Effektivitet

Effektiviteten af en glødelampe ^{[note 1]} (repræsentation som et Sankey -diagram )

Effektivitetsgraden beskriver effektiviteten af en teknisk facilitet eller et system som et forhold mellem dimensionstallet eller procentdelen , normalt forholdet mellem den nyttige energi $E_{\mathrm {ab} }$ ${\ displaystyle E _ {\ mathrm {fra}}}$ $E_ \ mathrm {ab}$ til den leverede energi $E_{\mathrm {zu} }$ ${\ displaystyle E _ {\ mathrm {zu}}}$ $E_ \ mathrm {zu}$ . Hvis der ikke er korruption gennem lagret energi, kan effekten beregnes som forholdet mellem den nyttige effekt $P_{\mathrm {ab} }$ ${\ displaystyle P _ {\ mathrm {fra}}}$ $P_ \ mathrm {ab}$ til den leverede strøm $P_{\mathrm {zu} }$ ${\ displaystyle P _ {\ mathrm {zu}}}$ $P_ \ mathrm {to}$ . Normalt effektiviteten med det græske bogstav $\eta$ ${\ displaystyle \ eta}$ $\ eta$ ( eta ) og kan have værdier mellem 0 og 1:

\eta ={\frac {E_{\mathrm {ab} }}{E_{\mathrm {zu} }}}

{\ displaystyle \ eta = {\ frac {E _ {\ mathrm {fra}}} {E _ {\ mathrm {to}}}}}}

{\ displaystyle \ eta = {\ frac {E _ {\ mathrm {fra}}} {E _ {\ mathrm {to}}}}}}

eller

\eta ={\frac {P_{\mathrm {ab} }}{P_{\mathrm {zu} }}}

{\ displaystyle \ eta = {\ frac {P _ {\ mathrm {fra}}} {P _ {\ mathrm {to}}}}}}

{\ displaystyle \ eta = {\ frac {P _ {\ mathrm {fra}}} {P _ {\ mathrm {to}}}}}}

$P_{\mathrm {ab} }$ ${\ displaystyle P _ {\ mathrm {fra}}}$ $P_ \ mathrm {ab}$ er for eksempel den mekaniske effekt, som en elmotor leverer til akslen og $P_{\mathrm {zu} }$ ${\ displaystyle P _ {\ mathrm {zu}}}$ $P_ \ mathrm {to}$ den elektriske strømforsyning til motoren.

Kvalitetsgraden beskriver derimod kun interne tab i en maskine og er normalt betydeligt bedre.

Forskellen mellem input- og outputeffekten omtales som effekttabet .

Ud over den generelle definition er der etableret andre udtryk som f.eks. Udnyttelses- eller ydelsesgraden , der afhængigt af specialområdet tager hensyn til visse randbetingelser og særegenheder ved energistrømmen i de pågældende systemer . Eksempelvis vedrører udnyttelsesgrader eller ydelsestal ofte en observationsperiode (normalt et år), som energierne summeres over.

Den i øjeblikket forbrugte eller frigivne strøm eller energi kan være meget forskellig uanset graden af effektivitet, hvis strøm eller energiforbrug og output forekommer på forskellige tidspunkter, for eksempel ved opladning og afladning af et batteri , eller når solenergi absorberes af anlæg og deres planter frigives senere ved afbrænding.

Værdiområde

Det teoretisk mulige værdiområde er fra 0 til 1 eller 0 til 100%. Den højeste værdi (1 eller 100%) kan ikke opnås i praksis med maskiner, fordi energi i alle processer omdannes til termisk energi gennem varme eller friktion. I tilfælde af varmemotorer begrænses effektiviteten også af tabet af udstødningsgas og kan aldrig overstige den ideelle effektivitet ved Carnot -processen .

En effektivitet større end 1 ville svare til en evighedsbevægelsesmaskine af den første type, som overtræder loven om bevarelse af energi . Enheder, der udsender mere energi, end de absorberer eller har lagret, er ikke mulige.

Effektivitetssammenligninger mellem enheder med forskellige teknologier er kun meningsfulde, hvis alle energistrømme er inkluderet i beregningen. Med mange teknologier vedrører selv standardbaserede effektivitetsdata imidlertid kun den maksimale energi, der kan udnyttes af den respektive teknologi, for eksempel til brændeovne, de typiske effektivitetsdata er ikke relateret til hele forbrændingsenthalpien, men til træets lavere brændværdi. Hvis enheder sammenlignes med hensyn til deres effektivitet, kan effektivitetsbedømmelser over 1 skyldes, fordi den samme referenceramme faktisk ikke kan accepteres. For eksempel for kedler med kondenseringsteknologi er en fiktiv kedeleffektivitet> 1 ofte specificeret, hvis den ekstra kondensvarme tilføjes til brændværdien som ved konventionel forbrænding.

Mekanisk effektivitet

Den mekaniske effektivitet er specificeret for eksempelvis gearkasser eller lejer og er en del af systemets samlede effektivitet (f.eks. Drivlinje ). Det tager hensyn til tab som følge af friktion, som reducerer den mekaniske inputeffekt og fører til opvarmning af komponenterne ( spildvarme ). Friktionstab opstår ved direkte friktion mellem overflader i bevægelse ( slip ), gennem forskydning af smørefilm eller strømningstab i væsker , især luftfriktion med hurtige strømninger eller ved pumpning i stempelmotorer .

