Сезонный коэффициент энергоэффективности

В Соединенных Штатах эффективность кондиционеров часто оценивается по сезонному коэффициенту энергоэффективности (SEER), который определяется Института кондиционирования, отопления и охлаждения торговой ассоциацией в стандарте AHRI 210/240 2008 года «Производительность» . Рейтинг унитарного кондиционирования и тепловых насосов с приточным воздухом оборудования . ^[1] Аналогичным стандартом является Европейский сезонный коэффициент энергоэффективности (ESEER).

Рейтинг SEER агрегата представляет собой мощность охлаждения в течение типичного сезона охлаждения, деленную на общее потребление электроэнергии за тот же период. Чем выше рейтинг SEER устройства, тем оно более энергоэффективно. В США SEER представляет собой отношение охлаждения в британских тепловых единицах (БТЕ) к потребляемой энергии в ватт-часах.

Пример

Например, рассмотрим кондиционер мощностью 5000 БТЕ/ч (холодопроизводительность 1465 Вт) с SEER 10 БТЕ/(Вт·ч), работающий в общей сложности 1000 часов в течение ежегодного сезона охлаждения (например, 8 часов в день в течение 125 дней).

Годовая общая мощность охлаждения составит:

5000 БТЕ/ч × 8 ч/день × 125 дней в году = 5 000 000 БТЕ/год

При SEER 10 БТЕ/(Вт·ч) годовое потребление электроэнергии составит примерно:

5 000 000 БТЕ/год ÷ 10 БТЕ/(Вт·ч) = 500 000 Вт·ч/год

Среднее энергопотребление также можно более просто рассчитать по формуле:

Средняя мощность = (БТЕ/ч) ÷ (SEER) = 5000 ÷ 10 = 500 Вт = 0,5 кВт

Если ваша стоимость электроэнергии составляет 0,20 доллара США/(кВт·ч), то ваши затраты за час работы составят:

0,5 кВт × 0,20 доллара США/(кВт·ч) = 0,10 доллара США/час

Связь SEER с EER и COP

Коэффициент энергоэффективности (EER) конкретного охлаждающего устройства — это отношение выходной энергии охлаждения (в БТЕ) к входной электрической энергии (в ватт-часах) в данной рабочей точке. EER обычно рассчитывается с использованием наружной температуры 95 °F (35 °C) и внутренней температуры (фактически возвратного воздуха) 80 °F (27 °C) и относительной влажности 50%.

EER связан с коэффициентом полезного действия ( COP ), обычно используемым в термодинамике , с основным отличием в том, что COP охлаждающего устройства безразмерен, поскольку числитель и знаменатель выражены в одних и тех же единицах. В EER используются смешанные единицы измерения, поэтому он не имеет непосредственного физического смысла и получается путем умножения COP на коэффициент перевода БТЕ в ватт-часы: EER = 3,41214 × COP (см. Британскую тепловую единицу ).

Коэффициент сезонной энергоэффективности (SEER) также представляет собой COP (или EER), выраженный в БТЕ/ватт-час, но вместо того, чтобы оцениваться при одном рабочем состоянии, он представляет собой ожидаемую общую производительность для типичной погоды в течение года в данном месте. . Таким образом, SEER рассчитывается с той же температурой в помещении, но в диапазоне наружных температур от 65 °F (18 °C) до 104 °F (40 °C), с определенным указанным процентом времени в каждом из 8 интервалов, охватывающих 5 ° F (2,8 ° C). В этом рейтинге не учитываются различные климатические условия, и он призван дать представление о том, как на EER влияет диапазон внешних температур в течение сезона охлаждения.

