Секреты конденсационных котлов: как КПД котла может быть больше 100%? Кпд 100 процентов

КПД > 100 процентов? И да, и нет...

Если совсем точно, то, конечно, вообще нет. Закон сохранения энергии никто не отменял, под силу такое только Богу. Просто новый физический эффект поначалу создавал впечатление превышения 100-процентного барьера, установленного для КПД.

А как же закон сохранения энергии? Он что, уже не работает? Физические законы поменялись? И вообще, насколько мне известно, не может быть в природе вечного двигателя!

Спокойно! В эксперименте, опубликованном в научном журнале Physical Review Letters, закон сохранения энергии никак не нарушался. Да и «лампочкой» там была не привычная лампа накаливания, а устройство, по принципу свечения похожее одновременно на полупроводниковый светодиод и полупроводниковый лазер.

Необычный эффект превышения 100% коэффициента полезного действия получался лишь «при самых низких уровнях мощности излучения и в то же время при относительно высокой температуре прибора».

В лаборатории электроники Массачусетского технологического института, где и проводились данные эксперименты, ученые и студенты построили полупроводниковый источник света. Новый излучатель работает аналогично обычным светодиодам, внешнее электрическое возбуждение порождает в полупроводниковом устройстве пары электрон-дырка, которые и генерируют фотоны, т.е. видимый человеческим глазом свет. Пока ничего сенсационного и сногсшибательного. Но данный источник света показал в некоторых случаях так называемую излучательную эффективность (отношение мощности подводимого электрического тока к мощности излучения света) в 230%! Света выдавалось более чем в два раза больше, чем подводилось электричества! Вот это и стало причиной сенсации в научном и околонаучном мире.

Далее прибор начинал сильно охлаждаться (вот и действие закона сохранения, природу обмануть всё же не удалось) и КПД опять становился менее 100%. И всё же на сегодняшний день это самый эффективный источник конверсии электрического тока в видимое излучение.

Почему это происходит? А вот почему. Излучатель из Массачусетского технологического института, которому и названия-то ещё не придумали, конвертирует в излучение не только электричество от источника питания, но и энергию теплоты окружающей среды. Причём чем выше температура окружающей среды, тем меньше электричества надо для поддержания свечения этой своеобразной «лампочки». И при прямом подсчёте КПД (отношения мощности электричества к мощности излучения) оказывается иногда выше единицы.

Правда, возникает столь странный комбинированный режим работы только при очень низком уровне излучения, а также при малых значениях тока и напряжения. Пока счёт идёт лишь на пиковатты, триллионные доли ватта. В описанном выше эксперименте к полупроводниковому кристаллу была подведена мощность 30 пиковатт, а максимальное излучение, замеренное в ходе эксперимента, составило 69 пиковатт. При этом кристалл охладился почти на 10 градусов по Цельсию.

Так что до внедрения в промышленное исполнение «диоды из MIT», как названо это чудо в научной периодике, ещё пока очень далеко. Особенно в качестве «лампочки Ильича», т.е. источника освещения.

Однако создатели прибора полагают, что его усовершенствование может привести к появлению не столько светодиодных светильников, сочетающих в себе лампочку и кондиционер в одном флаконе, сколько эффективный способ охлаждения больших интегральных схем, составляющих основу всей современной полупроводниковой электроники. Смотрите, какой прикол: включается электричество и каждая работающая микросхема светит себе огоньками и попутно сама же себя охлаждает. Т.е. функция индикатора и кондиционера «в одном флаконе», без затрат электрической энергии, всё равно работает. Ну и, как следствие, снижение затрат на вентиляцию и другие виды охлаждения этой самой сложной электроники.

Рынок больших интегральных схем, которым требуется эффективное охлаждение, уже давно перешагнул за триллион долларов, и неудивительно, что к «диодным экспериментам MIT» уже выстроились в очередь частные инвесторы, просто горячо желающие потратить свои (да и чужие тоже) деньги на продолжение подобных экспериментов.

steissd.livejournal.com

Секреты конденсационных котлов: как КПД котла может быть больше 100%? - Инсталляции

Выгоды от конденсации

Практически все котлы, предназначенные для установки в односемейных домах, оснащены горелками с модуляцией (регулированием) мощности. Конденсационные котлы имеют такой большой диапазон регулирования, что могут нагревать воду в системе отопления вплоть до 85°С (как и обычные котлы). Однако самый высокий коэффициент полезного действия (КПД) можно получить только при менее высокой температуре.