Biologiske effektiviteter

Muskler konverterer kemisk energi fra mad til mekanisk energi. Også her kan en effektivitet estimeres ud fra forholdet mellem energiforbruget som mad og det mekaniske arbejde, der frigives. For flyvning muskler af duer ca. 20% -25% er givet, til ørred ca. 45%. ^[1]

Sådanne effektiviteter kan f.eks. Bestemmes ved hjælp af indirekte kalorimetri .

Varmeeffektivitet

Termisk effektivitet (proceseffektivitet)

temperatur

Den øvre grænse for enhver termisk effektivitet er Carnot -effektiviteten :

\eta _{\mathrm {C} }=1-{\frac {T_{\mathrm {n} }}{T_{\mathrm {h} }}}

{\ displaystyle \ eta _ {\ mathrm {C}} = 1 - {\ frac {T _ {\ mathrm {n}}} {T _ {\ mathrm {h}}}}}}

{\ displaystyle \ eta _ {\ mathrm {C}} = 1 - {\ frac {T _ {\ mathrm {n}}} {T _ {\ mathrm {h}}}}}}

,

hvori $T_{\mathrm {n} }$ ${\ displaystyle T _ {\ mathrm {n}}}$ ${\ displaystyle T _ {\ mathrm {n}}}$ den laveste og $T_{\mathrm {h} }$ ${\ displaystyle T _ {\ mathrm {h}}}$ ${\ displaystyle T _ {\ mathrm {h}}}$ er den højeste temperatur, der forekommer i processen i Kelvin.

ydeevne

Den mekaniske eller termiske effektivitet eller proceseffektivitet er forholdet mellem den mekaniske effekt opnået og varmestrømmen tilført i en varmemotor , f.eks. B. en dampturbine til:

\eta _{\mathrm {th} }={\frac {P_{\mathrm {mech} }}{\dot {Q}}}

{\ displaystyle \ eta _ {\ mathrm {th}} = {\ frac {P _ {\ mathrm {mech}}} {\ dot {Q}}}}

{\ displaystyle \ eta _ {\ mathrm {th}} = {\ frac {P _ {\ mathrm {mech}}} {\ dot {Q}}}}

med $\eta _{\mathrm {th} }$ ${\ displaystyle \ eta _ {\ mathrm {th}}}$ ${\ displaystyle \ eta _ {\ mathrm {th}}}$ end den termiske effektivitet, med $P.$ ${\ displaystyle P}$ $P.$ (i watt) som den mekaniske effekt opnået og med ${\dot {Q}}$ ${\ displaystyle {\ dot {Q}}}$ ${\ dot {Q}}$ (i watt) som den leverede varmestrøm.

energi

Hvis brændstoffets specifikke varmeenergi ( $H_{i}$ ${\ displaystyle H_ {i}}$ $Hej}$ i kWh / kg) og maskinens specifikke brændstofforbrug ( $b_{e}$ ${\ displaystyle b_ {e}}$ ${\ displaystyle b_ {e}}$ i kg / kWh) er kendt, kan den mekaniske eller termiske effektivitet (effekt fra varme) beregnes:

\eta _{\mathrm {th} }={\frac {1}{{H_{i}}\cdot {b_{e}}}}

{\ displaystyle \ eta _ {\ mathrm {th}} = {\ frac {1} {{H_ {i}} \ cdot {b_ {e}}}}}

{\ displaystyle \ eta _ {\ mathrm {th}} = {\ frac {1} {{H_ {i}} \ cdot {b_ {e}}}}}

Fyringseffektivitet

Forbrændingseffektiviteten (FTW) angiver brugen af varmen som følge af forbrænding af et brændstof ved nominel effekt . Det tager kun hensyn til varmetabet på grund af afkøling af udstødningsgasserne til omgivelsestemperatur. En vurdering af den energiske effektivitet af en varmegenerator ved hjælp af dette udstødningsgastab alene er mulig, hvis alle andre tab er ubetydelige. Indtil slutningen af det 20. århundrede var denne omtrentlige beregning almindelig for varmesystemer ; i dag overvejes systemeffektiviteten eller den årlige udnyttelsesgrad .

FTW er forskellen mellem 1 (100%) og udstødningstabet $q_{\mathrm {a} }$ ${\ displaystyle q _ {\ mathrm {a}}}$ ${\ displaystyle q _ {\ mathrm {a}}}$ : ^[2]

\eta _{\text{FTW}}=1-q_{\mathrm {a} }

{\ displaystyle \ eta _ {\ text {FTW}} = 1-q _ {\ mathrm {a}}}

{\ displaystyle \ eta _ {\ text {FTW}} = 1-q _ {\ mathrm {a}}}

Moderne systemer øger effektiviteten ved at sænke udstødningstemperaturerne og ved at genvinde kondensvarmen fra vanddamp og kulbrinter. De bruger brændstoffets brændværdi , mens i gamle systemer kun brændværdien kunne bruges. Der er høje krav til pejsesystemet. Nogle af udstødningsgasserne skal fjernes aktivt (f.eks. Blæser), fordi de ikke længere er varme nok til at stige op af sig selv. Skorstenen udsættes for ætsende angreb fra forbrændingsresterne opløst i det kondenserede vand ( sodning ). Under visse betingelser dannes der også tjære, som skal indsamles og returneres til forbrændingen.

Fuldkondenserende kedler , luft / røggassystemet eller opvarmning af tilstødende rum bruger også røggasens latente restvarme under returtemperaturen for det normale varmesystem i kondenserende kedler. Det skal dog bemærkes, at gasser har en lav varmelagringskapacitet , og nogle gange kan der opnås en større økonomisk fordel med bedre varmeisolering af huset eller andre energibesparende foranstaltninger "for de samme penge".