Типичный EER для бытовых центральных холодильных установок = 0,875 × SEER. SEER — это более высокое значение, чем EER для того же оборудования. ^[1]

Более подробный метод преобразования SEER в EER использует эту формулу:

EER = -0,02 × SEER² + 1,12 × SEER ^[2] Обратите внимание, что этот метод используется только для эталонного моделирования и не подходит для всех климатических условий. ^[2]

SEER, равный 13, примерно эквивалентен EER, равному 11, и COP, равному 3,2, что означает, что из помещения удаляется 3,2 единицы тепла на единицу энергии, используемой для работы кондиционера.

Теоретический максимум

SEER и EER кондиционера ограничены законами термодинамики . Процесс охлаждения с максимально возможной эффективностью – это цикл Карно . КПД кондиционера, работающего по циклу Карно, составляет:

COP_{Carnot}={\frac {T_{C}}{T_{H}-T_{C}}}

где $T_{C}$ температура в помещении и $T_{H}$ это температура наружного воздуха. Обе температуры должны измеряться с использованием термодинамической температурной шкалы, основанной на абсолютном нуле, такой как Кельвин или Ренкин . EER рассчитывается путем умножения COP на 3,412 БТЕ/Вт⋅ч, как описано выше:

EER_{Carnot}=3.412{\frac {T_{C}}{T_{H}-T_{C}}}

Предполагая, что температура наружного воздуха равна 95 °F (35 °C), а температура внутри помещения — 80 °F (27 °C), приведенное выше уравнение дает (когда температуры преобразуются в шкалу Кельвина или Ренкина) COP, равный 36, или EER 120. Это примерно в 10 раз эффективнее обычного домашнего кондиционера, доступного сегодня.

Максимальный EER уменьшается по мере увеличения разницы между температурой внутреннего и наружного воздуха, и наоборот. В пустынном климате, где температура наружного воздуха составляет 120 °F (49 °C), максимальный COP падает до 13 или EER до 46 (при температуре в помещении 80 °F (27 °C)).

Максимальный SEER можно рассчитать путем усреднения максимального EER в диапазоне ожидаемых температур для сезона.

Стандарты SEER правительства США

Рейтинг SEER отражает общую эффективность системы на сезонной основе, а рейтинг EER отражает энергоэффективность системы в одном конкретном рабочем состоянии. Оба рейтинга полезны при выборе товаров, но для сравнения необходимо использовать один и тот же рейтинг.

Существенную экономию энергии можно получить за счет более эффективных систем. Например, при обновлении SEER 9 до SEER 13 энергопотребление снижается на 30 % (равно 1–9/13).

Учитывая, что существующие агрегаты все еще функционируют и обслуживаются в хорошем состоянии, с учетом временной стоимости денег сохранение существующих агрегатов, а не их упреждающая замена, может быть наиболее экономически эффективным. Однако эффективность кондиционеров со временем может значительно ухудшиться. ^[3]

Но при замене оборудования или определении новых установок доступны различные SEER. Для большинства применений минимальные или близкие к минимальным единицы SEER являются наиболее экономически эффективными, но чем дольше сезоны охлаждения, чем выше затраты на электроэнергию и чем дольше покупатели будут владеть системами, тем более оправдано постепенное увеличение единиц SEER. для жилых кондиционеры Теперь доступны сплит-систем с SEER 20 и выше. Установки с более высоким SEER обычно имеют более крупные змеевики и несколько компрессоров, причем некоторые из них также имеют переменный поток хладагента и переменный поток приточного воздуха.

1992

В 1987 году был принят закон, вступивший в силу в 1992 году, требующий минимального рейтинга SEER 10. ^[4] В Соединенных Штатах редко можно увидеть системы с рейтингом ниже SEER 9, поскольку устаревшие существующие блоки заменяются новыми, более эффективными.

2006

Начиная с января 2006 года требовался минимум SEER 13. ^[5] В Соединенных Штатах требуется, чтобы бытовые системы, изготовленные после 2005 года, имели минимальный рейтинг SEER 13. Центральные кондиционеры, соответствующие требованиям ENERGY STAR, должны иметь SEER не менее 14,5. Оконные блоки не подпадают под действие этого закона, поэтому их SEER все еще составляет около 10.

