Устройство с наибольшим коэффициентом полезного действия

Введение

С наступлением золотой осени, когда коммунальщики еще не проснулись, температура в наших квартирах порой опускается до неприличных значений. В такой крайне неприятной ситуации необходимо как-то действовать. Какой обогреватель для дома самый экономичный и недорогой ?

Но что делать если счета за свет с каждым годом все выше, как и цены в магазинах, как же спастись от этого ужасного холода? Остается единственный вариант, выбрать самый экономичный, недорогой эффективный обогреватель с самым высоким КПД, в этом вопросе мы и постараемся вам помочь.

Виды обогревателей

Сегодня на рынке существует великое множество различных электрических отопительных систем, от простых маленьки колориферов до сложных систем теплых полов, стен или потолков на дистанционном управлении в купе с системами умный дом, однако все их можно разделить всего на несколько видов:

1. Электрические (тепловентиляторы)
2. Электрокамины
3. Масляные радиаторы
4. Конвекторы или конвекционные нагреватели
5. Кварцевые панели
6. Инфракрасные. Различаются по типу нагревательного элемента: галогеновый, карбоновый, кварцевый, микатермический (лучший КПД)

Принцип работы

Для начала необходимо вспомнить принцип работы отопителей. Тепловентиляторы считаются самыми простыми устройствами, нагрев происходит за счет распространение горячего воздуха вентилятором через лампу накаливания, КПД довольно низкий.

Принцип электрокаминов схож с тепловентиляторами, как правила такие устройства стационарные и несут скорее декоративную составляющую, КПД таких устройств находится на среднем уровне.

В масляных радиаторах тепло распределяется за счет нагрева масла внутри нагревателя тэнами. Нагрев происходит довольно долго, но и остывание заметно медленнее. За счет плавного нагрева масла внутри радиаторной решетки, такие батареи нельзя назвать экономичными и далее вы узнаете почему, КПД низкий. Даже в некоторых европейских странах им присвоен класс С по энергоэффективности.

Конвекторы работают на основе принципа конвекции за счет циркуляции воздуха внутри помещения через отопитель. Тяжелый холодный воздух опускается вниз, захватывается конвектором, нагревается и поднимается вверх, по мере поднятия вытесняет холодный воздух. Коэффициент полезного действия таких устройств довольно высокий.

Кварцевые панели представляют из себя нагревательный электрический элемент, заключенный между панелями из искусственного камня, КПД средний. Сперва затрачивается энергия на нагрев плит и происходит дальнейшая медленная теплоотдача этими плитами.

В инфракрасных обогревателях установлены специальные излучатели (лампы), излучающие незаметные для человека инфракрасные лучи, нагревающие в первую очередь окружающие предметы, а не воздух вокруг них. Отличаются по типу ламп-излучателей, бывают: галогеновые, карбоновые, кварцевые. Такие устройства экономичнее масляных и электрических каминов. КПД довольно высокий, см. таблицу ниже.

Инфракрасные с микатермическими нагревательными элементами появились совсем недавно. Это инновационный тип инфракрасных нагревателей, обладающий самым высоким КПД. В отличии от обычных инфракрасных нагревателей, в таких отопителях источником тепловой энергии является специальная конструкция из панелей Micatherm, распределяющая невидимое безопасное инфракрасное излучение. В результате воздействия такого излучения происходит нагрев окружающих предметов, а не окружающей среды.

КПД основных видов обогревателей для дома

Всем известно, что такое КПД, это разница между затраченной энергией и произведенной. При подсчете коэффициента мы постарались предоставить максимально развернутый ответ в табличной форме. Так как по мимо энергетической составляющей, есть еще и финансовые затраты на покупку самого аппарата, затраты на электроэнергию, подсчет производится с учетом данных факторов.

В таблице приведены средние значения, полученные в результате испытаний обогревателей различных видов (спасибо одному известному магазину за предоставленное оборудование для тестирования). Стоимость за 1кВт энергии составляет 4 руб. Нагрев происходил в течении 1 часа в мебелированном помещении 18кв.м с начальной температурой 22гр.С. Мощность нагревателей 1500 Вт. Тип управления – электронный.

Полученные цифры являются приближенными, так как не учтено множество важных влияющих факторов на результат, таких как: единая марка производителя, влажность в помещении, модель самого нагревателя, направленность, напряжение в электрической цепи и т.д.

Но тем не менее цифры получились следующие, самый высокий коэффициент полезного действия получен у конвекторов, инфракрасных, микатермических нагревателей. Тепловентилятор с трудом смог нагреть помещение на 4 градуса.

