계절 에너지 효율비

Seasonal energy efficiency ratio
"SEER"가 여기로 리디렉션됨. 다른 용도는 Seer(동음이의)를 참조하십시오.
이 기사는 SEER에 대한 미국의 정의에 관한 것이다. 유럽 정의에 대해서는 유럽 계절 에너지 효율 비율을 참조하십시오.

에어컨의 효율성은 종종 2008년 표준 AHRI 210/240에서 에어컨, 난방, 냉동 연구소가 정의한 계절 에너지 효율비(SEER)[1]로 평가된다. 유사한 표준은 유럽 계절 에너지 효율비(ESEER)이다.

장치의 SEER 정격은 일반적인 냉각 시즌 동안의 냉각 출력을 같은 기간 동안의 총 전기 에너지 입력으로 나눈 값이다. 장치의 SEER 등급이 높을수록 에너지 효율이 높다. 미국에서 SEER는 와트시간에서 소비되는 에너지에 대한 영국 열단위(BTU)의 냉각 비율이다. 보다 보편적인 단위 없는 효율 측정인 성능 계수(COP)는 다음 절에서 논한다.

예

예를 들어 SEER가 10 BTU/(W/h)인 5000 BTU/h(1465 와트 냉각 용량) 에어컨을 연간 냉각 기간 동안 총 1000시간 동안 작동한다고 가정합시다(예: 125일 동안 매일 8시간).

연간 총 냉각 출력은 다음과 같다.

5000 BTU/h × 8 h/day × 125일/년 = 500,000 BTU/년

SEER가 10 BTU/(W/h)일 경우 연간 전기 에너지 사용량은 다음과 같다.

500만 BTU/년 ÷ 10 BTU/(W·h) = 50만 W·h/년

또한 평균 전력 사용량은 다음과 같이 더 단순하게 계산할 수 있다.

평균 전력 = (BTU/h) ÷ (SEER) = 5000 ÷ 10 = 500 W = 0.5 kW

전기 요금이 $0.20/(kW/h)인 경우, 운영 시간당 비용은 다음과 같다.

0.5 kW × $0.20/(kW·h) = $0.10/h

SEER와 EER 및 COP의 관계

특정 냉각 장치의 에너지 효율비(EER)는 주어진 작동 지점에서 입력 전기 에너지(와트시간)에 대한 출력 냉각 에너지(BTU)의 비율이다. EER은 일반적으로 외부 온도 95°F(35°C) 및 내부(실제 귀환 공기) 온도 80°F(27°C) 및 상대 습도 50%를 사용하여 계산한다.

EER은 열역학에서 일반적으로 사용되는 성능계수(COP)와 관련이 있는데, 1차적 차이는 분자와 분모가 동일한 단위로 표현되기 때문에 냉각장치의 COP가 단위가 없다는 것이다. EER은 혼합 단위를 사용하기 때문에 즉각적인 물리적 감각을 갖지 않으며 COP(또는 EER)에 BTU에서 와트시간으로의 변환 계수를 곱하여 얻는다: EER = 3.41214 × COP(영국 열 단위 참조).

계절 에너지 효율비(SEER)도 BTU/Watt-hour로 표현되는 COP(또는 EER)이지만, 단일 운영 조건에서 평가되는 대신 특정 위치에서 일반적인 일년의 날씨에 대해 예상되는 전반적인 성능을 나타낸다. 따라서 SEER는 동일한 실내 온도로 계산되지만 외부 온도의 범위는 65 °F(18 °C)에서 104 °F(40 °C)까지이며, 5 °F(2.8 °C)에 걸쳐 있는 8개의 빈 각각에서 특정 시간 백분율이 지정된다. 이 등급에는 다른 기후에 대한 허용 한도가 없으며, 이는 냉각 기간 동안 다양한 외부 온도에 의해 EER이 어떻게 영향을 받는지 표시하기 위한 것이다.

주거용 중앙 냉각 장치의 일반적인 EER = 0.875 × SEER. SEER는 동일한 장비에 대한 EER보다 높은 값이다.[1]

SEER를 EER로 변환하는 보다 자세한 방법은 다음 공식을 사용한다.

