Коэффициент полезного действия

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
(перенаправлено с «КПД»)
Перейти к: навигация, поиск

Коэффицие́нт поле́зного де́йствия (КПД) — характеристика эффективности системы (устройства, машины) в отношении преобразования или передачи энергии. Определяется отношением полезно использованной энергии к суммарному количеству энергии, полученному системой ; обозначается обычно η («эта»). КПД является безразмерной величиной и часто измеряется в процентах.

Определение[править | править вики-текст]

Математически определение КПД может быть записано в виде:

\eta = \frac{A}{Q} x 100 %,

где А — полезная работа, а Q — затраченная энергия.

В силу закона сохранения энергии КПД всегда меньше единицы или равен ей, то есть невозможно получить полезной работы больше, чем затрачено энергии.

КПД теплово́го дви́гателя — отношение совершённой полезной работы двигателя, к энергии, полученной от нагревателя. КПД теплового двигателя может быть вычислен по следующей формуле

\eta = \frac{Q_1 - Q_2}{Q_1},

где Q_1 — количество теплоты, полученное от нагревателя, Q_2 — количество теплоты, отданное холодильнику. Наибольшим КПД среди циклических машин, оперирующих при заданных температурах горячего источника T1 и холодного T2, обладают тепловые двигатели, работающие по циклу Карно; этот предельный КПД равен

\eta_k = \frac{T_1 - T_2}{T_1}.

Другие похожие показатели[править | править вики-текст]

Не все показатели, характеризующие эффективность энергетических процессов, соответствуют вышеприведённому описанию. Даже если они традиционно или ошибочно называются «коэффициент полезного действия», они могут иметь другие свойства, в частности, превышать 100 %.

КПД котлов[править | править вики-текст]

КПД котлов на органическом топливе традиционно рассчитывается по низшей теплоте сгорания; при этом предполагается, что влага продуктов сгорания покидает котёл в виде перегретого пара. В конденсационных котлах эта влага конденсируется, теплота конденсации полезно используется. При расчёте КПД по низшей теплоте сгорания он в итоге может получиться больше единицы. В данном случае корректнее было бы считать его по высшей теплоте сгорания, учитывающей теплоту конденсации пара; однако при этом показатели такого котла трудно сравнивать с данными о других установках.

Тепловые насосы и холодильные машины[править | править вики-текст]

Достоинством тепловых насосов как нагревательной техники является возможность получать больше теплоты, чем расходуется энергии на их работу. Холодильная машина может отвести от охлаждаемого конца больше теплоты, чем затрачивается энергии на организацию процесса.

Эффективность машин характеризуют холодильный коэффициент (англоязычный аналог COP)

\varepsilon_\mathrm{X} = Q_\mathrm{X}/A,

где Q_\mathrm{X} — тепло, отбираемое от холодного конца (в холодильных машинах холодопроизводительность); A — затрачиваемая на этот процесс работа (или электроэнергия).

Для тепловых насосов используют термин коэффициент трансформации

\varepsilon_\Gamma = Q_\Gamma/A,

где Q_\Gamma — тепло конденсации передаваемое теплоносителю; A — затрачиваемая на этот процесс работа (или электроэнергия).

В идеальной машине Q_\Gamma=Q_\mathrm{X}+A отсюда для идеальной машины \varepsilon_\Gamma = \varepsilon_\mathrm{X}+1

Наилучшими показателями производительности для холодильных машин обладает обратный цикл Карно: в нём холодильный коэффициент

\varepsilon = {T_\mathrm{X}\over{T_\Gamma-T_\mathrm{X}}},

где T_\Gamma, T_\mathrm{X} — температуры горячего и холодного концов, K[1]. Данная величина, очевидно, может быть сколь угодно велика; хотя практически к ней трудно приблизиться, холодильный коэффициент может превосходить единицу. Это не противоречит первому началу термодинамики, поскольку, кроме принимаемой в расчёт энергии A (напр., электрической), в тепло Q идёт и энергия, отбираемая от холодного источника.

Литература[править | править вики-текст]

Примечания[править | править вики-текст]