ضریب عملکرد COP

COP چیست ؟

ضریب عملکرد COP مخفف Coefficient Of Performance است که بیانگر راندمان دستگاه های سرمایشی و گرمایشی سیکل تبرید مانند چیلر ، روف تاپ پکیج ، پمپ حرارتی VRF ، GHP ، اسپلیت یا همان کولر گازی و غیره است. ضریب عملکرد COP با نسبت توان حرارتی (برودتی) گرفته شده از هوای فضای مورد نظر یا آب و هر سیال دیگری به توان الکتریکی ورودی (برای دستگاه هایی که صرفا با برق کار می کنند) یا مجموع توان الکتریکی و توان گرمایی ورودی (برای دستگاه هایی که هم با برق و هم انرژی گرمایی کار می کنند) به دست می آید. برای مثال توان برودتی به معنای میزان برودت گرفته شده در اواپراتور چیلر بر حسب کیلووات Kw یا کیلو کالری بر ساعت Kcal/hr و یا بی تی یو بر ساعت BTU/hr است.

ضریب عملکرد همانند راندمان ماشین ها بوده ولی مقدار آن بیش از 100 درصد است. اگر مقدار آن برای دستگاهی کمتر از 100 درصد باشد آن دستگاه به درستی کار نخواهد کرد. به این خاطر COP از 1 یا همان 100 درصد بیشتر است که ضمن اینکه تمام کار را به گرما تبدیل می کند ، گرما را از یک منبع به جایی که در آن نیاز است پمپاژ می کند و این COP بیشتر از 1 به معنی این نیست که دستگاه مورد نظر راندمان بالاتر از 100 درصد دارد. انتقال گرما از جایی به جای دیگر نسبت به تبدیل کار به گرما ، انرژی کمتری نیاز دارد. بیشتر سیستم های تهویه مطبوع سرمایشی و گرمایشی ضریب عملکردی در حدود 2.3 تا 7 دارند.

به شکل بالا دقت کنید که هیت پمپ ها و ایرکاندیشن ها و یخچال ها و … همگی دستگاه هایی هستند که گرما را از یک منطقه دما پایین به منطقه دما بالا ارسال می کنند و این بر خلاف قوانین طبیعی ترمودینامیکی است که همواره گرما از منطقه دما بالا به سمت منطقه دما پایین منتقل می شود. وقتی دستگاه هیت پمپ یا ایرکاندیشنی در حالت سرمادهی کار می کند ، گرما را از منطقه داخل ساختمان که خنک تر از هوای بیرون است گرفته و به بیرون منتقل می کند و وقتی در حالت گرمادهی در فصل زمستان کار می کند ، این بار دمای هوای بیرون از داخل سردتر بوده و این بار گرما را از هوای سرد بیرون گرفته و به داخل ساختمان منتقل می کند. برای مثال مبرد یک دستگاه اسپلیت که در فصل زمستان در حالت گرمایشی کار می کند دمایی به مراتب پایین تر از دمای هوای سرد بیرون داشته و از طریق لوله های مسی مبدل موجود در یونیت خارج از ساختمان ، گرمای هوای بیرون را به خود جذب کرده و سپس به داخل ساختمان هدایت شده و در مبدل موجود در یونیت داخل ساختمان ، این گرما را به هوای داخل ساختمان می دهد.

تا بدین جا سعی کردیم به صورت مفهومی به پرسش ضریب عملکرد COP چیست و در ادامه به فرمول ها و روش های محاسبه COP چیلر ، پمپ حرارتی و سایر دستگاه های تهویه و تبرید خواهیم پرداخت.

پیشنهاد مطالعه درباره انواع چیلرها و ساختار آنها در این مقاله ⇐ چیلر

محاسبه ضریب عملکرد COP در حالت سرمایشی و گرمایشی

وقتی دستگاهی هم در حالت سرمایشی (Cooling) و هم گرمایشی (Heating) کار می کند ضریب عملکرد متفاوتی در این دو حالت دارد. به طور کلی فرمول محاسبه COP به شکل زیر است :

وقتی دستگاه هیت پمپ یا چیلر مورد نظر در حالت سرمایشی کار می کند کافی است که مقدار گرمایی که دستگاه می تواند از محیط مورد نظر به بیرون خارج کند را بر کار انجام شده (انرژی ورودی به دستگاه) تقسیم کرد تا COP کولینگ بدست آید.