Масляный радиатор нагрел помещение достаточно хорошо, после стопа эксперимента помещение продолжало нагреваться и оставаться прогретым дольше других, поэтому не стоит его списывать со счетов из-за высокого электропотребления.

По мимо электронного типа управления существуют также механические (устаревшие) и инверторные (самые современные и экономные). Если сравнивать расход электричества схожих обогревателей с различными модулями управления, выходят следующие цифры:

механический – 0% экономия, электронный блок позволяет сэкономить 30% в отличии от механического, инверторный блок управления самый экономный, данный способ терморегуляции позволяет сэкономить до 80% электричества по сравнению с механическими регуляторами.

Инверторный терморегулятор

Стоимость обогревателей с инверторными блоками может варьироваться от 8000 до 30000 руб. В длительной перспективе, как правило, такие затраты окупаются. Подробнее в видео:

Почему одни обогреватели экономичнее других, плюсы и минусы

Дело в том, что в различных обогревателях используются различные способы нагрева помещения, одни использую нагревательные тэны, в других используется инфракрасное излучение, масляные теплоносители.

Первостепенным важнейшим фактором, влияющим на экономию, считается правильный подбор обогревателя необходимой мощности под данную площадь помещения. Например, если попытаться обогреть 400м2 тепловентилятором за 900р, можно не только ничего не нагреть, а еще и получить хороший счет за электричество в конце месяца см. таблицу ниже.

Важно! Если вы выбираете обогреватель в качестве не основного источника тепла, например, на период весна-осень. Достаточно выбора на один порядок меньше. Например, 30кв.м-2000Вт. Другая ситуация, если вам недостаточно основного источника отопления, для этого необходимо произвести несложные расчеты и обзавестись подходящим энергосберегающем обогревателем, рассчитанным на меньшую площадь.

Так же не стоит забывать, что не все отопительные системы распространяют тепло равномерно вокруг себя, есть направленные, всесторонние, есть напольные, настенные, потолочные, все они обладают своими плюсами и минусами. Разберем преимущества и недостатки самых популярных из них:

Тепловентиляторы

• плюсы

Мобильность, демократичность, довольно быстрый нагрев помещения

• минусы

Шумность, сушат воздух, поднимают пыль, выжигают кислород, нельзя оставить без присмотра, средний КПД

Масляные

• плюсы

Медленное остывание, бесшумность, наличие термостата, защита от перегрева

• минусы

Медленный нагрев, низкий КПД, нагревание корпуса

Конвекторы

• плюсы

Бесшумность, безопасный нагрев корпуса, термостат, высокий КПД

• минусы

Сушат воздух, выжигают кислород, засоряются пылью

Инфракрасные

• плюсы

Бесшумность, экономичность, не сушат и не выжигают кислород, быстрый нагрев

• минусы

Дороговизна

Микатермические

• плюсы

Высокий КПД, поддержание равномерно микроклимата

• минусы

Повышенная чувствительность к перегрузкам в электросети, цена

В данном списке представлены только основные преимущества и недостатки. Выбирая отопитель необходимо также обращать внимание на марку производителя, гарантийный срок обслуживания, собственные уникальные свойства, класс энергоэффективности, удобство транспортировки, безопасность для людей, чувствительность к перепадам температур, длину шнура, внешний вид.

Лучшие недорогие экономичные обогреватели по мнению экспертов, ТОП-15

При выборе обогревателя зачастую сложно понять по одному его виду в магазине хороший он или не очень, и проверки на работоспособность также недостаточно. Перед походом в магазин важно точно знать какой из обогревателей действительно справится со своей задачей, а какой и не стоит рассматривать.

С этой целью мы составили рейтинг самых лучших и не дорогих обогревателей, подходящих для дома, дачи или квартиры, с расчетом на помещение 20кв.м, мощностью от 1000 до 2000 Вт. Данный рейтинг составлен на основе экспертного мнения и опыта использования другими пользователями. При выборе также дополнительно обращайте внимание на отзывы других пользователей и стоимость в магазинах розничной сети.

Электрические (тепловентиляторы)

Electrolux EFH/S-1115 1500 Вт (1100 – 4000 руб.)

Zanussi ZFH/C-408 1500 Вт (1450 – 4000 руб.)

Ballu BFH/C-31 1500 Вт (790 – 3600 руб.)

