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

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

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

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

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.