فرمول محاسبه COP (فرمول ضریب عملکرد چیلر تراکمی و سایر دستگاه هایی که صرفا با انرژی الکتریکی کار می کنند)

نکته اینکه در فرمول بالا صورت و مخرج کسر هر دو پارامترهایی بر حسب انرژی (کار) بودند و می توان به جای انرژی از توان (کار انجام شده در واحد زمان) برای محاسبه COP استفاده کرد.

1 . محاسبه توان حرارتی Thermal power

توان حرارتی یک سیستم هیدرولیکی مانند آب با استفاده از پارامترهای جریان جرمی ، ظرفیت حرارتی متوسط و اختلاف دمای قبل و بعد از اتلاف حرارتی و از طریق فرمول زیر محاسبه می شود. برای مثال وقتی یک چیلر داشته باشیم که دبی و اختلاف دمای ورود و خروج آب از آن مشخص باشد می توان توان حرارتی آن را با فرمول زیر محاسبه کرد.

در مواقعی که از جریان حجمی به جای جریان جرمی استفاده شود ، می توان جریان جرمی را طبق فرمول زیر و با استفاده از چگالی سیال محاسبه کرد.

2 . محاسبه توان الکتریکی Electrical power

به دو روش انجام می شود :

2 . 1 . مستقیم (خواندن آن به طور مستقیم از روی برچسب توان/انرژی یا کاتالوگ فنی دستگاه)

2 . 2 . غیر مستقیم (محاسبه آن در کاربری های سه فاز) و با استفاده از فرمول زیر :

P توان (active power)

V ولتاژ

I جریان

Cos Φ نیز فاکتور توان است.

نکته : واحد توان الکتریکی باید بر حسب کیلووات باشد‌. در یک دستگاه تمام الکتریکی مثل چیلر تراکمی یا یک هیت پمپ مثل دستگاه VRF یا داکت اسپلیت ، توان الکتریکی ورودی به دستگاه شامل قسمت های مختلف از جمله کمپرسورها و فن های کندانسور و … می شود که هر یک باید به صورت جداگانه محاسبه یا از کاتالوگ فنی استخراج شده و با هم جمع گردد.

محاسبه با استفاده از سیکل کارنو و به صورت تئوری حداکثری

یک روش دیگر برای محاسبه COP استفاده از دمای مطلق مبرد در اواپراتور TC و کندانسور TH است که بیانگر ضریب عملکرد تئوری حداکثری است. در این روش از سیکل ترمودینامیکی ایده آل تئوری که به سیکل کارنو معروف است استفاده می شود.

اگر در معادله بالا مثلا به COP کولینگ دقت کنید می بینید که هر چه دمای کندانسور (TH) کاهش یابد (یعنی در تابستان هوای بیرون خنک تر باشد) ، مخرج کسر کوچکتر و در نتیجه ضریب عملکرد دستگاه افزایش و نیز هر چه دمای اواپراتور (TC) افزایش یابد (یعنی در تابستان دمای هوای دستگاه را در عددهای بالاتری تنظیم کنیم که برای مثال به جای اینکه دما را روی 18 درجه قرار دهیم ، دما را روی 22 درجه تنظیم کنیم) ، ضمن بزرگتر شدن صورت کسر ، مخرج کسر نیز کوچکتر شده و باز هم COP افزایش می یابد.

در یک سیکل بدون اتلافات ، معادله بالا کاملا صحیح است ولی در عمل به خاطر اتلافات مسیر جریان و اصطکاک و … COP واقعی 50 تا 70 درصد حالت تئوری ماکزیمم است.

در شرایط تست کشورهای اروپایی از دمای 35 درجه سانتی گراد برای TH و دمای صفر درجه سانتی گراد برای TC استفاده می شود که بدین ترتیب با جاگذاری این دماها در فرمول های بالا ، حداکثر COP هیت پمپ ها در کشورهای اروپایی به ترتیب 7.8 برای حالت کولینگ و 8.8 برای حالت هیتینگ خواهد بود.

نکات ضریب عملکرد چیلر تراکمی و جذبی

1 . ضریب عملکرد COP عددی بدون واحد است.

2 . مقدار ضریب عملکرد چیلر تراکمی آبی (آب خنک) و چیلر تراکمی هوایی (هوا خنک) به دمای اواپراتور و کندانسور بستگی داشته و هر چه مقدار این دو درجه حرارت به یکدیگر نزدیک باشد، COP آن بیشتر خواهد بود.