2015

США В 2011 году Министерство энергетики (DOE) пересмотрело правила энергосбережения, введя повышенные минимальные стандарты и региональные стандарты для жилых систем отопления, вентиляции и кондиционирования. ^[6] Региональный подход признает различия в оптимизации затрат, обусловленные региональными климатическими различиями. Например, установка кондиционера с очень высоким SEER в штате Мэн, расположенном на северо-востоке США, дает небольшую экономическую выгоду.

С 1 января 2015 года центральные кондиционеры со сплит-системами , установленные в Юго-восточном регионе Соединенных Штатов Америки, должны иметь рейтинг не ниже 14 SEER. Юго-восточный регион включает Алабаму, Арканзас, Делавэр, Флориду, Джорджию, Гавайи, Кентукки, Луизиану, Мэриленд, Миссисипи, Северную Каролину, Оклахому, Южную Каролину, Теннесси, Техас и Вирджинию. Аналогично, центральные кондиционеры сплит-системы, установленные в Юго-Западном регионе, должны иметь минимум 14 SEER и 12,2 EER, начиная с 1 января 2015 года. Юго-западный регион состоит из Аризоны, Калифорнии, Невады и Нью-Мексико. Центральные кондиционеры сплит-системы, установленные во всех других штатах за пределами Юго-Восточного и Юго-Западного регионов, должны по-прежнему иметь уровень SEER не ниже 13, что является текущим национальным требованием. ^[6]

За последние 10 лет произошло много новых достижений в области эффективных технологий, которые позволили производителям резко повысить свои рейтинги SEER, чтобы оставаться выше требуемых минимумов, установленных Министерством энергетики США. ^{[ нужна ссылка ]}

2023

С 1 января 2023 года на охлаждающие устройства будет распространяться региональная минимальная эффективность в соответствии с сезонным коэффициентом энергоэффективности 2 (SEER2) . Новая процедура тестирования М1 ^[7] разработан так, чтобы лучше отражать текущие полевые условия. Министерство энергетики увеличивает внешнее статическое давление систем с текущего SEER (0,1 дюйма водного столба) до SEER2 (0,5 дюйма водного столба). Эти условия давления были разработаны с учетом воздуховодных систем, которые можно было бы увидеть в полевых условиях. После этого изменения для обозначения рейтингов M1 (включая EER2 и HSPF2) будет использоваться новая номенклатура. ^[8]

Новый минимум с рейтингами M1 ^[9]
Сплит-система	Область
Сплит-система	Север	Юго-запад	Юго-восток
Переменный ток < 45000 БТЕ/ч	13.4 ПРОВИДИТЕЛЬ2	14,3 ПРОВИДЕТЕЛЬ2 / 11,7 ЭЕР2	14.3 ПРОВИДИТЕЛЬ2
Переменный ток ≥ 45000 БТЕ/ч	13.4 ПРОВИДИТЕЛЬ2	13,8 ПРОВИДЕТЕЛЬ2 / 11,2 ЭЕР2	13.8 ПРОВИДИТЕЛЬ2

Расчет годовой стоимости электроэнергии для кондиционера

Электрическая мощность обычно измеряется в киловаттах (кВт). Электрическая энергия обычно измеряется в киловатт-часах (кВт·ч). Например, если электрическая нагрузка, потребляющая 1,5 кВт электроэнергии, работает в течение 8 часов, она потребляет 12 кВт·ч электроэнергии. В Соединенных Штатах с бытовых потребителей электроэнергии взимается плата в зависимости от количества использованной электроэнергии. В счете для потребителя электроэнергетическая компания указывает количество электроэнергии в киловатт-часах (кВт·ч), которое потребитель использовал с момента выставления последнего счета, а также стоимость энергии за киловатт-час (кВт·ч).