Масляные радиаторы

Ballu Classic BOH/CL-09 2000 Вт (2800 – 3300 руб.)

Electrolux EOH/M-6209 2000 Вт (3600 – 4900 руб.)

Timberk TOR 21.1507 BC/BCL 1500 Вт (3400 – 3950 руб.)

Конвекторы или конвекционные нагреватели

Ballu Enzo BEC/EZER-1500 1500 Вт (4230 – 4560 руб.)

Electrolux ECH/AG2-1500 T 1500 Вт (3580 – 3950 руб.)

Electrolux ECH/AS-1500 ER 1500 Вт (4500 – 5800 руб.)

Инфракрасные

Ballu BIH-LW-1.5 1500 Вт (2390 – 2580 руб.)

Almac ИК11 1000 Вт (3650 – 3890 руб.)

Timberk TCH A1N 1000 1000 Вт (4250 – 4680 руб.)

Инфракрасные микатермические

Polaris PMH 2095 2000 Вт (7250 -8560 руб.)

Polaris PMH 2007RCD 2000 Вт (6950 – 8890 руб.)

De’Longhi HMP 1000 1000 Вт (6590 – 7250 руб.)

Теплый пол или обогреватель, что лучше и экономичнее? Видео

Многие задаются вопросом, что лучше энергосберегающий обогреватель или система теплый пол, особенно данная тема актуальна для владельцев частных домов или жителей первых этажей многоэтажных домов.

И так, что же такое теплый пол — это система отопления, обогревающая помещение снизу-вверх, от пола к потолку. В качестве нагревателей используются электрические панели (маты, пленки, аморфные ленты) или гидравлические системы, соответственно, принцип обогрева также различный, инфракрасный и конвекционный. Монтируется система под различные напольные покрытия, кафель, ламинат, линолеум, ПВХ плитка, бетон.

Как и все нагреватели, теплые полы имею свои преимущества и недостатки, на которые следует обратить внимание, чтобы понять, что лучше для комнаты. Если сравнивать с конвекцией, тепло от радиатора поднимается вверх, под потолком остывает и опускается вниз и так по кругу, следовательно, в верхней части помещения гораздо теплее чем в нижней, и чтобы повысить тепло в районе ног, необходимо повышать мощность радиатора.

В отличии от радиаторов теплый пол распределяет тепло на большей площади помещения равномерно на нижней поверхности, благодаря такому расположению, достигается экономия затрат на теплоносителе, ощущение тепла в доме увеличивается в среднем на 2 – 3 гр.С, а экономия электроэнергии достигает 15-20% в сравнении с радиаторами. Подробнее об этом предлагаем посмотреть небольшой видеоролик.

К недостаткам теплых полов можно отнести длительный период нагрева, остывания. С изменением температуры наружного воздуха не всегда температура в помещении успевает быстро измениться. Для того, чтобы установить теплые полы, необходимо перестроить напольное покрытие или предусмотреть его заранее при ремонте или строительстве дома.

Важно! Использование МДФ, ДСП мебели может привести к выделению вредных веществ из материала.

Так что же экономичнее? При выборе нагревателей, безусловно, стоит обратить внимание на систему теплый пол. Наилучший вариант использования- комбинированные системы отопления, теплые пол там, где это нужно совместно с радиаторами.

В случае длительного периода пониженных температур за окном использование теплых полов безусловно выгоднее настенных обогревателей и со временем окупит затраты на монтаж и стяжку полов. При кратковременных похолоданиях лучше подойдет локальный дорогой или дешевый обогреватель.

Заключение

На рынке присутствует множество систем отопления под различные нужды. При выборе обогревателя необходимо в первую очередь обращать внимание не на цену, а на назначение под данные условия использования.

Отопители, используемые неправильно в помещениях с большими теплопотерями, не только не сэкономят средства, а еще и здорово их увеличат, когда возможно в других условиях будут намного экономичнее любых других.

Спасибо, что дочитали статью до конца, задавайте свои вопросы, мы всегда стараемся оперативно на них отвечать, для этого у нас даже создана форма вопрос-ответ. Возможно вам также понравятся другие наши статьи на тему отопления и электричества.

Словом «полезное» в физике является эффект после сопротивления. Ярким примером можно назвать сопротивление металла обрабатывающему станку, для подъемного крана  – масса объекта. Например, КПД обычной лампы накапливания не превышает 5%, когда светодиодные имеют гораздо выше. Это происходит потому что большая часть потребляемой энергии уходит на генерирование теплоты, а не света.