3 . ضریب عملکرد چیلر جذبی تک اثره بین 0.6 تا 0.8 و نوع دو اثره آن حدود 1 است.

4 . ضریب عملکرد چیلر تراکمی به طور متوسط در حدود 4 است.

علت پایین تر بودن ضریب عملکرد سیکل جذبی نسبت به سیکل تراکمی این است که در سیکل جذبی به جای استفاده از فرآیند فشرده سازی ، از واکنش های شیمیایی که توسط گرما صورت می گیرد برای پمپاژ گرما از یک جا به جایی دیگر استفاده می شود.

طبق اعلام ASHRAE ضریب عملکرد COP یک چیلر تراکمی برای اینکه در محدوده مناسب قرار بگیرد باید بیشتر از 3.5 باشد و هر چه دستگاه سرمایشی مورد نظر مثل چیلر با راندمان بالاتری طراحی و ساخته شود و تکنولوژی های بیشتری در راستای بهینه سازی مصرف انرژی در آن اعمال شود ، COP بالاتری خواهد داشت و در نتیجه هزینه مصرف انرژی آن کمتر خواهد بود.

مطالعه بیشتر درباره چیلرهای آب خنک در این متن ⇐ چیلر تراکمی آبی

مطالعه بیشتر درباره چیلرهای هوا خنک در این متن ⇐ چیلر تراکمی هوایی

استاندارد تعریف شده ایران برای بازرسی مصرف انرژی بر حسب ضریب عملکرد COP

گاهی به جای استفاده از COP از SCOP استفاده می شود که حرف S بیانگر ضریب عملکرد فصلی (Seasonal) است که COP در طول یک فصل کامل اندازه گیری می شود تا نتایج دقیق تری استخراج شود.

دلیل نیاز به محاسبه و نمایش ضریب عملکرد چیلر ، پمپ حرارتی و …

به این دلیل محاسبه ضریب عملکرد سیکل تبرید (سیکل تبرید تراکمی یا سیکل جذبی) اهمیت دارد که COP بیشتر نشان دهنده عملکرد بهینه تر آن و COP کمتر نشان دهنده افزایش هزینه مصرف انرژی دستگاه است. مانیتورینگ پیوسته آن می تواند یک تصویر کامل از عملکرد سیستم در تمامی زمان ها در اختیار قرار دهد.

اندازه گیری ضریب عملکرد COP مزایای زیر را به همراه دارد :

1 . بهبود پیوسته دستگاه

2 . واکنش سریع هنگامی که COP رو به نزول می رود.

مانیتورینگ ضریب عملکرد COP در دوره های زمانی مختلف :

1 . COP لحظه ای که بیانگر COP همان لحظه دستگاه می شود.

2 . COP کوتاه مدت که میانگین آن را در 5 دقیقه نشان می دهد.

3 . COP فصلی که میانگین آن را برای مدت زمانی که کاربر تعیین می کند نمایش می دهد.

نکته اینکه شاخص COP معمولا فقط برای مقایسه راندمان دستگاه های گرمایشی و یا هیت پمپ های گرمایشی سرمایشی کاربرد دارد و در دستگاه هایی که صرفا سرمایشی هستند از شاخص دیگری تحت عنوان EER و SEER برای مقایسه راندمان بهره گرفته می شود. بنابرین برای آشنایی بیشتر با شاخص EER و SEER پیشنهاد می کنیم که این مقاله ⇐ SEER چیست را مطالعه بفرمایید.

تهویه مطبوع ماخ از جمله تولید کنندگان انواع چیلرهای تراکمی و نیز انواع دیگر سیستم های گرمایشی و سرمایشی است. جهت آشنایی بیشتر به صفحه محصولات ما مراجعه و یا با مهندسان ما تماس بگیرید.

مهندس احمدی (تهویه مطبوع ماخ) : 09127675117 – 09194427470

مهندس خورانی (تهویه مطبوع ماخ) : 09191639363

مطالعه بیشتر ⇓

پیشنهاد مطالعه درباره انواع کندانسورها و ویژگی های آنها در مقاله ⇐ انواع کندانسور

مطالعه درباره مناسب ترین سیستم تهویه برای واحدهای 200 تا 400 متری در این مقاله ⇐ تهویه مطبوع واحد های 200 متری تا 400 متری