Varmeudbyttet på grund af reaktionens entalpi i dannelsen af nitrogenoxider eller reduktion af disse ved at sænke forbrændingstemperaturerne ved hjælp af porebrændere eller katalytiske brændere tages ikke i betragtning i beregningsmetoden for forbrændingseffektiviteten (som er ikke længere topmoderne og er derfor forældet).

Kedeleffektivitet

Kedeleffektiviteten hK (%) er forholdet mellem nominel varmeydelse i procent af den nominelle varmebelastning målt ved konstant kontinuerlig drift ved nominel varmeydelse. Ligesom FTW tager det også højde for tabet af udstødningsgas, men også varmetabet til omgivelserne i installationsrummet.

Energisk effektivitet

Den exergetiske effektivitet, også kaldet isentropisk effektivitet, bruges mest til at beskrive varmemotorer, der ikke kun udsender mekanisk eller elektrisk energi, men også leverer nyttig varme. Her skal de to forskellige energikvaliteter (jf. Med termodynamikkens 2. lov ) bringes til en fællesnævner. Exergy står her for den tekniske arbejdsevne; isentropiske processer ændrer ikke entropien.

Termisk energi kan ikke fuldstændigt omdannes til andre energiformer (f.eks. Elektrisk energi, mekanisk energi). De to udtryk anergi og eksergi beskriver, hvilken del af termisk energi der kan omdannes til nyttigt fysisk arbejde (eksergi), og hvilken del der skal frigives til miljøet som ubrugelig spildvarme (anergi) for at sprede entropien af energiomdannelsen . Følgende gælder:

{\text{Energie}}={\text{Anergie}}+{\text{Exergie}}

{\ displaystyle {\ text {Energy}} = {\ text {Anergy}} + {\ text {Exergy}}}

{\ displaystyle {\ text {Energy}} = {\ text {Anergy}} + {\ text {Exergy}}}

Generering af varme, selv i en kondenserende kedel med en nominelt 100% effektivitet, er altid forbundet med produktion af entropi. Således består lavtemperaturvarme af meget anergi og lidt eksergi. Eksergiindholdet i varme svarer til Carnot -faktoren.

Effektiviteten af en rigtig varmemotor er altid mindre end eller lig med den for den ideelle varmemotor, Carnot -effektiviteten

\eta _{\mathrm {C} }=1-{\frac {T_{\mathrm {i} }}{T_{\mathrm {s} }}}

{\ displaystyle \ eta _ {\ mathrm {C}} = 1 - {\ frac {T _ {\ mathrm {i}}} {T _ {\ mathrm {s}}}}}}

{\ displaystyle \ eta _ {\ mathrm {C}} = 1 - {\ frac {T _ {\ mathrm {i}}} {T _ {\ mathrm {s}}}}}}

med $T_{\mathrm {i} }$ ${\ displaystyle T _ {\ mathrm {i}}}$ $T_ \ mathrm {i}$ som lavere temperatur (ringere) og $T_{\mathrm {s} }$ ${\ displaystyle T _ {\ mathrm {s}}}$ ${\ displaystyle T _ {\ mathrm {s}}}$ som øvre temperatur (overlegen).

Den energiske effektivitet ved en energiomstilling relaterer alle indgående og udgående energistrømme til eksergiindholdet, dvs. evnen til at arbejde.

\eta _{\text{exergetisch}}={\frac {\text{Exergie-Output}}{\text{Exergie-Input}}}

{\ displaystyle \ eta _ {\ text {exergetic}} = {\ frac {\ text {Exergy output}} {\ text {Exergy input}}}}

{\ displaystyle \ eta _ {\ text {exergetic}} = {\ frac {\ text {Exergy output}} {\ text {Exergy input}}}}

Brutto- og nettoeffektivitet

Især for termiske kraftværker skelnes der mellem brutto- og nettoeffektivitet. Bruttoeffektiviteten vedrører bruttoproduktionen $P_{\text{brutto}}$ ${\ displaystyle P _ {\ text {gross}}}$ $P _ {{\ text {gross}}}$ , så den elektriske strøm uden at tage hensyn til selvforbrugerne sådan. B. Fodervandspumpe :

\eta _{\text{brutto}}={\frac {P_{\text{brutto}}}{{\dot {m}}\cdot H_{\text{u}}}}

{\ displaystyle \ eta _ {\ text {gross}} = {\ frac {P _ {\ text {gross}}} {{\ dot {m}} \ cdot H _ {\ text {u}}}}}}

\ eta _ {{\ tekst {brutto}}} = {\ frac {P _ {{\ tekst {brutto}}}} {{\ punkt {m}} \ cdot H _ {{\ tekst {u}}} }}

(Der er ${\dot {m}}$ ${\ displaystyle {\ dot {m}}}$ $\ dot {m}$ massestrømmen af det leverede brændstof og $H_{\text{u}}$ ${\ displaystyle H _ {\ tekst {u}}}$ $H_ \ tekst {u}$ brændstoffets brændværdi .)