Подобное есть и в электронике и этот коэффициент необходимо учитывать при проектировании плат, электросхем. Здесь важно учитывать сопротивление проводимости металла и использовать материалы имеющие меньшее сопротивление. В статье будут рассмотрены основные аспекты КПД, как его рассчитывать, на что он влияет и какие есть основные возможности, чтобы его увеличить.

Что такое КПД

Коэффициент полезного действия (кпд) – отношение полезно используемой энергии Wп, напр. в виде работы, к общему кол-ву энергии W, получаемой системой (машиной или двигателем), Wп/W. Из-за неизбежных потерь энергии на трение и др. неравновесные процессы для реальных систем всегда. На основании второго начала термодинамики для тепловых машин наибольший кпд (отношение работы Wп, совершаемой за один цикл, к кол-ву подведённой к ней за этот цикл теплоты Q)зависит только от темп-ры нагревателя T1 и холодильника Т2 и равен = Wп/Q= (Т1- T2/T1(Карно теорема).

Для электрич. двигателей кпд равен отношению полезной механич. работы к электрич. энергии, получаемой от источника; в электрич. трансформаторах кпд – отношение эл–магн. энергии, получаемой во вторичной обмотке, к энергии, потребляемой в первичной обмотке. Понятие кпд имеет общий характер и применимо к разл. системам: электрич. генераторам, двигателям разного рода, полупроводниковым приборам, биол. объектам, поэтому оно может служить для сравнительной оценки эффективности разнообразных процессов.

Интересно почитать: Что такое закон Джоуля-Ленца.

Мощность и коэффициент полезного действия электродвигателей

Электрические двигатели имеют высокий коэффициент полезного действия (КПД), но все же он далек от идеальных показателей, к которым продолжают стремиться конструкторы. Все дело в том, что при работе силового агрегата преобразование одного вида энергии в другой проходит с выделение теплоты и неминуемыми потерями. Рассеивание тепловой энергии можно зафиксировать в разных узлах двигателя любого типа. Потери мощности в электродвигателях являются следствием локальных потерь в обмотке, в стальных деталях и при механической работе. Вносят свой вклад, пусть и незначительный, дополнительные потери.

Магнитные потери мощности

При перемагничивании в магнитном поле сердечника якоря электродвигателя происходят магнитные потери. Их величина, состоящая из суммарных потерь вихревых токов и тех, что возникают при перемагничивании, зависят от частоты перемагничивания, значений магнитной индукции спинки и зубцов якоря. Немалую роль играет толщина листов используемой электротехнической стали, качество ее изоляции.

Механические и электрические потери

Механические потери при работе электродвигателя, как и магнитные, относятся к числу постоянных. Они складываются из потерь на трение подшипников, на трение щеток, на вентиляцию двигателя. Минимизировать механические потери позволяет использование современных материалов, эксплуатационные характеристики которых совершенствуются из года в год. В отличие от них электрические потери не являются постоянными и зависят от уровня нагрузки электродвигателя. Чаще всего они возникают вследствие нагрева щеток, щеточного контакта.

Добавочные потери

Добавочные потери мощности в электродвигателях складываются из потерь, возникающих в уравнительных соединениях, из потерь из-за неравномерной индукции в стали якоря при высокой нагрузке. Вносят свой вклад в общую сумму добавочных потерь вихревые токи, а также потери в полюсных наконечниках. Точно определить все эти значения довольно сложно, поэтому их сумму принимают обычно равной в пределах 0,5-1%. Эти цифры используют при расчете общих потерь для определения КПД электродвигателя.

КПД и его зависимость от нагрузки

Коэффициент полезного действия (КПД) электрического двигателя это отношение полезной мощности силового агрегата к мощности потребляемой. Этот показатель у двигателей, мощностью до 100 кВт находится в пределах от 0,75 до 0,9. для более мощных силовых агрегатов КПД существенно выше: 0,9-0,97. Определив суммарные потери мощности в электродвигателях можно достаточно точно вычислить коэффициент полезного действия любого силового агрегата. Этот метод определения КПД называется косвенным и он может применяться для машин различной мощности.

Достигает он пикового значения быстро и уверенно, но после своего максимума начинает медленно уменьшаться. Это связывают с возрастанием электрических потерь при нагрузках, более 80% от номинальной мощности. Падение коэффициента полезного действия не велико, что позволяет говорить о высоких показателях эффективности электродвигателей в широком диапазоне мощностей.

В чем измеряется КПД

Коэффициент полезного действия (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 h = Wпол/Wcyм.

