ضریب عملکرد چیست و محاسبات آن چگونه انجام می شود؟

ضریب عملکرد چیست؟

ضریب عملکرد Coefficient of Performance یا به اختصار COP، ضریب بازدهی و عملکرد دستگاه داکت اسپلیت چیلر و سیستم های تهویه مطبوع می باشد و شاخصی است جهت تعیین ضریب راندمان میزان مصرف انرژی در قالب واحد BTU

به عنوان مثال ضریب عملکرد یک سیستم برودتی عبارت است از نسبت مقدار گرفته شده از فضای مورد نظر به کار مصرفی. بالاتر بودن این عدد نشان دهنده عملکرد و بازده بالاتر سیستم می باشد. این کمیت بدون بعد بوده و به صورت زیر قابل تعریف است:

که در آن کمیت های QH و W به ترتیب عبارتند از گرمای خارج شده از فضای مورد نظر و کار انجام شده روی سیستم (برق مصرفی) توسط کمپرسور دستگاه، هر دو برحسب واحد ( BTU/hr) . همچنین پارامتر قابل اندازه گیری دیگری که نشان دهنده راندمان دستگاه های تهویه مطبوع می باشد، EER یا نسبت بازده انرژی (Energy Efficiency Ratio) می باشد که تعریف مشابه تعریفCOP دارد با این تفاوت که در آن واحد W ، به جای( BTU/hr) ، وات (Watt) می باشد. به عبارت دیگر واحد اندازه گیری EER، عبارتست از ( BTU/Watt.hr).

توجه:

در صورتی که دانشجو یا فارغ التحصیل رشته تاسیسات هستید، خرید پکیج آموزش زیر یا شرکت در دوره های فوق می تواند برای شما مفید بوده و سبب تسهیل ورود به بازار کار و یا ارتقاء شغلی شما گردد:

خرید پکیج آموزش رویت مپ

شرکت در دوره آموزش رویت مپ

 اهمیت ضریب عملکرد چیلر جذبی در مصرف انرژی

ضریب عملکرد چیلر (COP) بصورت نسبت سرمایش تولیدی توسط چیلر به انرژی مصرفی آن تعریف می‌شود. لذا این ضریب به مفهوم راندمان بوده و در سیستم‌های سرمایشی دارای جایگاه ویژه‌ای است. کاهش ضریب عملکرد یک چیلر (مخصوصا چیلرهای با ظرفیت بالا) می‌تواند ضرر اقتصادی چشمگیری را به همراه داشته باشد. در شکل زیر میزان افزایش مصرف گاز طبیعی در چیلرهای جذبی با تناژ تبرید مختلف به دلیل کاهش ۵ تا ۲۰ درصدی ضریب عملکرد آنها، نشان شده است. با توجه به این نمودار، با افزایش توان سرمایشی چیلر جذبی، میزان ضرر اقتصادی ناشی از کاهش ضریب عملکرد آن بیشتر خواهد بود.

چند نمونه از عوامل تاثیر‌گذار بر ضریب عملکرد چیلر‌های جذبی

ضریب عملکرد چیلر‌های جذبی تحت تاثیر عواملی نظیر دمای آب سرد (Chilled water) خروجی از دستگاه، دمای آب خنک‌کن (Cooling water) ورودی به چیلر، شرایط منبع حرارتی و توان سرمایشی مورد نیاز می‌باشد. در شکل زیر، تاثیر دمای آب سرد خروجی از چیلر و دمای آب خنک‌کن ورودی به آن بر درصد توان سرمایشی تولیدی توسط چیلر و همچنین ضریب عملکرد آن در یک چیلر تجاری، نمایش داده شده است. در این شکل ضریب عملکرد از میانگین‌گیری از ارقام آبی رنگ مربوط به هر نقطه (جمع سه عدد و تقسیم مجموع بر سه) بدست می‌‌آید.

یکی از عوامل مهم تاثیر‌گذار بر مصرف انرژی چیلرها، توان سرمایشی مورد نیاز می‌باشد. این موضوع هم در انتخاب چیلر و هم در شرایط بهره‌برداری از اهمیت بسزایی برخوردار است. استاندارد ANSI/ARI 560-2000 شاخص IPLV را برای ارزیابی عملکرد چیلر در شرایط بهره‌برداری مختلف، بصورت زیر تعریف می‌نماید:

IPLV= 0.01A + 0.42B + 0.45C + 0.12D

در این رابطه منظور از ضرایب A تا D به ترتیب ضریب عملکرد در ظرفیت‌های ۱۰۰، ۷۵، ۵۰ و ۲۵ درصد می‌باشد . بنابراین نه تنها ضریب عملکرد در ظرفیت نامی، بلکه ضریب عملکرد در ظرفیت‌های پایین‌تر از نامی نیز از اهمیت بسزایی برخوردار است.

