Suurin teoriassa mahdollinen COP-arvo

[SLJK]

Tällä foorumilla puhutaan (muista vastaavista poiketen) täyttä asiaa ja osalla keskustelijoista vaikuttaa olevan teoriapuolikin vahvasti hanskassa.

Juuri VILPin asentaneena noviisina utelen lämpöpumppujen teoriaan perehtyneiltä erästä mieltä askarruttanutta asiaa.

Mikä on lämpöpumpun teoreettinen COP-arvon maksimi ?

Lukuarvo on tietysti sidottu ulkoisiin olosuhteisiin, mutta lähdetään liikkeelle vaikka ulkolämpötilasta (ensiö) +7" ja sisäpiirin (toisio) lämpötilasta +20". Kummankin lämmönvaihtimen pinta-ala on tarkastelussa ääretön (eli puhaltimia tms. ei tarvita). Sähkömoottorin sekä kompressorin hyötysuhde on 100% ja kaikenlaiset kytkentävaihtoehdot kaskadi tms. ovat vapaasti valittavissa. Järjestelmässä ei myöskään ole virtausvastuksia eikä kitkaa.

 

[Dippa]

Vs: Suurin teoriassa mahdollinen COP-arvo

293/(293-280)=22,5

 

[SLJK]

Vs: Suurin teoriassa mahdollinen COP-arvo

Tervehdys Dippa

Vastauksesi on hyvin selkeä. COPmax = 293/(293-280) = 22,5.
Jäi vain askarruttamaan mistä laskennassa käytetetty lukuarvo 293 on otettu.
Voitko hieman valottaa?

 

[SLJK]

Vs: Suurin teoriassa mahdollinen COP-arvo

Kysymäni lukuarvon lisäksi utelen vinkkejä kirjallisuudesta tai muista tietolähteistä, joissa käsitellään lämpöpumppuihin liittyvää teoriaa.

 

[Tilator]

Vs: Suurin teoriassa mahdollinen COP-arvo

Tervehdys Dippa

Vastauksesi on hyvin selkeä. COPmax = 293/(293-280) = 22,5.
Jäi vain askarruttamaan mistä laskennassa käytetetty lukuarvo 293 on otettu.
Voitko hieman valottaa?

Esittämäsi lämpötilat kelvineinä.

 

[SLJK]

Vs: Suurin teoriassa mahdollinen COP-arvo

Olisikohan Dipalle sattunut 20 asteen kirjoitusvirhe ja arvon 293 pitäisikin olla 273, joka on Celsius asteikolla absoluuttisen nollapisteen lämpötila.

 

[Tilator]

Vs: Suurin teoriassa mahdollinen COP-arvo

Olisikohan Dipalle sattunut 20 piirun kirjoitusvirhe ja arvon 293 pitäisikin olla 273, joka on Celsius asteikolla absoluuttisen nollapisteen lämpötila.

+20 celsiusta on 293 kelviniä, kuten Dippa esittää.

 

[Deleted member 1344]

Vs: Suurin teoriassa mahdollinen COP-arvo

http://fi.wikipedia.org/wiki/Exergia

Tuo 280 on +7 Celsius-astetta muutettuna Kelvin-asteiksi (lisätään 273) ja samoin 293 on +20 Celcius-astetta Kelvineinä.

Herra Carnot aikoinaan kehitti tuon kaavan, jolla voidaan laskea suurin mahdollinen teoreettinen hyötysuhde lämpövoimakoneelle (jos mennään siitä paremmaksi niin kyseessä on ikiliikkuja ), tai kääntäen suurin mahdollinen COP lämpöpumpulle.

Tässä on aika hyvä kuva aiheesta: http://en.wikipedia.org/wiki/File:Heat_engine.png
* lämpövoimakone muuttaa osan lämpövirrasta kuumasta kylmään muunlaiseksi energiaksi, esim. mekaaniseksi työksi
* lämpöpumppu käyttää mekaanista työtä saadakseen aikaan lämpövirran kylmästä kuumaan

 

[SLJK]

Vs: Suurin teoriassa mahdollinen COP-arvo

OK ja kiitokset. Nyt meni perille.
On ihan uskomattoman asiallista ja tietävää porukkaa tällä saitilla.
Kiitokset Dipalle, Tillatorille ja Tonille

 

[Dippa]

Vs: Suurin teoriassa mahdollinen COP-arvo

tiimityönä..

 

[teukka]

Vs: Suurin teoriassa mahdollinen COP-arvo

Olen joskus kasannut vähän carnost-juttua. Ohessa olisi.

 

[Tilator]

Vs: Suurin teoriassa mahdollinen COP-arvo

Laajennetaanpas keskustelua. Eli kertokaapa, keskeisimmät syyt, miksi teoreettisesta maksimista jäädään kovin kauas käytännössä. Pikkuvinkkinä kerrottakoon, että kompressorista ja Carnotin prosessista löytyvät eräät keskeisimmistä syistä.

 

[SLJK]

Vs: Suurin teoriassa mahdollinen COP-arvo

Miten teoreettinen max. COP-arvo käyttäytyy, jos lämpöpumppuja kytketään sarjaan?

Eli lämpötilaa nostettaisiin vaiheittain useammalla peräkkäin kytketyllä lämpöpumpulla.

Olisiko esim. lämpimän käyttöveden teko VILPin vesipiiriiristä (patteri- tai lattialämmityspiiri) lämmön "varastavalla" toisella lämpöpumpulla järkevää?

