Lämpötehokkuutta

Lämpötehokkuutta tarkoitetaan termodynaamista mittaria, joka kuvaa kuinka suuri osa syötetystä lämpöenergiasta muuntuu käyttökelpoiseksi työksi tai muuksi halutuksi lämmöksi tietyssä laitteessa tai prosessissa. Se on yleisimmin määritelty suhteessa energian hyödyntämiseen ja voi vaihdella laitteen tyypin mukaan.

Usein käytetty muoto lämpövoimakoneille on η = W_out / Q_in, jossa W_out on tuotettu työ ja Q_in on syötetty lämpöenergia (esimerkiksi polttoaineesta tai lämpöä vastaanottavasta polttopisteestä). Toisissa laitteissa, kuten lämmön jakelussa tai polttimissa, käytetään vastaavasti Q_out / E_in tai vastaavia versioita. Lämpötehokkuus ilmaisee, kuinka tehokkaasti energia käytetään, ja se esitetään usein prosentein.

Second law asettaa rajoituksen: lämpövoimakoneen maksimaalinen teoreettinen hyötysuhde on Carnot-efekti eli η ≤ 1 − T_C/T_H, missä T_H on kuuman lähteen lämpötila ja T_C kylmän lähteen lämpötila kelvinissä. Realistisissa järjestelmissä teoreettista maksimia ei saavuteta irreversibiliteettien vuoksi.

Käytännössä lämpötehokkuutta kuvataan useimmiten prosenttina. Erilaiset järjestelmät asettavat erilaisia arvoja: polttomoottorit voivat olla noin 25–35 %, nykyaikaiset yhdistettyjen voimantuotanto -jäähdytysjärjestelmät (CHP) saavuttavat usein korkeampaa kokonaistehokkuutta, ja suurissa voimalaitoksissa hyötysuhteet voivat olla noin 40–60 % tai enemmän, kun osuus energian hyödyntämisestä maksimoi.

Lämpötehokkuuden parantaminen sisältää esimerkiksi korkeammat käyttöpaineet ja lämpötilat, hyödyntämällä jäähdytysjynkää, ison vaikutuksen tehon palautukseen sekä jätetyn lämmön kierrättämiseen. Se on keskeinen tekijä energiatehokkuusstandardeissa ja ilmastovaikutusten hallinnassa. Huomioitavaa on, että effektiivisyys ei kerro energialähteen laatua tai ympäristövaikutuksia yksinomaan, jolloin exergian käsite voi tarjota täydellisemmän kuvan.