Конденсационные котлы имеют еще одно очень интересное свойство. Если обычные котлы работают с неполной нагрузкой и используется только часть их мощности, они имеют меньший КПД. Следовательно, покупая обычный двухконтурный котел, следует выбрать между моделью меньшей мощности, которая работает экономично, но может не успевать производить достаточное количество горячей водопроводной воды, и более мощной, которая создаст комфорт горячего водоснабжения, но будет использовать завышенное количество топлива для обеспечения потребностей отопления (работая с меньшим КПД).

У конденсационных котлов все иначе. Они имеют максимальный КПД при нагрузке порядка 30%. Поэтому не нужно опасаться покупки котла слишком высокой мощности - большей, чем требуется для отопления.

В конденсационных котлах, оснащенных погодной регулировкой, работа с неполной нагрузкой означает более низкую температуру воды в системе отопления, а следовательно, более эффективное охлаждение продуктов сгорания и интенсивную конденсацию, а также уменьшение потерь тепла через корпус котла.

Зависимость КПД котлов от степени нагрузки

Как видно из диаграммы, коэффициент полезного действия газовых котлов более чем десятилетней давности значительно более низкий, чем у современных котлов. Разница будет наиболее ощутимой, если старый котел (70-х годов прошлого века или еще более старый) мы заменим новым конденсационным. В период, когда мощность котла используется только на 20% (это бывает относительно часто, например, весной и осенью), разница коэффициента полезного действия составляет более 25%.

Даже при работе с максимальной мощностью, когда конденсация не происходит, разница составляет, по меньшей мере, 8% в пользу конденсационного котла. Разница между современным неконденсационным котлом и конденсационным, работающим с системой, обладающей параметрами 75/60°С, по-прежнему является значительной (от 14 до 5%). На диаграмме видно, что конденсационные котлы работают с большим коэффициентом полезного действия при небольшой нагрузке, то есть в условиях, которые наблюдаются на протяжении большей части отопительного сезона.

Зависимость КПД котлов от степени нагрузки

Может ли КПД превышать 100%?

В технических паспортах большинства конденсационных котлов указан максимальный КПД 107-109%. Получается, что конденсационный котел - это «вечный двигатель»? Конечно, нет. Заявленный КПД, превышающий 100%, - не что иное, как... удачный маркетинговый ход.

Все дело в способе подсчета КПД. Вообще коэффициент полезного действия котла - это отношение количества тепла, переданного воде, к количеству тепла, которое производится в процессе сжигания топлива. При расчетах КПД обычных котлов за 100% принимали только количество тепла, затраченного на нагрев воды (за вычетом потерь порядка 5-6%).

На самом деле воде передается не все тепло - приблизительно 11% тратится на испарение влаги, уносимой с продуктами сгорания. В обычных котлах это тепло совершенно бесполезно, поэтому его не принимали в расчет.

А вот в конденсационных котлах все иначе - тепло, затраченное на испарение уносимой влаги, тоже используется для нагрева воды. Поэтому «блудные» 11% стали просто добавлять к условным 100%. Красиво, хотя и не верно с точки зрения физики.

Итак теоретически КПД конденсационного котла может достигнуть 111%. Но на практике невозможно избежать потерь энергии, составляющих в сумме 2-4%. Поэтому реальный КПД конденсационных котлов, которые производятся в настоящее время, составляет 107-109%.

Внимание! Работая с максимальной мощностью (например, во время нагрева водопроводной воды), конденсационные котлы не конденсируют, но и в этом случае их КПД выше, чем у работающего в этих же условиях обычного котла. Причина - более эффективная работа теплообменника, в котором лучше охлаждаются продукты сгорания.

Почему КПД котла может быть выше 100%

Значение КПД больше 100% возникает в связи с особенностями расчета.

Коэффициент полезного действия котла - это отношение количества тепла, переданного воде к количеству тепла, которое производится в процессе сжигания. До появления конденсационных котлов в количестве производимого тепла учитывалась только теплотворная способность топлива, но не учитывалось тепло от конденсации водяного пара, которое составляет приблизительно 11% всего выработанного тепла. После добавления этих 11% можно получить коэффициент полезного действия, превышающий 100%.

www.muratordom.com.ua

Коэффициент полезного действия КПД | Формулы и расчеты онлайн

Каждая машина потребляет большую мощность, чем отдает, поскольку в ней происходят потери мощности (за счет трения, сопротивления воздуха, нагревания и т.д.)