Размеры кондиционеров часто выражаются в «тоннах» охлаждения , где 1 тонна охлаждения равна 12 000 БТЕ/ч (3,5 кВт). 1 тонна охлаждения равна количеству энергии, которую необходимо прикладывать непрерывно в течение 24 часов, чтобы растопить 1 тонну льда.

Годовую стоимость электроэнергии, потребляемой кондиционером, можно рассчитать следующим образом:

(Стоимость , $/год ) = (размер установки , БТЕ/ч ) × (часов в год , ч ) × (стоимость энергии , $/кВт·ч ) ÷ (SEER , БТЕ/Вт·ч ) ÷ (1000 , Вт /кВт )

Пример 1:

Кондиционер мощностью 72 000 БТЕ/ч (21 кВт) (6 тонн) с рейтингом SEER 10 работает 1000 часов в год при стоимости электроэнергии 0,12 доллара США за киловатт-час (кВт·ч). Какова годовая стоимость потребляемой электроэнергии?

(72 000 БТЕ/ч) × (1000 ч/год) × (0,12 долл. США/кВт·ч) ÷ (10 БТЕ/Вт·ч) ÷ (1000 Вт/кВт) = 860 долл. США/год

Пример 2.

В жилом доме недалеко от Чикаго установлен кондиционер холодопроизводительностью 4 тонны с рейтингом SEER 10. Установка работает 120 дней в году по 8 часов в день (960 часов в год), а стоимость электроэнергии составляет 0,10 доллара США в год. киловатт-час. Какова его годовая стоимость эксплуатации с точки зрения электроэнергии? Сначала переведем тонны охлаждения в БТЕ/ч:

(4 тонны) × (12 000 (БТЕ/ч)/тонну) = 48 000 БТЕ/ч.

Годовая стоимость электроэнергии составляет:

(48 000 БТЕ/ч) × (960 ч/год) × (0,10 долл. США/кВт·ч) ÷ (10 БТЕ/Вт·ч) ÷ (1000 Вт/кВт) = 460 долл. США/год

Максимальные рейтинги SEER

Сегодня доступны мини-сплит-системы (бесканальные) с рейтингом SEER до 42. ^[10]^[11] Во время выставки AHR Expo 2014 компания Mitsubishi представила новый бесканальный мини-сплит-блок переменного тока с рейтингом SEER 30,5. ^[12] GREE также выпустила мини-разделение рейтинга SEER 30,5 в 2015 году. ^[13] Компания Carrier представила бесканальный кондиционер 42 SEER во время выставки Consumer Electronic Show (CES) 2018, проходившей в Лас-Вегасе. ^[14] Традиционные системы переменного тока с воздуховодами имеют максимальные значения SEER немного ниже этих уровней. Кроме того, на практике центральные системы будут иметь достигнутый коэффициент энергоэффективности на 10–20% ниже паспортного значения из-за потерь, связанных с воздуховодами.

Кроме того, существуют жилые блоки переменного тока с наземным источником питания с рейтингом SEER до 75. ^[15] Однако эффективная эффективность геотермального теплового насоса зависит от температуры используемого грунта или источника воды. В жарком климате температура грунтовых или поверхностных вод намного выше, чем в холодном климате, и поэтому невозможно достичь такой эффективности. Более того, схема оценки ARI для геотермальных тепловых насосов позволяет им в значительной степени игнорировать требуемую мощность насоса в своих номиналах, в результате чего достижимые значения SEER часто практически ниже, чем у оборудования с воздушным источником с самым высоким КПД, особенно для воздушного охлаждения. Существует множество технологий, которые позволят рейтингам SEER и EER еще больше повыситься в ближайшем будущем. ^[16] Некоторые из этих технологий включают ротационные компрессоры, инверторы, бесщеточные двигатели постоянного тока, приводы с регулируемой скоростью и интегрированные системы, такие как те, которые используются в системах кондиционирования воздуха на солнечной энергии . ^[16]

