อัตราส่วนประสิทธิภาพของพลังงานตามฤดูกาล

ประสิทธิภาพของเครื่องปรับอากาศมักถูกคิดเป็น อัตราส่วนประสิทธิภาพของพลังงานตามฤดูกาล (อังกฤษ: Seasonal energy efficiency ratio (SEER)) ซึ่งถูกกำหนดโดย 'สถาบันเครื่องปรับอากาศ, เครื่องทำความร้อน, และเครื่องทำความเย็น' ในมาตรฐาน AHRI 210/240 ปี 2008 ของมัน ชื่อว่า "การจัดอันดับความสามารถของเครื่องปรับอากาศและอุปกรณ์ปั๊มความร้อนที่ใช้แหล่งที่มาเป็นอากาศ". มาตรฐานที่คล้ายกันคืออัตราส่วนประสิทธิภาพการใช้พลังงานตามฤดูกาลของยุโรป (ESEER).

ค่า SEER ของแต่ละเครื่องหมายถึงค่าความเย็นที่ส่งออกมาในระหว่างฤดูกาลหนึ่งๆหารด้วยพลังงานไฟฟ้าทั้งหมดที่ใส่เข้าไปในช่วงเวลาเดียวกัน. SEER ยิ่งสูง, ประสิทธิภาพพลังงานก็ยิ่งดี. ในสหรัฐอเมริกา, SEER เป็นอัตราส่วนของความเย็นมีหน่วยเป็น British thermal unit (BTU) ต่อพลังงานที่บริโภคเข้าไปมีหน่วยเป็นวัตต์-ชั่วโมง. ค่าสัมประสิทธิ์ของการปฏิบัติงาน (อังกฤษ: coefficient of performance (COP)), เป็นการวัดประสิทธิภาพที่ไม่มีหน่วยและเป็นสากลมากกว่าซึ่งจะกล่าวถึงต่อไป.

ตัวอย่าง, พิจารณาเครื่องปรับอากาศขนาด 5,000 BTU ต่อชั่วโมง (1,500 วัตต์) ที่มี SEER = 10 BTU/W·h, ทำงานรวม 1,000 ชั่วโมงในช่วงฤดูร้อนประจำปี (เช่น 8 ชั่วโมงต่อวันเป็นเวลา 125 วัน)

ความเย็นส่งออกทั้งหมดประจำปีจะเป็น:

5000 BTU/h × 8 ชั่วโมง/วัน× 125 วัน/ปี = 5,000,000 BTU/ปี

ด้วย SEER=10 BTU/W·h, การใช้พลังงานไฟฟ้าประจำปีจะเท่ากับ:

5,000,000 BTU/ปี หารด้วย 10 BTU/W·h = 500,000 W·ชั่วโมง/ปี

การใช้พลังงานเฉลี่ยอาจจะถูกคำนวณขึ้นง่ายๆโดย:

พลังงานเฉลี่ย = (BTU/h)/(SEER) = 5000/10 = 500 W = 0.5 กิโลวัตต์

หากค่าไฟฟ้าของคุณคือ 5 บาทต่อหน่วย(1 หน่วย=กิโลวัตต์· h), ดังนั้น ค่าใช้จ่ายของคุณต่อชั่วโมงในการใช้งานคือ

0.5 กิโลวัตต์ชั่วโมง * 5 บาท/กิโลวัตต์·h = 2.50 บาท/ชั่วโมง

ความสัมพันธ์ของ SEER กับ EER และ COP

อัตราส่วนประสิทธิภาพพลังงาน (อังกฤษ: Energy Efficiency Ratio (EER)) ของอุปกรณ์ให้ความเย็นใดๆคืออัตราส่วนของ"การส่งออก" ของพลังงานความเย็น (หน่วยเป็นบีทียู) กับพลังงานไฟฟ้าที่"ใส่เข้าไป" (หน่วยเป็น วัตต์.ชม) ที่อุณหภูมิที่กำหนด. EER โดยทั่วไปถูกคำนวณโดยใช้อุณหภูมิภายนอกที่ 95 °F และอุณหภูมิภายใน (จริงๆแล้วเป็นอากาศที่ไหลย้อนกลับ)ที่ 80 °F และที่ความชื้นสัมพัทธ์ 50%.

SEER มีความสัมพันธ์กับค่าสัมประสิทธิ์ของการปฏิบัติงาน (COP) ที่ใช้กันทั่วไปในอุณหพลศาสตร์ (อังกฤษ: thermodynamics) ที่มีความแตกต่างหลักที่ว่า COP ของอุปกรณ์ให้ความเย็นเป็นแบบไม่มีหน่วย, เพราะเศษและส่วนจะแสดงในหน่วยเดียวกันและหักล้างกันเอง. SEER ใช้หน่วยผสม, ดังนั้นจึงไม่ได้มีความรู้สึกทางกายภาพในทันทีและสามารถหาได้จากการคูณ COP (หรือ EER) กับปัจจัยการแปลงจาก BTU/h ให้เป็นวัตต์: ดังนั้น

SEER = 3.41214 × COP (ดูBritish thermal unit)