نسبت بازدهی فصلی انرژی

بازدهی کولرها معمولاً به وسیله ی نسبت بازدهی انرژی فصلی داده میشود که توسط موسسه ی تهویه مطبوع،
گرمایش و تبرید در استاندارد ، ARI 210/240ارزشیابی عملکرد تهویه ی متمرکز و تجهیزات پمپ گرمایی داده
می شود.
نسبت بازدهی انرژی فصلی یک واحد خنک کننده، برابر است با نسبت خروجی سرمایش بر حسب  Btuدر یک فصل
سرمایش نمونه به مجموع انرژی الکتریکی وارد شده به دستگاه بر حسب  Whrدر همان بازهی زمانی. هرچه SEER
یک دستگاه خنک کننده بالاتر باشد، از منظر مصرف انرژی بهینه تر است.
برای مثال یک کولر گازی با ظرفیت ۱۵۰۰) ۵۰۰۰Btu/hrوات) در نظر بگیرید که  SEERآن برابر با  ۱۰Btu/Whباشد،
در صورتی که در یک فصل گرما ۱۰۰۰ساعت کار کند مثلاً روزی هشت ساعت برای ۱۲۰روز .
مجموع انرژی که صرف خنک کاری شده است برای یک سال به شرح زیر خواهد بود:

۵۰۰۰ BTU/h × ۸ h/day × ۱۲۵ days/year = 5,000,000 BTU/year

برای SEER=10مجموع انرژی الکتریکی برای کل سال برابر خواهد بود با

۵,۰۰۰,۰۰۰ BTU/year / 10 BTU/W·h = 500,000 W·h/year

متوسط توان مصرفی بر این مبنا به صورت زیر به دست میآید:

Average power = (BTU/h) / (SEER) = 5000 / 10 = 500 W

رابطه ( COP وEER ،SEER )

نسبت بازدهی انرژی (EER)برای یک دستگاه خنک کنندهی خاص نسبت سرمایش  )بر حسب  (Btu/hrبه توان
الکتریکی ورودی (بر حسب وات) در شرایط معلوم رطوبت و دمای درون و بیرون است. نسبت بازدهی فصلی انرژی
بعدی مشابه نسبت بازدهی انرژی دارد، اما در عوض محاسبه شدن در یک نقطهی کاری مشخص نمایندهی عملکرد
کلی سالانه برای مکانی معلوم را میدهد.
نسبت بازدهی انرژی به ضریب عملکرد که معمولاً در ترمودینامیک استفاده میشود، مربوط است، تفاوت پایهای بیبعد
بودن  COPبرای یک دستگاه خنک کننده است که موجب میشود در تمام سیستمهای واحدها بی تغییر بماند. تفاوت
دیگر این است که COP یک معیار لحظهای است، در حالی که EER  و  SEER حاصل تقسیم انرژی بر انرژی هستند و
برای بازهای معلوم محاسبه میشوند. این بازه برای EER چند ساعت با شرایط یکسان است و برای SEER یک سال با
شرایط نمونه ی هوای بیرون و داخل.
SEER در آزمون استاندارد ARI محاسبه میشود. چرخهی معلوم روشن / خاموش، بهتر رفتار دستگاههای خنک کننده را
نشان میدهد در حالی که حالت تمام روشن که در محاسبه EER به کار میآید با کارکرد معمول فاصله بیشتری دارد.
برای سیستمهای خنک کاری مرکزی مسکونی میتوان با رابطهی زیر SEER را به EER مربوط نمود:

EER = 0.875 × SEER

رابطهی دقیقتری نیز برای نیل به این مقصود وجود دارد:

EER = -0.02 × SEER² + ۱٫۱۲ × SEER

حداکثر مقدار نظری نسبت بازدهی انرژی

حداکثر SEERو EERبا قانون دوم ترمودینامیک محدود میشوند. چرخهی سرمایشی که بالاترین بازدهی را دارد چرخه
کارنو است که در آن حداکثر ضریب عملکرد از رابطه ی زیر به دست میآید:

TC دمای درون و THدمای بیرون است هردوی این دماها باید بر حسب کلوین یا رانکین باشند (از صفر مطلق محاسبه گردند).