Коэффициент полезного действия представляет собой отношение отдаваемой мощности к подводимой мощности.

Если:η — Коэффициент полезного действия, КПДPотд — Отданная мощность, т.е. полезная или эффективная мощность, равная подведенной мощности минус мощность потерь,Pподв — подведенная мощность, называемая также номинальной, приводной или индикаторной мощностью

\[ η = \frac[-1.3]{P_{подв}-P_{потерь}}{P_{подв}} = 1 - \frac[-1.3]{P_{потерь}}{P_{подв}} = \frac[-1.3]{P_{отд}}{P_{подв}} \]

Часто бывает целесообразно определить КПД не как отношение мощностей, а как отношение работ, особенно в тех случаях, когда работа над телом совершается не одновременно с работой, производимой самим телом, и с другой скоростью (например, растяжение и сжатие пружины). Поэтому КПД определяют также следующим образом:

\[ КПД = \frac{Полезная работа}{Общая работа} \]

КПД по мощности ηP и КПД по работе ηW совпадают только в том случае, когда продолжительность подвода и выделения энергии одинакова.
Вследствие неизбежных потерь КПД всегда меньше единицы; \[ η
Часто КПД выражают в процентах
\[ η = \frac[-1.3]{P_{отд}}{P_{подв}} · 100% \] \[ η= \frac[-1.3]{W_{отд}}{W_{подв}} · 100% \]

Вычислить, найти коэффициент полезного действия, КПД, по формуле (5)

Общий коэффициент полезного действия, формула

При многократном превращении или передаче энергии общий коэффициент полезного действия равен произведению КПД на всех ступенях преобразования энергии:

\[ η_{общ} = η_1 · η_2 · η_3 … η_m \]

Вычислить, найти общий коэффициент полезного действия, по формуле (6)

В помощь студенту

Коэффициент полезного действия КПД

стр. 471

www.fxyz.ru

КПД двигателя внутреннего сгорания. Сколько приблизительно равен, а также мощность в процентах

Наверное, каждый задавался вопросом о КПД (Коэффициенте Полезного Действия) двигателя внутреннего сгорания. Ведь чем выше этот показатель, тем эффективнее работает силовой агрегат. Самым эффективным на данный момент времени считается электрический тип, его КПД может достигать до 90 – 95 %, а вот у моторов внутреннего сгорания, будь то дизель или бензин он мягко сказать, далек от идеала …

КПД двигателя внутреннего сгорания

ОГЛАВЛЕНИЕ СТАТЬИ

Если честно, то современные варианты моторов намного эффективнее своих собратьев, которые были выпущены лет так 10 назад, и причин этому масса. Сами подумайте раньше вариант 1,6 литра, выдавал всего 60 – 70 л.с. А сейчас это значение может достигать 130 – 150 л.с. Это кропотливая работа над увеличением КПД, в который каждый «шажок» дается методом проб и ошибок. Однако давайте начнем с определения.

КПД двигателя внутреннего сгорания – это значение отношения двух величин, мощности которая подается на коленчатый вал двигателя к мощности получаемой поршнем, за счет давления газов, которые образовались путем воспламенения топлива.

Если сказать простым языком, то это преобразование термической или тепловой энергии, которая появляется при сгорании топливной смеси (воздух и бензин) в механическую. Нужно отметить что такое уже бывало, например у паровых силовых установок — также топливо под воздействием температуры толкало поршни агрегатов. Однако там установки были в разы больше, да и само топливо было твердое (обычно уголь или дрова), что затрудняло его перевозку и эксплуатацию, постоянно нужно было «поддавать» в печь лопатами. Моторы внутреннего сгорания намного компактнее и легче «паровых», да и топливо намного проще хранить и перевозить.

Подробнее о потерях

Если забегать вперед, то можно уверенно сказать что КПД бензинового двигателя находится в пределах от 20 до 25 %. И на это много причин. Если взять поступающее топливо и пересчитать его на проценты, то мы как бы получаем «100% энергии», которая передается двигателю, а дальше пошли потери:

Потери при работе двигателя

1) Топливная эффективность. Не все топливо сгорает, небольшая его часть уходит с отработанными газами, на этом уровне мы уже теряем до 25% КПД. Конечно, сейчас топливные системы улучшаются, появился инжектор, но и он далек от идеала.

2) Второе это тепловые потери. Двигатель прогревает себя и множество других элементов, такие как радиаторы, свой корпус, жидкость которая в нем циркулирует. Также часть тепла уходит с выхлопными газами. На все это еще до 35% потери КПД.

