression, but instead rely on chemical reactions driven by heat.
Улучшение КОП
Как показывает формула, COP теплового насоса может быть улучшен за счет уменьшения разницы температур, при которой работает система. Для системы отопления это означает следующее: 1) снижение температуры теплоносителя до примерно 30 °C (86 °F), что требует использования системы теплых полов, настенных или потолочных обогревателей, либо сильно завышенной мощности водовоздушных нагревателей, и 2) повышение температуры источника тепла (например, за счет использования геотермального коллектора большей площади или доступа к солнечному тепловому аккумулятору). Точное определение теплопроводности позволит более точно рассчитать размеры геотермального контура или скважины, что приведет к повышению температуры возврата теплоносителя и увеличению эффективности системы. Для воздухоохладителя COP можно улучшить, используя грунтовые воды в качестве источника тепла вместо воздуха, а также уменьшив перепад температуры на выходе за счет увеличения расхода воздуха. Для обеих систем увеличение диаметра трубопроводов и воздуховодов поможет снизить шум и энергопотребление насосов (и вентиляторов) за счет уменьшения скорости потока теплоносителя, что, в свою очередь, снижает число Рейнольдса и, следовательно, турбулентность (и шум) и гидравлическое сопротивление (см. напор). Сам тепловой насос можно улучшить за счет увеличения размеров внутренних теплообменников, что повышает эффективность (и стоимость) в соотношении с мощностью компрессора, а также за счет уменьшения разницы температур внутри системы в области компрессора. Очевидно, что эта мера делает некоторые тепловые насосы непригодными для получения высоких температур, что означает необходимость использования отдельного устройства для, например, нагрева горячей воды. COP абсорбционных чиллеров можно улучшить, добавив вторую или третью ступень. Двух- и трехступенчатые чиллеры значительно эффективнее одноступенчатых и могут достигать COP больше 1. Они требуют пара более высокого давления и температуры, но это все еще относительно небольшое количество – около 10 фунтов пара в час на тонну холода.
Сезонная эффективность
Реалистичную оценку энергоэффективности в течение всего года можно получить, используя сезонный COP или сезонный коэффициент преобразования (SCOP) для обогрева. Сезонный коэффициент энергоэффективности (SEER) чаще всего используется для кондиционирования воздуха. SCOP – это новая методика, которая более точно отражает ожидаемую производительность в реальных условиях, а использование COP можно считать использованием "старой" системы оценки. Сезонная эффективность показывает, насколько эффективно тепловой насос работает в течение всего сезона охлаждения или отопления.