 

[SON]

Vs: Suurin teoriassa mahdollinen COP-arvo

Tuo Teukan priiffaus oli hyvä.

Huumoria!
Opiskeluajoilta 1960 luvulta on jäänyt mieleen edesmenneen koneopin yliopettajan luennot polttomoottoritekniikasta. Jos vastasi että moottorissa tapahtuu räjähdys tai että moottori pyörii tuli armotta nollan sijaan miinus pisteitä ja terävä huomautus vielä koepaperiin esim että "Räjähdyksellä on tuhoisat seuraukset moottorissa". Ja jos onnistui vastaamaan että sylinterissä tapahtuu "nopea palaminen" koepaperissa oli iso plussamerkki.

Tämän Carnot kaava ei ota huomioon mekaanista liikettä ja siinä syntyy aina häviöitä kitkan muodossa ja tästä taas lämpöä jne. Mm nämä tekijät pudottavat tämän teoreettisen COP arvon noin puoleen.

/a045b

 

[Dippa]

Vs: Suurin teoriassa mahdollinen COP-arvo

Juu, kompuran puristustyö ei ole ideaalista, putkissa tulee painehäviöitä, lämmönsiirtymisellä vaihtimissa on omat vastuksensa, kylmäkkeen faasimuutokset eivät vastaa teoreettisen nestekaasun käyttäytymistä...

 

[VesA]

Vs: Suurin teoriassa mahdollinen COP-arvo

Juu, kompuran puristustyö ei ole ideaalista, putkissa tulee painehäviöitä, lämmönsiirtymisellä vaihtimissa on omat vastuksensa, kylmäkkeen faasimuutokset eivät vastaa teoreettisen nestekaasun käyttäytymistä...

Olen päässyt suhteeseen noin 14 tuolla Argolla. Tosin lämpötilat olivat niin päin että töpselistä olisi pitänyt tulla sähköä.

 

[kotte]

Vs: Suurin teoriassa mahdollinen COP-arvo

Miten teoreettinen max. COP-arvo käyttäytyy, jos lämpöpumppuja kytketään sarjaan?

Eli lämpötilaa nostettaisiin vaiheittain useammalla peräkkäin kytketyllä lämpöpumpulla.

Olisiko esim. lämpimän käyttöveden teko VILPin vesipiiriiristä (patteri- tai lattialämmityspiiri) lämmön "varastavalla" toisella lämpöpumpulla järkevää?

Jokaiseen portaaseen voi soveltaa samanlaista Carnot-päättelyä erikseen ja käytetty sähkö on tietenkin summattava. Tällä tavoin arvioiden käyttöveden lämmittäminen lähtien toisen pumpun tuottamasta lattialämmitysvedestä olisi kannattavaa. Käytännössä tilanne ei vaan ole yleensä tämä, koska lämpöpumppu tuottaa osan lämmöstä tulistuksesta ja tuottaa siten periaatteessa eri lämpötilassa olevia "jakeita" (valtaosan kuitenkin matalimmalla, lähellä lauhtumislämpötilaa olevalla tasolla). Jos lämpimän käyttöveden tarve on alle 20% kokonaistarpeesta, saadaan käyttövesi tyypillisesti sivutuotteena yhdestäkin pumpusta (jos lähtölämpötila ei ole kovin paljon pakkasella).

 

[teukka]

Vs: Suurin teoriassa mahdollinen COP-arvo

Niissä log-diagrameissahan näkyvät usein ns. isentropiakäyrät, joita pitkin kompuran ideaalinen ja palautuva prosessi kulkee. Kun se isentropia suhde ei ole 1, niin poiketaan siitä polulta.

 

[Deleted member 1344]

Vs: Suurin teoriassa mahdollinen COP-arvo

Jokaiseen portaaseen voi soveltaa samanlaista Carnot-päättelyä erikseen ja käytetty sähkö on tietenkin summattava. Tällä tavoin arvioiden käyttöveden lämmittäminen lähtien toisen pumpun tuottamasta lattialämmitysvedestä olisi kannattavaa.

Toisaalta, riippumatta siitä montako vaihetta lämpöpumpussa on, koko Carnot-prosessia voi edelleen tarkastella yhtenä 'mustana laatikkona', eli yhtenä lämpöpumppuna.

 

[kotte]

Vs: Suurin teoriassa mahdollinen COP-arvo

Toisaalta, riippumatta siitä montako vaihetta lämpöpumpussa on, koko Carnot-prosessia voi edelleen tarkastella yhtenä 'mustana laatikkona', eli yhtenä lämpöpumppuna.

Enkä minäkään yrittänyt väittää, että monivaiheiheisesta pumppauksesta olisi jotakin teoreettista etua yksivaiheiseen nähden paremman tuottosuhteen mielessä.

Käytännössä näitä monivaiheisia prosesseja on käytetty teollisessa jäähdytystekniikassa vuosikymmeniä ihan käytännön syistä, eli hyvin suurta lämpötilaeroa on vaikeaa ja epätaloudellista tuottaa yksivaiheisella puristuksella. Kompressorin kestävyyden rajat tulevat vastaan ja häviöt kasvavat suhteessa Carnot-prosessiin. Joskus on myös käytettävä kahta eri kylmäainetta, jotta paineet saadaan järkevälle tasolle. Yhtä kylmäainetta käyttäen voidaan toisaalta välttää turhat tuottosuhdetta heikentävät välipaineen lauhdutin-jäähdytin-kombinaatiot ja voidaan pumpata sopivassa paineessa höyrystynyttä kaasua suoraan suurempaan paineeseen.