EER = -0.02 × SEER² + 1.12 × SEER[2] 참고 이 방법은 벤치마크 모델링에만 사용되며 모든 기후 조건에 적합하지 않다.[2]

13의 SEER는 대략 11의 EER와 3.2의 COP에 상당하며, 이는 에어컨 작동에 사용되는 에너지 단위당 실내에서 3.2 단위의 열이 제거된다는 것을 의미한다.

이론 최대값

에어컨의 SEER와 EER는 열역학 법칙에 의해 제한된다. 최대한의 효율을 가진 냉동과정은 Carnot 사이클이다. Carnot 사이클을 사용하는 에어컨의 COP는 다음과 같다.

여기서 는 실내 온도와 이다.은 실외 온도다. 두 온도 모두 켈빈 또는 랭킨과 같은 절대 0에 기초한 열역학적 온도 눈금을 사용하여 측정해야 한다. EER는 COP에 위에서 설명한 바와 같이 3.412 BTU/Whh를 곱하여 계산한다.

옥외 온도가 95°F(35°C)이고 실내 온도가 80°F(27°C)라고 가정할 때 위의 방정식은 COP 36 또는 EER 120을 제공한다. 이것은 오늘날 이용 가능한 일반적인 가정용 에어컨보다 약 10배 더 효율적이다.

최대 EER은 내부와 외부 공기 온도 차이가 증가함에 따라 감소하며, 그 반대의 경우도 감소한다. 실외 온도가 120 °F(49 °C)인 사막 기후에서 최대 COP는 13 또는 EER 46(실내 온도가 80 °F(27 °C)인 경우)으로 떨어진다.

최대 SEER는 계절에 예상되는 온도 범위에서 최대 EER를 평균하여 계산할 수 있다.

미국 정부 SEER 표준

SEER 등급은 계절적 기준으로 전체 시스템 효율을 반영하고 EER은 특정 작동 조건에서 시스템의 에너지 효율을 반영한다. 두 등급 모두 제품을 선택할 때 유용하지만, 비교를 위해 동일한 등급을 사용해야 한다.

더 효율적인 시스템에서 상당한 에너지 절약 효과를 얻을 수 있다. 예를 들어 SEER 9에서 SEER 13으로 업그레이드하면 전력 소비량이 30%(1 - 9/13과 동일) 감소한다.

아직 기능적이고 유지관리가 잘 돼 있는 기존 단위가 화폐의 시간가치를 고려할 때 선제적으로 대체하기보다는 기존 단위를 유지하는 것이 가장 비용효과적일 수 있다. 그러나 에어컨의 효율은 시간이 지날수록 크게 저하될 수 있다.[3]

그러나 장비를 교체하거나 새로운 설비를 지정할 때 다양한 SEER를 사용할 수 있다. 대부분의 애플리케이션의 경우 최소 또는 최소에 가까운 SEER 단위가 가장 비용 효율적이지만 냉각기가 길수록 전기 비용이 더 많이 들고 구매자가 시스템을 더 오래 소유하게 될수록 SEER 단위가 점점 더 높은 것이 정당화된다. 현재 SEER 20 이상의 주거용 분할 시스템 AC 장치를 사용할 수 있다. 높은 SEER 유닛은 일반적으로 더 큰 코일과 여러 개의 압축기를 가지고 있으며, 일부 유닛은 가변적인 냉매 흐름과 가변적인 공급 공기 흐름을 가지고 있다.

1992

1987년 1992년에 발효된 법률은 최소 10의 SEER 등급을 요구하는 법안을 통과시켰다.[4] 미국에서는 노후화, 기존 유닛이 새롭고 고효율 유닛으로 대체되고 있기 때문에 SEER 9 이하 등급의 시스템을 보는 것은 드문 일이다.

2006

2006년 1월부터 최소 SEER 13이 요구되었다.[5] 미국은 2005년 이후 제조된 주거용 시스템의 최소 SEER 등급이 13이라고 요구한다. 에너지 스타 자격을 갖춘 중앙 에어컨은 최소한 14.5의 SEER를 가져야 한다. 창구 단위는 이 법률에서 면제되어 있어 SEER는 아직 10명 안팎이다.

2015

2011년 미국 에너지부(DOE)는 주거용 HVAC 시스템에 대해 증가된 최소 표준과 지역 표준을 부과하기 위해 에너지 절약 규칙을 개정하였다.[6] 지역적 접근방식은 지역적 기후 차이로 인한 비용 최적화의 차이를 인식한다. 예를 들어, 미국 북동부 주 메인 주에 SEER 에어컨 유닛이 매우 높은 경우 비용 편익이 거의 없다.