Nettoeffektiviteten vedrører derimod netto output $P_{\mathrm {netto} }$ ${\ displaystyle P _ {\ mathrm {net}}}$ $P_ \ mathrm {net}$ , dvs. den elektriske effekt efter fradrag af selvforbrugernes strømforbrug $P_{\mathrm {EB} }$ ${\ displaystyle P _ {\ mathrm {EB}}}$ $P_ \ mathrm {EB}$ :

\eta _{\mathrm {netto} }={\frac {P_{\mathrm {brutto} }-P_{\mathrm {EB} }}{{\dot {m}}\cdot H_{\text{u}}}}={\frac {P_{\mathrm {netto} }}{{\dot {m}}\cdot H_{\text{u}}}}

{\ displaystyle \ eta _ {\ mathrm {net}} = {\ frac {P _ {\ mathrm {gross}} -P _ {\ mathrm {EB}}} {{\ dot {m}} \ cdot H _ {\ text {u}}}} = {\ frac {P _ {\ mathrm {net}}} {{\ dot {m}} \ cdot H _ {\ tekst {u}}}}}}

\ eta_ \ mathrm {net} = \ frac {P_ \ mathrm {gross} - P_ \ mathrm {EB}} {\ dot {m} \ cdot H_ \ text {u}} = \ frac {P_ \ mathrm {net} } {\ dot {m} \ cdot H_ \ tekst {u}}

I det tysktalende område angives nettoeffektiviteten for kraftværker, medmindre andet udtrykkeligt er angivet. ^[3]

Anlægseffektivitet og samlet effektivitet

Hvis flere maskiner og transformere arbejder efter hinanden, bliver deres individuelle effektiviteter den samlede effektivitet $\eta _{\text{gesamt}}$ ${\ displaystyle \ eta _ {\ tekst {total}}}$ ${\ displaystyle \ eta _ {\ tekst {total}}}$ af systemet, ganget med systemets effektivitet .

\eta _{\text{gesamt}}=\eta _{1}\cdot \eta _{2}\dotsm \eta _{n}=\prod _{i=1}^{n}\eta _{i}

{\ displaystyle \ eta _ {\ text {total}} = \ eta _ {1} \ cdot \ eta _ {2} \ dotsm \ eta _ {n} = \ prod _ {i = 1} ^ {n} \ eta _ {i}}

{\ displaystyle \ eta _ {\ text {total}} = \ eta _ {1} \ cdot \ eta _ {2} \ dotsm \ eta _ {n} = \ prod _ {i = 1} ^ {n} \ eta _ {i}}

Eksempel:

Kraftværk med generator 40% (0,40)
Transformer på kraftværket 99% (0,99)
Transformator nær forbrugeren 95% (0,95)
Elmotor 90% (0.90)

Samlet effektivitet: $\eta _{\text{gesamt}}=0{,}40\cdot 0{,}99\cdot 0{,}95\cdot 0{,}90\approx 0{,}34$ ${\ displaystyle \ eta _ {\ text {total}} = 0 {,} 40 \ gange 0 {,} 99 \ gange 0 {,} 95 \ gange 0 {,} 90 \ ca. 0 {,} 34}$ ${\ displaystyle \ eta _ {\ text {total}} = 0 {,} 40 \ gange 0 {,} 99 \ gange 0 {,} 95 \ gange 0 {,} 90 \ ca. 0 {,} 34}$ eller 34%.

I dette eksempel antages det, at energioverførslen mellem de enkelte maskiner sker uden tab. Hvis dette ikke er tilfældet, skal energioverførselens effektivitet også tages i betragtning.

Hvis spildvarmen, der frigives under en termisk omdannelsesproces, yderligere anvendes, f.eks. Til luftforvarmning, olieforvarmning eller fjernvarme, som det er tilfældet med kombinerede varme- og kraftværker (se nedenstående tabel), øges systemets effektivitet, idet en del af den faktisk anvendte til processen tabt varme kan stadig bruges.

Årlig effektivitet

Den årlige udnyttelsesgrad er den årlige gennemsnitlige systemeffektivitet over alle driftscyklusser for en varmegenerator.

Det muliggør en mere realistisk cost-benefit-beregning for energibesparende foranstaltninger, end det er muligt med den omtrentlige beregning af FTW. Da selv gennemsnitlige huse forbruger mindre og mindre energi ved at forbedre isoleringen , bliver hensynet til andre tab mere og mere vigtigt. Dette omfatter varmetab fra varmegeneratoren på grund af stråling , tab på grund af kondensering af vandet i brændstoffet, påkrævet varme på grund af hyppig start af opvarmningen med dårlig effektivitet i opstartsfasen, kort brænderdriftstid, fordi kedlen er for stor.

Selvom moderne individuelle enheder i et varmesystem normalt har en effektivitet på over 90% ved nominel effekt, er den årlige effektivitet kun 60–80%, som udsendes af radiatoren.

Standard udnyttelsesgrad

Standardudnyttelsesgraden omfatter kondenseringskedelens nye teknologi med modulerende effektstyring ( delbelastning ) gennem graduerede delbelastningspunkter på 12,8%, 30,3%, 38,8%, 47,6%og 62,6%af den nominelle effekt.

Beregningen er specificeret i henhold til DIN 4702 del 8 for

Opvarmningstilstand,
Kombineret opvarmning med kun omkring fem procent varmtvandsopvarmning,
Opvarmning af varmt vand.

Effektivitet større end 100%

Maskiner med større effektivitet end 100% omtales som "evighedsmaskiner af den første slags". Sådanne maskiner kan ikke engang eksistere teoretisk på grund af lov om bevarelse af energi . Hvis der i praksis angives effektiviteter over 100%, er årsagen etableringen af en ufuldstændig energibalanceligning .

Et eksempel er kondenserende kedler, hvoraf nogle har en brændværdi-værdirelateret effektivitet på over 100%. Brændstoffets brændværdi bruges under "brugt energi". Brændværdien beregnes imidlertid ud fra den samlede varme, der frigives minus fordampningsvarmen til det vand, der produceres under forbrænding. Brændværdien omfatter derfor kun en del af den samlede brændstofenergi. I modsætning til "konventionelle" kedler afkøles røggassen i kondenseringskedlen i en sådan grad, at det vand, der er fordampet under forbrændingen, kondenserer. Den kondensvarme, der frigives i processen, gavner den nyttige energi , men blev først ikke regnet som inputenergi.