SEER นอกจากนี้ยังเป็น COP (หรือ EER) ที่แสดงในรูปของ BTU/W·h อีกด้วย, แต่แทนที่จะถูกประเมินที่สภาวะการดำเนินงานเพียงจุดเดียว, มันแสดงความหมายถึงประสิทธิภาพที่คาดหวังโดยรวมสำหรับสภาวะอากาศของปีโดยทั่วไปในสถานที่ที่กำหนด. SEER จึงถูกคำนวณด้วยอุณหภูมิในร่มเดียวกัน, แต่ในช่วงของอุณหภูมิภายนอกจาก 65 °F (18 °C) ถึง 104 °F (40 °C), ด้วยร้อยละที่กำหนดแน่นอนของเวลาในแต่ละ 8 ถังกระจาย 5 °F (2.8 °C). ไม่มีค่าเผื่อสำหรับสภาพอากาศที่แตกต่างกันในความจุนี้, ซึ่งมีความตั้งใจเพื่อชี้ให้เห็นว่า EER ถูกกระทบได้อย่างไรโดยช่วงของอุณหภูมิภายนอกตลอดฤดูการให้ความเย็น.

EER ทั่วไปสำหรับเครื่องทำความเย็นกลางสำหรับที่อยู่อาศัย = 0.875 × SEER. SEER จะมีค่าสูงกว่า EER สำหรับอุปกรณ์เดียวกัน.

วิธีการรายละเอียดเพิ่มเติมสำหรับการแปลง SEER ให้เป็น EER ใช้สูตรนี้:

EER = -0.02 × SEER² + 1.12 × SEER. โปรดทราบว่าวิธีการนี้จะใช้สำหรับการสร้างแบบจำลองที่เป็น benchmark เท่านั้นและไม่เหมาะสมสำหรับสภาพภูมิอากาศทั้งหมด.

SEER = 13 จะอยู่ที่ประมาณเทียบเท่ากับ EER = 11 และ COP = 3.2, ซึ่งหมายความว่า 3.2 หน่วยของความร้อนจะถูกย้ายออกจากภายในบ้านต่อหนึ่งหน่วยของพลังงานที่ใช้ในการเปิดใช้เครื่องปรับอากาศ.

ค่าสูงสุดตามทฤษฎี

SEER และ EER ของเครื่องปรับอากาศเครื่องหนึ่งจะถูกจำกัดโดยกฎของอุณหพลศาสตร์. กระบวนการทำความเย็นที่มีประสิทธิภาพสูงสุดเท่าที่เป็นไปได้คือ Carnot cycle. COP ของเครื่องปรับอากาศที่ใช้ Carnot cycle คือ

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

เมื่อ ${\displaystyle T_{C}}$  คืออุณหภูมิในห้องและ ${\displaystyle T_{H}}$  คืออุณหภูมินอกห้อง. อุณหภูมิทั้งสองจะต้องได้รับการวัดโดยใช้ระดับอุณหภูมิของอุณหพลศาสตร์ที่มีพื้นฐานที่ศูนย์สัมบูรณ์เช่นอุณหภูมิเป็น Kelvin หรือ Rankine. EER จะคำนวณได้จากการคูณ COP ด้วย 3.412 BTU/W⋅h ตามที่ได้อธิบายไว้ข้างต้น:

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

สมมติว่าอุณหภูมินอกห้อง = 95 °F (35 °C) และอุณหภูมิในห้อง = 80 °F (27 °C), สมการข้างต้นจะให้ (เมื่ออุณหภูมิถูกแปลงเป็นเคลวินหรือแรนกิ้น) COP = 36, หรือ EER = 120. ตัวเลขนี้จะเป็นประสิทธิภาพมากขึ้นประมาณ 10 เท่ามากกว่าเครื่องปรับอากาศที่ใช้ในบ้านทั่วไปที่มีอยู่ในปัจจุบัน.

EER ที่สูงสุดจะลดลงเมื่อความแตกต่างระหว่างอุณหภูมิของอากาศภายในและภายนอกเพิ่มขึ้นและในทางกลับกัน. ในอากาศแบบทะเลทรายที่อุณหภูมิภายนอกคือ 120 °F (49 °C), COP สูงสุดจะตกลงมาถึง 13 หรือ EER ที่ 46 (สำหรับอุณหภูมิในร่ม 80 °F (27 °C)).

SEER สูงสุดสามารถคำนวณได้โดยการเฉลี่ยค่าสูงสุดของ EER ในช่วงอุณหภูมิที่คาดไว้ตลอดฤดูกาล.

อ้างอิง

1. "ANSI/AHRI 210/240-2008: 2008 Standard for Performance Rating of Unitary Air-Conditioning & Air-Source Heat Pump Equipment" (PDF). Air Conditioning, Heating and Refrigeration Institute. 2008.
2. "ค่าไฟฟ้า ประเภทที่ 1 บ้านอยู่อาศัย". กฟน. 2014.
3. "ANSI/AHRI 210/240-2008: 2008 Standard for Performance Rating of Unitary Air-Conditioning & Air-Source Heat Pump Equipment". Air Conditioning, Heating and Refrigeration Institute. 2008.
4. "U.S. DOE Building America House Simulation Protocols, Revised October 2010" (PDF). 2010.
5. "U.S. DOE Building America House Simulation Protocols, Revised October 2010". 2010.