Was ist der Leistungskoeffizient – COP – Wärmepumpendefinition

Der Leistungskoeffizient (COP) ist ein Schlüsselmerkmal von Wärmepumpen und beschreibt die Leistung von Wärmepumpen. Der COP hängt stark von den Betriebsbedingungen ab. Wärmetechnik

Leistungskoeffizient – Wärmepumpe, Kühlschrank, Klimaanlage

Im Allgemeinen ist die thermische Effizienz , η th , eines Wärmekraftmaschine als das Verhältnis der Arbeits es tut, W , an den Wärmeeingang bei der hohen Temperatur, Q H .

Formel für den Wärmewirkungsgrad - 1

Der thermische Wirkungsgrad , η th , stellt den Anteil an Wärme , H , die konvertiert wird , zu arbeiten .

Wärmepumpe - Heizung und Klimaanlage
Wärmepumpe, Kühlschrank, Klimaanlage – Grundprinzip

In Wärmepumpen und Kühlschränken ist die Arbeit jedoch keine Leistung. Bei einer Kälte- oder Wärmepumpe gibt der Wärmewirkungsgrad an, inwieweit die durch die Arbeit hinzugefügte Energie in Nettowärmeleistung umgewandelt wird. Aus wirtschaftlicher Sicht ist der beste Kältekreislauf derjenige, der die größte Wärmemenge aus dem Inneren des Kühlschranks (Kältespeicher) abführt, um den geringsten Aufwand an mechanischer Arbeit oder elektrischer Energie zu verursachen. Das relevante Verhältnis ist daher, je größer dieses Verhältnis ist, desto besser ist der Kühlschrank. Wir nennen dieses Verhältnis den Leistungskoeffizienten , der mit COP bezeichnet wird .

Der Leistungskoeffizient (   COP) ist auch für Wärmepumpen definiert. An dieser Stelle folgen wir jedoch der Nettowärme, die dem heißen Speicher zugeführt wird. Der COP übersteigt in der Regel 1, insbesondere in Wärmepumpen, da, anstatt nur die Umwandlung der Arbeit zu erwärmen, ist es zusätzlich Wärmepumpen von einer Wärmequelle, wo die Wärme benötigt wird.

Im Allgemeinen hängt der COP stark von den Betriebsbedingungen ab, insbesondere von der absoluten Temperatur und der relativen Temperatur zwischen Kühlkörper und System.

Leistungszahl – Wärmepumpe

Beim Heizen ist der COP das Verhältnis der dem System zugeführten Wärme (Warmwasserspeicher). Unter Verwendung des ersten Hauptsatzes der Thermodynamik wird COP auch als die dem Kältespeicher entzogene Wärme zuzüglich der Eingangsarbeit zur Eingangsarbeit definiert.

Leistungszahl - Wärmepumpe - Gleichung

Für eine ideale Wärmepumpe (ohne Verluste und Irreversibilitäten) kann Folgendes abgeleitet werden:

Leistungskoeffizient - Wärmepumpe - Gleichung2

Beachten Sie, dass diese Gleichungen eine absolute Temperaturskala (T kalt , T heiß ) verwenden müssen und es sich nur um einen theoretischen maximalen Wirkungsgrad handelt . Gemäß der obigen Formel wäre der maximal erreichbare COP für T heiß = 35 ° C (308 K) und T kalt = 0 ° C (273 K) 8,8. In Wirklichkeit liegen die besten Systeme jedoch bei 4,5.

Wie zu sehen ist, kann der COP eines Wärmepumpensystems durch Verringern der Temperaturdifferenz (T heiß – T kalt ) verbessert werden . Daher ist die Reduzierung der Ausgangstemperatur (T hot ) sehr effizient, erfordert jedoch eine sehr effiziente Wärmeübertragung vom Wärmepumpensystem in die Umgebung (dh Verwendung von Rohrboden). Eine Erhöhung der Eingangstemperatur (T kalt ) bedeutet beispielsweise eine übergroße Bodenwärmequelle.

Leistungskoeffizient – Kühlschrank, Klimaanlage

Der Leistungskoeffizient , COP , einen Kühlschrank als die aus dem kalten Reservoir Q entfernt Wärme definiert ist kalt , (dh in einem Kühlschrank) durch die Arbeit W unterteilte die Wärme (dh der durch den Kompressor geleistete Arbeit) durchgeführt zu entfernen.

COP - Leistungskoeffizient - Gleichung

Wie zu sehen ist, ist der Kühlschrank umso besser (effizienter), wenn für eine bestimmte Menge an Arbeit mehr Wärme Kälte aus dem Inneren des Kühlschranks abgeführt werden kann. Da der erste Hauptsatz der Thermodynamik auch in diesem Fall gültig sein muss (Q kalt + W = Q heiß ), können wir die obige Gleichung umschreiben:

COP - Leistungskoeffizient - Gleichung2

Für einen idealen Kühlschrank (ohne Verluste und Irreversibilitäten) kann Folgendes abgeleitet werden:

COP - Leistungskoeffizient - Gleichung3

Diese Formeln werden auch für eine Klimaanlage angewendet , die sehr ähnlich wie ein Kühlschrank funktioniert.

Andererseits sind die COP zum Heizen und Kühlen unterschiedlich.

Beispiel – Wärmepumpe – Heizung und Klimaanlage

Reversible Wärmepumpe - schematisch-minEine reversible Wärmepumpe hat einen Leistungskoeffizienten von COP = 3,0 , wenn sie im Heizmodus betrieben wird . Sein Kompressor verbraucht 1500 W elektrische Energie.

  1. Berechnen Sie die Wärmemenge ( hot ), die die Wärmepumpe einem Raum hinzufügen kann?
  2. Wenn die Wärmepumpe zum gedreht wurde Kühlmodus (dh als eine Klimaanlage im Sommer zu handeln), was würden Sie erwarten , dass seine Leistungszahl sein? Angenommen, alles andere bleibt gleich und vernachlässigen Sie alle anderen Verluste.

Lösung:

Aus der COP , die definiert ist als:

Leistungskoeffizient - Wärmepumpe - Gleichung

Die Wärmemenge, die die Wärmepumpe einem Raum hinzufügen kann, entspricht:

heiß = COP- Erwärmung x B = 3 x 1500 = 4500 W oder 4500 J / s

Im Kühlmodus kann die Wärmepumpe (Klimaanlage) mit 1500-W- Motor die Wärme kalt aus dem Inneren des Hauses aufnehmen und dann Q hot = 4500 W nach außen ablassen. Unter Verwendung des ersten Hauptsatzes der Thermodynamik, der besagt:

kalt + W = Q heiß ,

erhalten wir die Wärme, kalt = 3000 W . Aus der Definition: COP- Kühlung = 3000/1500 = 2 .

Beachten Sie, dass wir in diesem Beispiel viele Annahmen haben. Zum Beispiel haben wir angenommen, dass die Temperaturdifferenz (T heiß – T kalt ) für beide Modi gleich ist. Wir haben jedoch die Reservoire getauscht, ohne dass dies Auswirkungen auf die COP hat. Es ist nur ein anschauliches Beispiel.

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Dieser Artikel basiert auf der maschinellen Übersetzung des englischen Originalartikels. Weitere Informationen finden Sie im Artikel auf Englisch. Sie können uns helfen. Wenn Sie die Übersetzung korrigieren möchten, senden Sie diese bitte an: [email protected] oder füllen Sie das Online-Übersetzungsformular aus. Wir bedanken uns für Ihre Hilfe und werden die Übersetzung so schnell wie möglich aktualisieren. Danke.