Hvis virkningsgraden ikke beregnes på grundlag af brændværdien, men ud fra brændstoffets brændværdi, opnås ideelt set en effektivitet på 100%.

Varmepumper og køleanlæg - f.eks. B. Klimaanlæg og køleskabe - fungerer som en omvendt varmemotor . I faglitteraturen udover udtrykket "effektivitet" er ydeevne -koefficienten ( $\varepsilon$ ${\ displaystyle \ varepsilon}$ $\ varepsilon$ ) bruges som et mål for effektivitet. Imidlertid henviser producentens specifikationer ofte til ydeevne -koefficienten for køleanlæg som "effektivitet". Varmepumpen henter varmeenergien fra miljøet og bringer den til det ønskede temperaturniveau. Den samlede varmeydelse er større end den varmeydelse, der genereres under komprimeringsprocessen. Derfor opnås "effektiviteter" på over 100% for denne proces. Typiske værdier er mellem 300% og 800%, hvilket svarer til en effektivitet (= ydelsestal) på 3 til 8. For at undgå forvirring henvises til varmepumpers og kølemaskiners termiske effektivitet som COP (engl. Oefficient C O f P erformance), som er mindre end den gensidige Carnot -effektivitet.

Eksempler

Effektivitet, eksempler
Maskine, proces	Energi brugt	Nyttig energi	Effektivitet [%]
Levering af nyttig energi
Atom kraftværk	atomisk	elektrisk	33
Kombineret cyklisk kraftværk ( naturgas )	kemisk	elektrisk	50-62
Bedst før generator	kinetisk	elektrisk	30 (maks.)
Solcelle	elektromagnetisk (solstråling)	elektrisk	5–27 (40)
Termoelement (termoelektrisk generator)	termisk	elektrisk	3-8
Termisk kraftværk ( kul )	kemisk	elektrisk	25-50
Termisk kraftværk eller motor med kombineret varme og kraft ^{[note. 2]}	kemisk	elektrisk og (termisk) **)	30–40 og (50–60)
Vandkraftværk	mekanisk	elektrisk	80-90
Vindmølle ^{[note 3]}	mekanisk	elektrisk	50 (maks.)
Elektrolyse af vand	elektrisk	kemisk	70-80
Termolyse af vand	termisk	kemisk	90 (fiktion)
maskiner og udstyr
Brændselscelle	kemisk	elektrisk	20-60
Damp maskine	kemisk	mekanisk	3-44
Stirling motor	termisk	mekanisk	10-66
Pulsmotor	kemisk	mekanisk	?
Otto -motor (1000 PS på det bedste tidspunkt)	kemisk	mekanisk	35-40
Dieselmotor (10.000 PS med turbo- og ladeluftkøling)	kemisk	mekanisk	50
Totakts marinediesel (100.000 hk outlet ventilstyret, med turbo- og ladeluftkøling)	kemisk	mekanisk	55
Elmotor når den er bedst	elektrisk	mekanisk	94-99,5 (> 90)
cykel	mekanisk	mekanisk	90 (min.)
Cykeldynamo ^{[note 4]}	mekanisk	elektrisk	20-65
Gaskompressor / gasturbine ^{[note 5]}	mekanisk	mekanisk	90 (ca.)
Generator ^{[note 6]}	mekanisk	elektrisk	95-99,3
Pære (ikke halogenlampe) ^{[Bemærk. 1]}	elektrisk	elektromagn. (synligt lys)	3-5
Højspændings jævnstrøm tæt kobling ^{[note 7]}	elektrisk	elektrisk	95
Højttaler ^{[Bemærk. 8.]}	elektrisk	akustisk	0,1–40, typ. 0,3 for hi-fi
LED ^{[note 1]}	elektrisk	elektromagn. (synligt lys)	5-25
Skift strømforsyning (til el. Enheder)	elektrisk	elektrisk	50-95
Transmissionssystem	elektrisk	elektromagnetisk ( radiobølger )	30-80
Termoelement ^{[Bemærk. 9]}	termisk	elektrisk	3-8
transformer	elektrisk	elektrisk	50-99,7
Turbinemotor (civil luftfart )	kemisk	mekanisk	40 (maks.)
Inverter	elektrisk	elektrisk	93-98
Gear pumpe	mekanisk	mekanisk	90 (maks.)
Varmeproduktion
Gaskomfur (husstand) ^{[Bemærk. 10]}	kemisk	termisk	30-40
El -komfur (husstand) ^{[Bemærk. 10]}	elektrisk	termisk	50-60
Gasvarme	kemisk	termisk	80-90
Kulovn (husholdning)	kemisk	termisk	30-50
Kulovn (industri)	kemisk	termisk	80-90
Lejrbål (madlavning) ^{[Bemærk. 11]}	kemisk	termisk	15 (maks.)
Åben pejs	kemisk	termisk	10-30
Solfanger	elektromagnetisk (solstråling)	termisk	85 (maks.)
Kedel , ^[4] elpatron	elektrisk	termisk	80-98
Naturlige processer
Fotosyntesereaktion ^{[note 12]}	elektromagnetisk (sollys)	kemisk	35
Firefly ( glødreaktion )	kemisk	elektromagnetisk (lys)	95 (maks.)
Menneske ( skeletmuskler ) ^{[note 13]}	kemisk	mekanisk	0-30 ^[5]
Større processer
Kulminedrift (minedrift af kul og efterfølgende forbrænding) ^{[note 14]}	kemisk	termisk	30–60 (?)
Fotosyntese (produktion af biomasse og efterfølgende forbrænding) ^{[note 15]}	elektromagnetisk (sollys)	kemisk	0,1-2,5