В электрических двигателях кпд — отношение совершаемой (полезной) механической работы к электрической энергии, получаемой от источника; в тепловых двигателях — отношение полезной механической работы к затрачиваемому количеству теплоты; в электрических трансформаторах — отношение электромагнитной энергии, получаемой во вторичной обмотке, к энергии, потребляемой первичной обмоткой.

Интересно почитать: Как образуется статическое электричество.

Для вычисления кпд разные виды энергии и механическая работа выражаются в одинаковых единицах на основе механического эквивалента теплоты, и др. аналогичных соотношений. В силу своей общности понятие кпд позволяет сравнивать и оценивать с единой точки зрения такие различные системы, как атомные реакторы, электрические генераторы и двигатели, теплоэнергетические установки, полупроводниковые приборы, биологические объекты и т. д.

Из-за неизбежных потерь энергии на трение, на нагревание окружающих тел и т. п. кпд всегда меньше единицы. Соответственно этому кпд выражается в долях затрачиваемой энергии, т. е. в виде правильной дроби или в процентах, и является безразмерной величиной. Кпд тепловых электростанций достигает 35—40%, двигателей внутреннего сгорания — 40—50%, динамомашин и генераторов большой мощности—95%, трансформаторов—98%.

Кпд процесса фотосинтеза составляет обычно 6—8%, у хлореллы он достигает 20—25%. У тепловых двигателей в силу второго начала термодинамики кпд имеет верхний предел, определяемый особенностями термодинамического цикла (кругового процесса), который совершает рабочее вещество. Наибольшим кпд обладает Карно цикл. Различают кпд отдельного элемента (ступени) машины или устройства и кпд, характеризующий всю цепь преобразований энергии в системе. Кпд первого типа в соответствии с характером преобразования энергии может быть механическим, термическим и т. д. Ко второму типу относятся общий, экономический, технический и др. виды кпд. Общий кпд системы равен произведению частных кпд, или кпд ступеней.

В технической литературе кпд иногда определяют т. о., что он может оказаться больше единицы. Подобная ситуация возникает, если определять кпд отношением Wпол/Wзатр, где Wпол — используемая энергия, получаемая на «выходе» системы, Wзатр — не вся энергия, поступающая в систему, а лишь та её часть, для получения которой производятся реальные затраты.

Например, при работе полупроводниковых термоэлектрических обогревателей (тепловых насосов) затрата электроэнергии меньше количества теплоты, выделяемой термоэлементом. Избыток энергии черпается из окружающей среды. При этом, хотя истинный кпд установки меньше единицы, рассмотренный кпд h = Wпол/Wзатр может оказаться больше единицы.

Для чего нужен расчет КПД

Коэффициент полезного действия электрической цепи – это отношение полезного тепла к полному. Для ясности приведем пример. При нахождении КПД двигателя можно определить, оправдывает ли его основная функция работы затраты потребляемого электричества. То есть его расчет даст ясную картину, насколько хорошо устройство преобразовывает получаемую энергию. Обратите внимание! Как правило, коэффициент полезного действия не имеет величины, а представляет собой процентное соотношение либо числовой эквивалент от 0 до 1. КПД находят по общей формуле вычисления, для всех устройств в целом. Но чтобы получить его результат в электрической цепи, вначале потребуется найти силу электричества.

По физике известно, что любой генератор тока имеет свое сопротивление, которое еще принято называть внутренняя мощность. Помимо этого значения, источник электричества также имеет свою силу. Дадим значения каждому элементу цепи: сопротивление – r; сила тока – Е; резистор (внешняя нагрузка) – R. Полная цепь Итак, чтобы найти силу тока, обозначение которого будет – I, и напряжение на резисторе – U, потребуется время – t, с прохождением заряда q = lt. Рассчитать работу источника тока можно по следующей формуле: A = Eq = EIt. В связи с тем, что сила электричества постоянна, работа генератора целиком преобразуется в тепло, выделяемое на R и r. Такое количество можно рассчитать по закону Джоуля-Ленца: Q = I2 + I2 rt = I2 (R + r) t.

Затем приравниваются правые части формулы: EIt = I2 (R + r) t. Осуществив сокращение, получается расчет: E = I(R + r). Произведя у формулы перестановку, в итоге получается: I = E R + r. Данное итоговое значение будет являться электрической силой в данном устройстве. Произведя таким образом предварительный расчет, теперь можно определить КПД.

Расчет КПД ?