رابطه ی  EERو COPبه صورت زیر داده می شود .

افزایش اختلاف دمای درون و بیرون EERرا کاهش میدهد. این امر به خصوص در نواحی بیابانی در خور توجه است

امروزه واحد های کولر گازی برای کاربری مسکونی وجود دارد که SEER آن به ۲۲ میرسد. تکنولوژیهای جدید
مانند کمپرسورهای پیچی، اینورتر ها و موتور های DCبدون جاروبک و سیستمهای تکامل یافته راه را برای رسیدن به
SEERهای بالاتر هموار میکنند.
مقدار کمینه EER
وقتی که پمپ حرارتی در حالت گرمایشی کار میکند عموماً بهینه تر از بخاریهای برقی است. این امر عموماً به این دلیل است که پمپ حرارتی غیر از انرژی الکتریکی که به گرما تبدیل میشود مقداری از گرمای بیرون را با خود به درون میبرد. در شرایطی که دمای بیرون بسیار پایین باشد، پمپ حرارتی نزدیک به بخاری برقی عمل میکند، زیرا بازده اش به شدت پایین می آید

 اهمیت ضریب عملکرد چیلر جذبی در مصرف انرژی

ضریب عملکرد چیلر (COP) بصورت نسبت سرمایش تولیدی توسط چیلر به انرژی مصرفی آن تعریف می‌شود. لذا این ضریب عملا به مفهوم راندمان بوده و در سیستم‌های سرمایشی دارای جایگاه ویژه‌ای است. کاهش ضریب عملکرد یک چیلر (مخصوصا چیلرهای با ظرفیت بالا) می‌تواند ضرر اقتصادی چشمگیری را به همراه داشته باشد. در شکل زیر میزان افزایش مصرف گاز طبیعی در چیلرهای جذبی با تناژ تبرید مختلف به دلیل کاهش ۵ تا ۲۰ درصدی ضریب عملکرد آنها، نشان شده است. با توجه به این نمودار، با افزایش توان سرمایشی چیلر جذبی، میزان ضرر اقتصادی ناشی از کاهش ضریب عملکرد آن بیشتر خواهد بود.

چند نمونه از عوامل تاثیر‌گذار بر ضریب عملکرد چیلر‌های جذبی

ضریب عملکرد چیلر‌های جذبی تحت تاثیر عواملی نظیر دمای آب سرد (Chilled water) خروجی از دستگاه، دمای آب خنک‌کن (Cooling water) ورودی به چیلر، شرایط منبع حرارتی و توان سرمایشی مورد نیاز می‌باشد. در شکل زیر، تاثیر دمای آب سرد خروجی از چیلر و دمای آب خنک‌کن ورودی به آن بر درصد توان سرمایشی تولیدی توسط چیلر و همچنین ضریب عملکرد آن در یک چیلر تجاری، نمایش داده شده است. در این شکل ضریب عملکرد از میانگین‌گیری از ارقام آبی رنگ مربوط به هر نقطه (جمع سه عدد و تقسیم مجموع بر سه) بدست می‌‌آید.

یکی از عوامل مهم تاثیر‌گذار بر مصرف انرژی چیلرها، توان سرمایشی مورد نیاز می‌باشد. این موضوع هم در انتخاب چیلر و هم در شرایط بهره‌برداری از اهمیت بسزایی برخوردار است. استاندارد ANSI/ARI 560-2000 شاخص IPLV را برای ارزیابی عملکرد چیلر در شرایط بهره‌برداری مختلف، بصورت زیر تعریف می‌نماید:

IPLV= 0.01A + 0.42B + 0.45C + 0.12D

در این رابطه منظور از ضرایب A تا D به ترتیب ضریب عملکرد در ظرفیت‌های ۱۰۰، ۷۵، ۵۰ و ۲۵ درصد می‌باشد که توصیف هر کدام از این ظرفیت‌ها در استاندارد به طور کامل شرح داده شده است. بنابراین  نه تنها ضریب عملکرد در ظرفیت نامی، بلکه ضریب عملکرد در ظرفیت‌های پایین‌تر از نامی نیز از اهمیت بسزایی برخوردار است.