Bemærkninger:

↑ ^a ^b ^c Det er generelt ikke muligt at angive en effektivitet for nyttige variabler, der har en anden dimension end energi eller effekt. I tilfælde af lyskilder som f.eks. B. den nyttige variabel er lysstrømmen , som tager hensyn til det menneskelige øjes spektrale følsomhed . Parameteren for effektiviteten af en lyskilde er lysudbyttet (enhed: lumen pr. Watt ). Det er imidlertid muligt at specificere effektiviteten som forholdet mellem strålingseffekten i et "ideelt spektrum" og forbrugseffekten. Hvis du vælger et ideelt spektrum, der svarer til det sorte kropsspektrum i det synlige område mellem 400 og 700 nanometer og er nul uden for dette, resulterer dette i en effektivitet på omkring 5% for et sort kropsspektrum ved 2700 Kelvin (cirka standard glødelampe lampe 60 watt). På grund af de fuzzy grænser for det synlige spektrum til det infrarøde og ultraviolette område er en sådan definition imidlertid ikke entydig.
- For eksempler på lyskilders effektivitet , se: Lysudbytte .
I Dietrich Pelte: Fremtiden for vores energiforsyning: En analyse fra et matematisk og videnskabeligt synspunkt . Springer DE, 26. november 2009, ISBN 978-3-8348-0989-6 , s. 32– (åbnet den 10. februar 2013). en glødelampe antages at være en sort krop med en temperatur på 2000 K. Dette resulterer i en effektivitet baseret på det synlige strålingsspektrum på 10%. En samlet effektivitet på 5% er givet på grund af yderligere varmetab gennem konvektion.
↑ Når der tages højde for varmen, taler man oftere om udnyttelsesgraden . Effektiviteten til elproduktion er lavere, når der udvindes varme end uden varmeudvinding.
↑ Vindkraftværks effektivitet er begrænset af det faktum, at ifølge Betz lov kan maksimalt 59,3% af den mekaniske effekt i vinden omdannes til nytteværdi. Da forholdet mellem den leverede effekt til rotorakslen og den effekt, som strømningen mangler i kølvandet, er mellem 70 og 85% i en moderne vindmølle, beregnes den givne værdi ud fra 85% på 59,3%.
^ Effektiviteten af næsten alle cykeldynamoer er omkring 20%, især effektive dynamoer med friktionshjul når 25-30%. Værdier på 65% kan kun opnås med alternative designs, såsom navdynamoer i det optimale hastighedsområde.
↑ Ifølge Siemens -webstedet (PDF): 'Med hensyn til aerodynamik er effektiviteten allerede 92%,' afslører Bernard Becker. 'To til tre procentpoint kan stadig være der.'
^ Gas- og dampturbiner har en effektivitet på over 95%. I termiske kraftværker begrænser Carnot -cyklussen den samlede effektivitet til 35–60%. Derudover er der formning og linjetab op til slutbrugeren. Vandmøller har en hydraulisk effektivitet på over 95%, men den effektive effektivitet af en maskingruppe (reservoir -trykrørsturbinegenerator eller dæmningsturbinegenerator) er normalt 70 til maksimalt 87% på grund af mekanisk og elektromagnetisk friktion / varmetab.
↑ uden linietab
↑ I modsætning til scenehøjttalere er lydneutral gengivelse vigtigere end "høj" effektivitet med hjemmehøjttalere og studiomonitorer. I tilfælde af højttalere er den såkaldte "effektivitet" ofte angivet i dataene, hvilket slet ikke er. Det, du kan finde der, er det karakteristiske lydtryksniveau i dB / W / m - dB pr. Watt i en meters afstand eller bedre dB / (W * m) - som uvidende ofte omtales som effektivitet.
^ Termoelementer bruges også til nogle formål til at levere nyttig energi.
↑ ^a ^b En gaskomfur opvarmer området. En elektrisk induktionskomfur opvarmer køkkengrejet målrettet med varmetab i induktionselektronikken. Dog tages der kun hensyn til effektiviteten på konverteringsstedet og ikke energitabet under elproduktion. Hvis dette tages i betragtning, er en gaskomfur mindst lige så effektiv som en elektrisk komfur - afhængigt af effektiviteten af kraftværket.
↑ Et lejrbål er brændstoffets brændværdi med høj effektivitet i varme (skelnen mellem fokal - og brændværdi ). Men kun en lille del af varmen opvarmer en gryde, der hænger over bålet. Det meste opvarmer den omgivende luft.
↑ Lysreaktion , dvs. opsplitning af vand i protoner, elektroner og ilt.
↑ Minimum 0 skyldes, at musklerne også bruger energi under aktiviteter, hvor der ikke udføres noget arbejde (se holdearbejde ). Eksempel til illustration: et bord , i modsætning til en muskel, kan holde en tung genstand på plads uden behov for en energiforsyning.
↑ Effektivitet ved kuludvinding: Hvor mange tons brunkul eller hård kul skal du udvinde og omdanne til elektricitet til produktionsfaciliteterne for at kunne sælge et ton?
↑ Samlet effektivitet, dvs. inklusive den energi, der kræves for at tilvejebringe reaktionsmolekylerne.

