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 QC 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).
نحوه تعیین رتبه برچسب مصرف انرژی
اهميت ضريب عملکرد چيلر جذبي در مصرف انرژي
ضريب عملکرد چيلر (COP) بصورت نسبت سرمايش توليدي توسط چيلر به انرژي مصرفي آن تعريف مي‌شود. لذا اين ضريب به مفهوم راندمان بوده و در سيستم‌هاي سرمايشي داراي جايگاه ويژه‌اي است. کاهش ضريب عملکرد يک چيلر (مخصوصا چيلرهاي با ظرفيت بالا) مي‌تواند ضرر اقتصادي چشمگيري را به همراه داشته باشد. در شکل زير ميزان افزايش مصرف گاز طبيعي در چيلرهاي جذبي با تناژ تبريد مختلف به دليل کاهش 5 تا 20 درصدي ضريب عملکرد آنها، نشان شده است. با توجه به اين نمودار، با افزايش توان سرمايشي چيلر جذبي، ميزان ضرر اقتصادي ناشي از کاهش ضريب عملکرد آن بيشتر خواهد بود.
چند نمونه از عوامل تاثير‌گذار بر ضريب عملکرد چيلرهاي جذبي
ضريب عملکرد چيلرهاي جذبي تحت تاثير عواملي نظير دماي آب سرد (Chilled water) خروجي از دستگاه، دماي آب خنک‌کن (Cooling water) ورودي به چيلر، شرايط منبع حرارتي و توان سرمايشي مورد نياز مي‌باشد. در شکل زیر، تاثير دماي آب سرد خروجي از چيلر و دماي آب خنک‌کن ورودي به آن بر درصد توان سرمايشي توليدي توسط چيلر و همچنين ضريب عملکرد آن در يک چيلر تجاري، نمايش داده شده است. در اين شکل ضريب عملکرد از ميانگين‌گيري از ارقام آبي رنگ مربوط به هر نقطه (جمع سه عدد و تقسيم مجموع بر سه) بدست مي‌‌آيد.
يکي از عوامل مهم تاثير‌گذار بر مصرف انرژي چيلرها، توان سرمايشي مورد نياز مي‌باشد. اين موضوع هم در انتخاب چيلر و هم در شرايط بهره‌برداري از اهميت بسزايي برخوردار است. استاندارد ANSI/ARI 560-2000 شاخص IPLV را براي ارزيابي عملکرد چيلر در شرايط بهره‌برداري مختلف، بصورت زير تعريف مي‌نمايد:
IPLV= 0.01A + 0.42B + 0.45C + 0.12D
در اين رابطه منظور از ضرايب A تا D به ترتيب ضريب عملکرد در ظرفيت‌هاي 100، 75، 50 و 25 درصد مي‌باشد . بنابراين نه تنها ضريب عملکرد در ظرفيت نامي، بلکه ضريب عملکرد در ظرفيت‌هاي پايين‌تر از نامي نيز از اهميت بسزايي 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 1500) 5000Btu/hrوات) در نظر بگیرید که SEERآن برابر با 10Btu/Whباشد،
در صورتی که در یک فصل گرما 1000ساعت کار کند مثلاً روزی هشت ساعت برای 120روز .
مجموع انرژی که صرف خنک کاری شده است برای یک سال به شرح زیر خواهد بود:
5000 BTU/h × 8 h/day × 125 days/year = 5,000,000 BTU/year
برای SEER=10مجموع انرژی الکتریکی برای کل سال برابر خواهد بود با
5,000,000 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 نمونهی 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 + 1.12 × 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 رابطهی 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 22 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 بازدهیاش به شدت پایین می آید
اهميت ضريب عملکرد چيلر جذبي در مصرف انرژي
ضريب عملکرد چيلر (COP) بصورت نسبت سرمايش توليدي توسط چيلر به انرژي مصرفي آن تعريف مي‌شود. لذا اين ضريب عملا به مفهوم راندمان بوده و در سيستم‌هاي سرمايشي داراي جايگاه ويژه‌اي است. کاهش ضريب عملکرد يک چيلر (مخصوصا چيلرهاي با ظرفيت بالا) مي‌تواند ضرر اقتصادي چشمگيري را به همراه داشته باشد. در شکل زير ميزان افزايش مصرف گاز طبيعي در چيلرهاي جذبي با تناژ تبريد مختلف به دليل کاهش 5 تا 20 درصدي ضريب عملکرد آنها، نشان شده است. با توجه به اين نمودار، با افزايش توان سرمايشي چيلر جذبي، ميزان ضرر اقتصادي ناشي از کاهش ضريب عملکرد آن بيشتر خواهد بود.
چند نمونه از عوامل تاثير‌گذار بر ضريب عملکرد چيلرهاي جذبي
ضريب عملکرد چيلرهاي جذبي تحت تاثير عواملي نظير دماي آب سرد (Chilled water) خروجي از دستگاه، دماي آب خنک‌کن (Cooling water) ورودي به چيلر، شرايط منبع حرارتي و توان سرمايشي مورد نياز مي‌باشد. در شکل زیر، تاثير دماي آب سرد خروجي از چيلر و دماي آب خنک‌کن ورودي به آن بر درصد توان سرمايشي توليدي توسط چيلر و همچنين ضريب عملکرد آن در يک چيلر تجاري، نمايش داده شده است. در اين شکل ضريب عملکرد از ميانگين‌گيري از ارقام آبي رنگ مربوط به هر نقطه (جمع سه عدد و تقسيم مجموع بر سه) بدست مي‌‌آيد.
يکي از عوامل مهم تاثير‌گذار بر مصرف انرژي چيلرها، توان سرمايشي مورد نياز مي‌باشد. اين موضوع هم در انتخاب چيلر و هم در شرايط بهره‌برداري از اهميت بسزايي برخوردار است. استاندارد ANSI/ARI 560-2000 شاخص IPLV را براي ارزيابي عملکرد چيلر در شرايط بهره‌برداري مختلف، بصورت زير تعريف مي‌نمايد:
IPLV= 0.01A + 0.42B + 0.45C + 0.12D
در اين رابطه منظور از ضرايب A تا D به ترتيب ضريب عملکرد در ظرفيت‌هاي 100، 75، 50 و 25 درصد مي‌باشد که توصيف هر کدام از اين ظرفيت‌ها در استاندارد به طور کامل شرح داده شده است. بنابراين نه تنها ضريب عملکرد در ظرفيت نامي، بلکه ضريب عملکرد در ظرفيت‌هاي پايين‌تر از نامي نيز از اهميت بسزايي برخوردار است.
مراجع
"ANSI/AHRI 210/240-2008: 2008 Standard for Performance Rating of Unitary AirConditioning & Air-Source Heat Pump Equipment". Air Conditioning, Heating and
Refrigeration Institute. 2008.
2. "U.S. DOE Building America House Simulation Protocols, Revised October 2010".
2010.
3. US Department of Energy Framework Public Meeting for Residential Central Air
Conditioners and Heat Pumps (June 12, 2008) at 35– 36 (transcript) [1].
4. "Fujitsu Ductless Mini Splits: Wall Mounted Systems". 2010.
5. "How High Will SEER Go?". 2006