Коэффициент полезного действия – очень важная характеристика, которая одной из первых учитывается при приобретении оборудования. Это параметр работы любого устройства, для которого особое значение имеет эффективность преобразования энергии.
По определению, полезность оборудования определяется формулой соотношения полезно используемой энергии к максимальной и выражается в виде коэффициента η (эта).
Это в упрощенном понимании и есть искомый коэффициент, КПД холодильника и нагревателя, который можно найти в любой технической инструкции.
Коэффициент полезного действия холодильника
При этом нужно знать некоторые технические моменты
Условно можно сказать, что ее внутренний объем представляет собой резервуар с холодным воздухом, а окружающая среда имеет более высокую температуру. Для отведения теплоты из внутреннего пространства во внешнюю среду используется электрическая энергия. Коэффициент полезного действия будет зависеть от протекающих процессов. Поэтому КПД холодильной машины – это отношение выработанного холода к затраченной работе.
Коэффициент полезного действия устройства и комплектующих
Коэффициент полезного действия холодильника рассматривается как КПД установленного компрессора или двигателя.
КПД двигателя вашего холодильного устройства связан с мощностью и энергопотреблением. Очевидно, что чем меньше коэффициент, тем больше количество электричества модель потребляет, тем менее оно эффективно. То есть максимальный коэффициент можно косвенно определить по классу энергопотребления – А+++.
Рабочее тело холодильной машины называют хладагентом. Мы условно будем считать его газом, который поглощает теплоту при расширении и отдаёт при сжатии (в реальных холодильных установках хладагент – это летучий раствор с низкой температурой кипения, который забирает теплоту в процессе испарения и отдаёт при конденсации). Холодильник в холодильной машине – это тело, от которого отводится теплота. Холодильник передаёт рабочему телу (газу) количество теплоты, в результате чего газ расширяется. В ходе сжатия газ отдаёт теплоту более нагретому телу – нагревателю.
Чтобы такая теплопередача осуществлялась, надо сжимать газ при более высоких температурах, чем были при расширении. Это возможно лишь за счёт работы, совершаемой внешним источником (например, электродвигателем (в реальных холодильных агрегатах электродвигатель создаёт в испарителе низкое давление, в результате чего хладагент вскипает и забирает тепло; наоборот, в конденсаторе электродвигатель создаёт высокое давление, под которым хладагент конденсируется и отдаёт тепло)).
Поэтому количество теплоты, передаваемое нагревателю, оказывается больше количества теплоты, забираемого от холодильника. Основное назначение холодильной машины – охлаждение некоторого резервуара (например, морозильной камеры). В таком случае данный резервуар играет роль холодильника, а нагревателем служит окружающая среда – в неё рассеивается отводимое от резервуара тепло.
ПРИМЕР: холодильник Ariston MB40D2NFE (2003), в котором установлен фирменный компрессор Danfoss NLE13KK.3 R600a, с мощностью 219W при рабочих температурных условиях -23.3°C. В случае с холодильными компрессорами может зависеть от параметра RC (рабочий конденсатор, run capacitor), в нашем случае равен 1.51 (без RC, -23.3°C) и 1.60 (с RC, -23.3°C). Эти данные можно найти в технических параметрах. Влияние конденсатора на работу устройства в том, что он позволяет быстрее достигнуть рабочей скорости и, таким образом, повысить его полезное действие.
Показателем эффективности работы
холодильной машины является холодильный коэффициент, равный отношению отведённого от холодильника тепла к работе внешнего источника. Часто люди путают два совершенно разных понятия – коэффициент полезного действия и холодильный коэффициент. Эти параметры можно легко отличить. КПД не может быть выше 100% или единицы. Он измеряется в процентах или дробных величинах. Значение холодильного коэффициента никогда не измеряется только в безразмерных величинах и чаще всего составляет больше единицы – эффективные агрегаты могут похвастаться показателем около трех.
Среднее значение КПД большинства современных компрессоров составляет порядка 60-70%. Чем выше, тем лучше. С вентиляторами вопрос с КПД также остается актуальным. Специалисты рекомендуют по возможности останавливать выбор с ЕС-двигателем, так как они считаются самыми эффективными из всего предлагаемого ассортимента. В реальных холодильниках холодильный коэффициент принимает значения приблизительно от 1 до 3.
Имеется ещё одно интересное применение: холодильная машина может работать как тепловой насос. Тогда её назначение – нагревание некоторого резервуара (например, обогрев помещения) за счёт тепла, отводимого от окружающей среды. В данном случае этот резервуар будет нагревателем, а окружающая среда – холодильником. Показателем эффективности работы теплового насоса служит отопительный коэффициент, равный отношению количества теплоты, переданного обогреваемому резервуару, к работе внешнего источника. Значения отопительного коэффициента реальных тепловых насосов находятся обычно в диапазоне от 3 до 5.
НЕМНОГО ФИЗИКИ
Работа холодильника не опровергает второй закон термодинамики, а протекает в полном соответствии с ним. Холодильник и воздух комнаты не составляют замкнутой системы. Холодильник необходимо подключить к электрической сети. Электрическая энергия с помощью электродвигателя превращается в механическую энергию, затем механическая энергия в результате работы компрессора холодильника превращается, в конечном счете, в энергию теплового движения молекул деталей холодильника и окружающих его тел. Следовательно, переход тепла от холодного тела к горячему не является единственным результатом работы холодильника, так как этот процесс сопровождается превращением энергии электрического тока в энергию теплового движения КПД холодильной машины.
В реальных холодильных машинах в качестве холодного резервуара выступает морозильная камера, в качестве «горячего» резервуара – воздух в помещении, в качестве рабочего тела – хладагент который циркулирует в закольцованной системе трубок, в качестве источника внешней работы – электродвигатель, подключенный к электрической сети, из которой и черпается энергия для работы холодильника. Чтобы поддерживать постоянной температуру в морозильной камере, нужно отнимать у нее тепло, которое просачивается извне в результате необратимого теплообмена. Избыток энтропии рабочего вещества выбрасывается в окружающую среду вместе с теплом.
В любом случае задачу подбора оборудования, расчетов коэффициента полезного действия и холодопроизводительности лучше оставить специалистам. Так как самостоятельно просчитать все необходимые параметры не имея специального образования будет крайне тяжело.