2015년 1월 1일부터 미국 남동부 지역에 설치된 분할식 중앙 에어컨은 적어도 14 SEER여야 한다. 남동부 지역에는 앨라배마, 아칸소, 델라웨어, 플로리다, 조지아, 하와이, 켄터키, 루이지애나, 메릴랜드, 미시시피, 노스캐롤라이나, 오클라호마, 사우스캐롤라이나, 테네시, 텍사스, 버지니아 등이 포함된다. 마찬가지로 서남부 지역에 설치된 분할식 중앙 에어컨은 2015년 1월 1일부터 최소 14 SEER 및 12.2 EER여야 한다. 남서부는 애리조나, 캘리포니아, 네바다, 뉴멕시코로 구성되어 있다. 남동부와 남서부를 제외한 다른 모든 주에 설치된 분할식 중앙 에어컨은 현재 국가 요구 조건인 최소 13 SEER가 되어야 한다.[6]

지난 10년 동안 효율적 기술에 있어 많은 새로운 진보가 있었으며, 이는 미국 에너지부가 정한 최소치 이상을 유지하기 위해 제조업체들이 SEER 등급을 극적으로 올릴 수 있게 했다.[citation needed]

에어컨의 연간 전기 에너지 비용 계산

전력은 보통 킬로와트(kW) 단위로 측정된다. 전기 에너지는 보통 킬로와트시(kW·h) 단위로 측정된다. 예를 들어 1.5kW의 전력을 끌어들이는 전기부하를 8시간 동안 가동하면 12kW·h의 전기에너지를 사용한다. 미국에서는 주거용 전기 소비자에게 사용되는 전기 에너지의 양을 기준으로 요금이 부과된다. 고객 청구서에 전기 유틸리티는 고객이 마지막 청구서 이후 사용한 전기 에너지 양(kW·h)과 킬로와트 시간당 에너지 비용(kW·h)을 킬로와트 시간(kW·h)으로 명시한다.

에어컨 크기는 흔히 냉각의 "톤"으로 제공되는데, 여기서 1톤의 냉각은 12,000 BTU/h(3.5 kW)이다. 1톤의 냉각은 1톤의 얼음을 녹이기 위해 24시간 동안 연속적으로 가해야 하는 전력량과 같다.

에어컨이 소비하는 연간 전기에너지 비용은 다음 각 호와 같이 계산할 수 있다.

(비용, 연 1달러) = (단위 크기, BTU/h) × (연간 시간, h) × (에너지 비용, $/kW/h) ÷ (SEER, BTU/W/h) ÷ (1000, W/kW)

예 1:

SEER 등급이 10인 7만2000 BTU/h(21kW)(6t)인 냉방 장치는 킬로와트시(kW·h)당 0.12달러의 전기 에너지 비용으로 연간 1000시간 가동된다. 그것이 사용하는 전기 에너지의 연간 비용은 얼마인가?

(72,000 BTU/h) × (1000 h/년) × (0.12/kW/h) ÷ (10 BTU/W/h) ÷ (1000 W/kW) = 연 $860/$

예 2.

시카고 인근 주택에는 냉방용량 4t, SEER 등급 10의 에어컨이 있다. 이 단위는 1일 8시간(연간 960시간) 동안 매년 120일 동안 운영되며, 전기 에너지 비용은 킬로와트시당 0.10달러다. 전기 에너지 측면에서 연간 운영 비용은 얼마인가? 첫째, 우리는 수 톤의 냉각을 BTU/h로 변환한다.

(4ton) × (12,000 (BTU/h)/ton) = 48,000 BTU/h.

전기 에너지의 연간 비용은 다음과 같다.