**) At specificere en effektivitet med forskellige "målenergityper", i dette tilfælde elektrisk og termisk, giver ikke mening, da disse energityper har en anden "værdi" (se også entropi). På denne måde kan elektrisk og mekanisk energi omdannes 100% til varme, i den anden retning fungerer dette kun inden for de ovenfor nævnte grænser. Eksempel: et termisk kraftværk af bloktype med omdannelse til 30% elektrisk og 60% termisk energi ville resultere i en (falsk) "effektivitet" på 30% + 60% = 90% ifølge denne betragtning. Med et kombineret cyklisk kraftværk med 60% elektrisk effektivitet kan 30% elektrisk energi stilles til rådighed, og en varmepumpe kan drives med de resterende 30% elektrisk energi. Mit einer Nutzungsziffer von 5 erhält man damit 150 % Wärme (z. B. für eine Heizung) – also die 2,5-fache Menge des Blockheizkraftwerkes.

Angabe des Wirkungsgrades bei Lautsprecherdaten

Akustischer Wirkungsgrad η (Eta) eines Lautsprechers:

\eta ={\frac {P_{\mathrm {ak} }}{P_{\mathrm {e} }}}

\eta ={\frac {P_{\mathrm {ak} }}{P_{\mathrm {e} }}}

\eta ={\frac {P_{\mathrm {ak} }}{P_{\mathrm {e} }}}

P _ak = abgegebene akustische Leistung

P _e = zugeführte elektrische Leistung

Die Definition des akustischen Wirkungsgrads stimmt mit der des akustischen Umsetzungsgrads überein.

In den Lautsprecherdaten wird nie der sehr niedrige Wirkungsgrad in Prozent angegeben, sondern der Kennschalldruckpegel in dB/W/m (bzw. dB/(W·m) ), der unrichtig mit „Wirkungsgrad“ bezeichnet wird. Der Wirkungsgrad liegt zwischen 0,002 und 0,02 – also nur zwischen 0,2 und 2 Prozent. Er kann in den Kennschalldruck umgerechnet werden:

{\text{Kennschalldruckpegel in dB}}=112+10\cdot \log _{10}({\text{Wirkungsgrad}})

{\text{Kennschalldruckpegel in dB}}=112+10\cdot \log _{10}({\text{Wirkungsgrad}})

{\text{Kennschalldruckpegel in dB}}=112+10\cdot \log _{10}({\text{Wirkungsgrad}})

Wirkungsgrad	in Prozent	Kennschalldruckpegel
0,05	5 %	99 dB
0,02	2 %	95 dB
0,01	1 %	92 dB
0,005	0,5 %	89 dB
0,002	0,2 %	85 dB

Siehe auch

Literatur

Adolf J. Schwab: Elektroenergiesysteme – Erzeugung, Transport, Übertragung und Verteilung elektrischer Energie. Springer Verlag, 2006, ISBN 3-540-29664-6 , S. 76.
Joachim Grehn, Joachim Krause: Metzler Physik . Schroedel Verlag, 1998, ISBN 3-507-10700-7 , S. 156–167.
Gerold Schneider, Irmingard Thannhausser: Physik . Trauner, Linz 1986, ISBN 3-85320-364-7 .

Weblinks

Wiktionary: Wirkungsgrad – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen

Einzelnachweise

↑ Herbert Oertel jr., Sebastian Ruck: Bioströmungsmechanik . 2. Auflage. Vieweg+Teubner Verlag / Springer Fachmedien, Wiesbaden 2012, ISBN 978-3-8348-1765-5 , 3.1.4 Energiebilanz.
↑ Günter Cerbe: Grundlagen der Gastechnik: Gasbeschaffung – Gasverteilung – Gasverwendung . Hanser Verlag, March 2008, ISBN 978-3-446-41352-8 , S. 114– (Abgerufen am 10 February 2013).
↑ Adolf J. Schwab: Elektroenergiesysteme . Erzeugung, Transport, Übertragung und Verteilung elektrischer Energie. Springer, 2009, S. 84–86 ( eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche [abgerufen am 4. Januar 2012]).
↑ Wassererwärmung im Haushalt
↑ Klaus Golenhofen: Basislehrbuch Physiologie: Lehrbuch, Kompendium, Fragen und Antworten. Elsevier, München, ISBN 978-3-437-42482-3 , S. 110

[Anm-13-1] Det er generelt ikke muligt at angive en effektivitet for nyttige variabler, der har en anden dimension end energi eller effekt. I tilfælde af lyskilder som f.eks. B. den nyttige variabel er lysstrømmen , som tager hensyn til det menneskelige øjes spektrale følsomhed . Parameteren for effektiviteten af en lyskilde er lysudbyttet (enhed: lumen pr. Watt ). Det er imidlertid muligt at specificere effektiviteten som forholdet mellem strålingseffekten i et "ideelt spektrum" og forbrugseffekten. Hvis du vælger et ideelt spektrum, der svarer til det sorte kropsspektrum i det synlige område mellem 400 og 700 nanometer og er nul uden for dette, resulterer dette i en effektivitet på omkring 5% for et sort kropsspektrum ved 2700 Kelvin (cirka standard glødelampe lampe 60 watt). På grund af de fuzzy grænser for det synlige spektrum til det infrarøde og ultraviolette område er en sådan definition imidlertid ikke entydig.
For eksempler på lyskilders effektivitet , se: Lysudbytte .
I Dietrich Pelte: Fremtiden for vores energiforsyning: En analyse fra et matematisk og videnskabeligt synspunkt . Springer DE, 26. november 2009, ISBN 978-3-8348-0989-6 , s. 32– (åbnet den 10. februar 2013). en glødelampe antages at være en sort krop med en temperatur på 2000 K. Dette resulterer i en effektivitet baseret på det synlige strålingsspektrum på 10%. En samlet effektivitet på 5% er givet på grund af yderligere varmetab gennem konvektion.