Тепловые насосы

Холодильный цикл может работать как тепловой насос для перемещения тепла с улицы в более теплый дом. Тепловой насос с более высоким рейтингом SEER для режима охлаждения также обычно будет более эффективным в режиме обогрева, оцененном с использованием HSPF . При работе в режиме обогрева тепловой насос обычно более эффективен, чем электрический нагреватель сопротивления. Это связано с тем, что обогреватель может преобразовывать только входную электрическую энергию непосредственно в выходную тепловую энергию, в то время как тепловой насос передает тепло снаружи. В режиме обогрева коэффициент полезного действия представляет собой соотношение выделяемого тепла к энергии, используемой агрегатом. Идеальный нагреватель сопротивления, преобразующий 100% входной электроэнергии в выходное тепло, будет иметь COP = 1, что эквивалентно 3,4 EER. Тепловой насос становится менее эффективным по мере снижения наружной температуры, и его производительность может стать сравнимой с производительностью резистивного нагревателя. Для теплового насоса с эффективностью охлаждения минимум 13 SEER она обычно ниже -10 ° F (-23 ° C). ^[17]

Более низкие температуры могут привести к тому, что тепловой насос будет работать с эффективностью ниже, чем у резистивного нагревателя, поэтому традиционные тепловые насосы часто включают в себя змеевики нагревателя или вспомогательный нагрев от сжиженного нефтяного газа или природного газа, чтобы предотвратить низкую эффективность работы холодильного цикла. Тепловые насосы для «холодного климата» предназначены для оптимизации эффективности при температуре ниже 0 ° F (-18 ° C). С 2023 года на рынке появятся тепловые насосы, которые будут извлекать тепло при температуре наружного воздуха до -40 ° F (-40 ° C). В случае холодного климата водяные или геотермальные тепловые насосы зачастую являются наиболее эффективным решением. Они используют относительно постоянную температуру грунтовых вод или воды в большом подземном контуре, чтобы смягчить разницу температур летом и зимой и улучшить производительность круглый год. Летом цикл теплового насоса меняется на обратный, чтобы он работал как кондиционер.

См. также

Ссылки

^ Перейти обратно: ^а ^б «ANSI/AHRI 210/240-2008: Стандарт 2008 года для оценки производительности унитарного оборудования для кондиционирования воздуха и тепловых насосов с источником воздуха» . Институт кондиционирования, отопления и холодоснабжения . 2008. Архивировано из оригинала (PDF) 29 марта 2018 года . Проверено 22 мая 2014 г.
^ Перейти обратно: ^а ^б «Протоколы моделирования строительства американского дома Министерства энергетики США, пересмотренные в октябре 2010 г.» (PDF) . 2010.
^ Открытое собрание Министерства энергетики США по бытовым центральным кондиционерам и тепловым насосам (12 июня 2008 г.), стр. 35–36 (стенограмма) [1] .
^ «Информационный бюллетень | Стандарты эффективности кондиционеров: SEER 13 против SEER 12 | Официальные документы | EESI» .
^ «Отопление и кондиционирование воздуха Майка, «13 Мандат ПРОВИДЦА» » . Архивировано из оригинала 16 июня 2006 года.
^ Перейти обратно: ^а ^б «Министерство энергетики завершает разработку новых стандартов энергосбережения для бытовых приборов отопления, вентиляции и кондиционирования» . 26 октября 2011 года . Проверено 22 мая 2014 г.
^ «Программа энергосбережения: процедуры испытаний центральных кондиционеров и тепловых насосов» . www.federalregister.gov . 24 января 2023 г. . Проверено 20 июня 2023 г.
^ «Новые стандарты эффективности SEER2» . SEER2.com . Проверено 20 июня 2023 г.
^ «Рейтинги теплового насоса SEER2 | Эффективность теплового насоса» . Перевозчик . Проверено 20 июня 2023 г.
^ «Carrier представляет самый эффективный кондиционер, который можно купить в Америке» . Перевозчик . Проверено 12 июня 2019 г.
^ «Однозональная система теплового насоса SEER Carrier 9000 БТЕ 42 — 230 Вольт — высокие стены» . HVACDirect.com . Проверено 12 июня 2019 г.
^ «Самая энергоэффективная бесканальная модель на рынке обеспечивает значительную теплопроизводительность в экстремально холодном климате» . 4 февраля 2014 г. >
^ «Мини-сплит GREE Crown» . 20 марта 2015 г. >
^ «Carrier представляет самый эффективный кондиционер, который можно купить в Америке» .
^ «Только что выпущен инверторный интеллектуальный источник с коэффициентом усиления до 62,5 EER, что составляет до 75 SEER» . 2012.
^ Перейти обратно: ^а ^б «Насколько высоко поднимется SEER?» . 2006.
^ Технические характеристики продукта Goodman GSH13