3) Третье это механические потери. НА всякого рода поршни, шатуны, кольца – все места, где есть трение. Сюда можно отнести и потери от нагрузки генератора, например чем больше электричества вырабатывает генератор, тем сильнее он тормозит вращение коленвала. Конечно, смазки также шагнули вперед, но опять же полностью трение еще никому не удалось победить – потери еще 20 %

Таким образом, в сухом остатке, КПД равняется около 20%! Конечно из бензиновых вариантов есть выделяющиеся варианты, у которых этот показатель увеличен до 25%, но их не так много.

КПД бензинового двигателя

ТО есть если ваш автомобиль расходует топлива 10 литров на 100 км, то из них всего 2 литра уйдут непосредственно на работу, а остальные это потери!

Конечно можно увеличить мощность, например за счет расточки головки, смотрим небольшое видео.

Если вспомнить формулу то получается:

Формула расчета

У какого двигателя самый большой КПД?

Теперь хочу поговорить о бензиновом и дизельном вариантах, и выяснить кто же из них наиболее эффективный.

Если сказать простыми, языком и не лезть в дебри технических терминов то – если сравнить два КПД бензинового и дизельного агрегатов – эффективнее из них, конечно же дизель и вот почему:

1) Бензиновый двигатель преобразует только 25 % энергии в механическую, а вот дизельный около 40%.

2) Если оснастить дизельный тип турбонаддувом, то можно достигнуть КПД в 50-53%, а это очень существенно.

КПД дизельного двигателя

Так почему он так эффективен? Все просто — не смотря на схожей тип работы (и тот и другой являются агрегатами внутреннего сгорания) дизель выполняет свою работу намного эффективнее. У него большее сжатие, да и топливо воспламеняется от другого принципа. Он меньше нагревается, а значит происходит экономия на охлаждении, у него меньше клапанов (экономия на трении), также у него нет, привычных нам, катушек зажигания и свечей, а значит не требуется дополнительные энергетические затраты от генератора. Работает он с меньшими оборотами, не нужно бешено раскручивать коленвал — все это делает дизельный вариант чемпионом по КПД.

О топливной эффективности дизеля

ИЗ более высокого значения коэффициента полезного действия – следует и топливная эффективность. Так, например двигатель 1,6 литра может расходовать по городу всего 3 – 5 литров, в отличие от бензинового типа, где расход 7 – 12 литров. У дизеля намного больше крутящий момент, сам двигатель зачастую компактнее и легче, а так же в последнее время и экологичнее. Все эти положительные моменты, достигаются благодаря большему значению степени сжатия, есть прямая зависимость КПД и сжатия, смотрим небольшую табличку.

Таблица зависимости

Однако не смотря на все плюсы у него также много и минусов.

Как становится понятно, КПД двигателя внутреннего сгорания далек от идеала, поэтому будущее однозначно за электрическими вариантами – осталось только найти эффективные аккумуляторы, которые не боятся мороза и долго держат заряд.

На этом заканчиваю, читайте наш АВТОБЛОГ.

avto-blogger.ru

Мощность и КПД в физике, формулы и примеры

Понятие мощности

Единицей измерения мощности в системе СИ является ватт.

Мощность характеризует быстроту совершения работы. Очевидно, что чем меньшее время требуется для выполнения данной работы, тем эффективнее работает машина или механизм.

В случае равномерного прямолинейного движения также справедлива формула:

$N=F\cdot v$

где — сила, совершающая работу, — скорость движения тела.

Коэффициент полезного действия, КПД

Все механизмы или двигатели предназначены для выполнения определенной механической работы, которую называют полезной работой. Однако любой машине приходится совершать большую по величине работу, так как вследствие действия сил трения некоторая часть подводимой к машине энергии не преобразовывается в механическую работу.

Эффективность работы машины или механизма характеризуют коэффициентом полезного действия.

Коэффициент полезного действия (КПД) – это отношение полезной работы A_1 , совершенной машиной или механизмом, ко всей затраченной работе A_2 (энергии , подведенной к системе):

$\eta =\frac{A_1}{A_2}\cdot 100\%$

Также справедливы следующие формулы:

$\eta =\frac{A_1}{W}\cdot 100\% \ \ \ \$

$\eta =\frac{N_1}{N_2}\cdot 100\%$

где N_1 и N_2- полезная и затраченная мощности соответственно.

Примеры решения задач

Понравился сайт? Расскажи друзьям!

ru.solverbook.com