[2] For eksempler på lyskilders effektivitet , se: Lysudbytte .

[Anm-5-5] Når der tages højde for varmen, taler man oftere om udnyttelsesgraden . Effektiviteten til elproduktion er lavere, når der udvindes varme end uden varmeudvinding.

[Anm-12-6] Vindkraftværks effektivitet er begrænset af det faktum, at ifølge Betz lov kan maksimalt 59,3% af den mekaniske effekt i vinden omdannes til nytteværdi. Da forholdet mellem den leverede effekt til rotorakslen og den effekt, som strømningen mangler i kølvandet, er mellem 70 og 85% i en moderne vindmølle, beregnes den givne værdi ud fra 85% på 59,3%.

[Anm-7-7] Effektiviteten af næsten alle cykeldynamoer er omkring 20%, især effektive dynamoer med friktionshjul når 25-30%. Værdier på 65% kan kun opnås med alternative designs, såsom navdynamoer i det optimale hastighedsområde.

[Anm-16-8] Ifølge Siemens -webstedet (PDF): 'Med hensyn til aerodynamik er effektiviteten allerede 92%,' afslører Bernard Becker. 'To til tre procentpoint kan stadig være der.'

[Anm-6-9] Gas- og dampturbiner har en effektivitet på over 95%. I termiske kraftværker begrænser Carnot -cyklussen den samlede effektivitet til 35–60%. Derudover er der formning og linjetab op til slutbrugeren. Vandmøller har en hydraulisk effektivitet på over 95%, men den effektive effektivitet af en maskingruppe (reservoir -trykrørsturbinegenerator eller dæmningsturbinegenerator) er normalt 70 til maksimalt 87% på grund af mekanisk og elektromagnetisk friktion / varmetab.

[Anm-9-10] uden linietab

[Anm-8-11] I modsætning til scenehøjttalere er lydneutral gengivelse vigtigere end "høj" effektivitet med hjemmehøjttalere og studiomonitorer. I tilfælde af højttalere er den såkaldte "effektivitet" ofte angivet i dataene, hvilket slet ikke er. Det, du kan finde der, er det karakteristiske lydtryksniveau i dB / W / m - dB pr. Watt i en meters afstand eller bedre dB / (W * m) - som uvidende ofte omtales som effektivitet.

[Anm-10-12] Termoelementer bruges også til nogle formål til at levere nyttig energi.

[Anm-4-13] En gaskomfur opvarmer området. En elektrisk induktionskomfur opvarmer køkkengrejet målrettet med varmetab i induktionselektronikken. Dog tages der kun hensyn til effektiviteten på konverteringsstedet og ikke energitabet under elproduktion. Hvis dette tages i betragtning, er en gaskomfur mindst lige så effektiv som en elektrisk komfur - afhængigt af effektiviteten af kraftværket.

[Anm-3-14] Et lejrbål er brændstoffets brændværdi med høj effektivitet i varme (skelnen mellem fokal - og brændværdi ). Men kun en lille del af varmen opvarmer en gryde, der hænger over bålet. Det meste opvarmer den omgivende luft.

[Anm-1b-16] Lysreaktion , dvs. opsplitning af vand i protoner, elektroner og ilt.

[Anm-14-17] Minimum 0 skyldes, at musklerne også bruger energi under aktiviteter, hvor der ikke udføres noget arbejde (se holdearbejde ). Eksempel til illustration: et bord , i modsætning til en muskel, kan holde en tung genstand på plads uden behov for en energiforsyning.

[Anm-2-19] Effektivitet ved kuludvinding: Hvor mange tons brunkul eller hård kul skal du udvinde og omdanne til elektricitet til produktionsfaciliteterne for at kunne sælge et ton?

[Anm-1-20] Samlet effektivitet, dvs. inklusive den energi, der kræves for at tilvejebringe reaktionsmolekylerne.

[2] Herbert Oertel jr., Sebastian Ruck: Bioströmungsmechanik . 2. Auflage. Vieweg+Teubner Verlag / Springer Fachmedien, Wiesbaden 2012, ISBN 978-3-8348-1765-5 , 3.1.4 Energiebilanz.

[Cerbe2008-3] Günter Cerbe: Grundlagen der Gastechnik: Gasbeschaffung – Gasverteilung – Gasverwendung . Hanser Verlag, March 2008, ISBN 978-3-446-41352-8 , S. 114– (Abgerufen am 10 February 2013).

[4] Adolf J. Schwab: Elektroenergiesysteme . Erzeugung, Transport, Übertragung und Verteilung elektrischer Energie. Springer, 2009, S. 84–86 ( eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche [abgerufen am 4. Januar 2012]).

[15] Wassererwärmung im Haushalt

[18] Klaus Golenhofen: Basislehrbuch Physiologie: Lehrbuch, Kompendium, Fragen und Antworten. Elsevier, München, ISBN 978-3-437-42482-3 , S. 110

[note 1]

[1]

[2]

[3]

[note. 2]

[note 3]

[note 4]

[note 5]

[note 6]

[note 7]

[Bemærk. 8.]

[Bemærk. 9]

[Bemærk. 10]

[Bemærk. 11]

[4]

[note 12]

[note 13]

[5]

[note 14]

[note 15]