Внешние ссылки

[ahri210/240-1] Перейти обратно: ^а ^б «ANSI/AHRI 210/240-2008: Стандарт 2008 года для оценки производительности унитарного оборудования для кондиционирования воздуха и тепловых насосов с источником воздуха» . Институт кондиционирования, отопления и холодоснабжения . 2008. Архивировано из оригинала (PDF) 29 марта 2018 года . Проверено 22 мая 2014 г.

[bahsp-2] Перейти обратно: ^а ^б «Протоколы моделирования строительства американского дома Министерства энергетики США, пересмотренные в октябре 2010 г.» (PDF) . 2010.

[3] Открытое собрание Министерства энергетики США по бытовым центральным кондиционерам и тепловым насосам (12 июня 2008 г.), стр. 35–36 (стенограмма) [1] .

[4] «Информационный бюллетень | Стандарты эффективности кондиционеров: SEER 13 против SEER 12 | Официальные документы | EESI» .

[5] «Отопление и кондиционирование воздуха Майка, «13 Мандат ПРОВИДЦА» » . Архивировано из оригинала 16 июня 2006 года.

[2015standards-6] Перейти обратно: ^а ^б «Министерство энергетики завершает разработку новых стандартов энергосбережения для бытовых приборов отопления, вентиляции и кондиционирования» . 26 октября 2011 года . Проверено 22 мая 2014 г.

[7] «Программа энергосбережения: процедуры испытаний центральных кондиционеров и тепловых насосов» . www.federalregister.gov . 24 января 2023 г. . Проверено 20 июня 2023 г.

[8] «Новые стандарты эффективности SEER2» . SEER2.com . Проверено 20 июня 2023 г.

[9] «Рейтинги теплового насоса SEER2 | Эффективность теплового насоса» . Перевозчик . Проверено 20 июня 2023 г.

[10] «Carrier представляет самый эффективный кондиционер, который можно купить в Америке» . Перевозчик . Проверено 12 июня 2019 г.

[11] «Однозональная система теплового насоса SEER Carrier 9000 БТЕ 42 — 230 Вольт — высокие стены» . HVACDirect.com . Проверено 12 июня 2019 г.

[12] «Самая энергоэффективная бесканальная модель на рынке обеспечивает значительную теплопроизводительность в экстремально холодном климате» . 4 февраля 2014 г. >

[13] «Мини-сплит GREE Crown» . 20 марта 2015 г. >

[14] «Carrier представляет самый эффективный кондиционер, который можно купить в Америке» .

[15] «Только что выпущен инверторный интеллектуальный источник с коэффициентом усиления до 62,5 EER, что составляет до 75 SEER» . 2012.

[how_high-16] Перейти обратно: ^а ^б «Насколько высоко поднимется SEER?» . 2006.

[17] Технические характеристики продукта Goodman GSH13

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]

[15]

[16]

[17]