(48,000 BTU/h) × (960 h/년) × (0.10/kW/h) ÷ (10 BTU/W/h) ÷ (1000 W/kW) = 연간 460달러

최대 SEER 등급

오늘날에는 SEER 등급이 최대 42등급인 미니 스플릿(덕트리스) 에어컨이 있다.[7][8] 미쓰비시는 2014년 AHR 엑스포에서 SEER 등급 30.5의 미니 스플릿 덕트리스 AC 유닛을 새로 선보였고,[9] 그리도 2015년 30.5 SEER 등급 미니 스플릿을 출시했다.[10] 캐리어사는 미국 라스베이거스에서 열린 2018 소비자 전자쇼(CES) 기간 중 42개의 SEER 덕트리스 에어컨을 출시했다.[11] 덕트가 있는 기존의 AC 시스템은 이 수준보다 약간 낮은 최대 SEER 등급을 가진다. 또한 실질적으로 중앙 시스템은 덕트 관련 손실로 인해 명판 등급보다 10-20% 낮은 에너지 효율 비율을 달성할 것이다.

또한 SEER 등급이 최대 75인 지상원 주거용 AC 장치가 있다.[12] 그러나, 지열원 열펌프의 유효 효율은 지열원 또는 사용된 수원의 온도에 의존한다. 더운 기후는 추운 기후보다 지표수나 지표수 온도가 훨씬 높기 때문에 그러한 효율을 달성할 수 없을 것이다. 더욱이 지상 열펌프의 ARI 정격 체계는 그들이 정격에서 요구되는 펌프 출력을 크게 무시할 수 있게 하여 달성 가능한 SEER 값은 종종 가장 높은 효율의 공기 소스 장비(특히 공기 냉각용)보다 실질적으로 더 낮다. 조만간 SEER와 EER 등급이 더 오를 수 있는 다양한 기술이 있다.[13] 이들 기술 중 일부는 로터리 압축기, 인버터, DC 브러시리스 모터, 가변속 드라이브 및 통합 시스템을 포함한다.[13]

열펌프

냉동사이클은 열펌프로 작동하여 실외에서 온열 주택으로 열을 이동시킬 수 있다. 냉각 모드에 대한 SEER 등급이 더 높은 열펌프는 HSPF를 사용하여 정격인 난방 모드에서도 더 효율적이다. 가열 모드에서 작동할 때 열 펌프는 일반적으로 전기 저항 히터보다 효율적이다. 스페이스 히터는 입력된 전기 에너지만을 직접 열 에너지로 변환할 수 있고, 열 펌프도 실외에서 열을 전달하기 때문이다. 가열 모드에서 성능 계수는 장치가 사용하는 에너지에 대해 제공되는 열의 비율이다. 입력 전기의 100%를 출력 열로 변환하는 이상적인 저항 히터는 COP = 1, 3.4 EER와 동등한 COP = 1, 열 펌프는 외부 온도가 감소함에 따라 효율성이 떨어지고, 그 성능이 저항 히터에 필적할 수 있다. 최소 13 SEER 냉각 효율이 있는 열 펌프의 경우 일반적으로 -10°F(-23°C) 미만이다.[14]

온도가 낮을 경우 열펌프가 저항히터의 효율보다 낮게 작동하게 될 수 있으므로 기존 열펌프에는 냉각 사이클의 저효율 작동을 방지하기 위해 히터 코일이나 LP 또는 천연가스의 보조 난방이 포함되는 경우가 많다. "저온 기후" 열 펌프는 0°F(-18°C) 미만의 효율을 최적화하도록 설계되었다. 추운 기후의 경우, 물이나 지열원 열펌프가 가장 효율적인 해결책이다. 그들은 여름과 겨울의 온도 차이를 낮추고 일년 내내 성능을 향상시키기 위해 지하수나 큰 매설 루프의 물의 비교적 일정한 온도를 사용한다. 여름에는 열펌프 사이클이 역전되어 에어컨 역할을 한다.

참고 항목

참조

  1. ^ a b "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. ^ a b "U.S. DOE Building America House Simulation Protocols, Revised October 2010" (PDF). 2010.
  3. ^ 주거용 중앙 에어컨 및 열펌프를 위한 미국 에너지부 프레임워크 공개 회의(2008년 6월 12일) 35–36 (변환) [1].
  4. ^ "Fact Sheet Air Conditioner Efficiency Standards: SEER 13 vs. SEER 12 White Papers EESI".
  5. ^ "Mike's Heating and Air Conditioning, "13 SEER Mandate"". Archived from the original on June 16, 2006.
  6. ^ a b "DOE Finalizes New Energy Conservation Standards for Residential HVAC Appliances". October 26, 2011. Retrieved May 22, 2014.
  7. ^ "Carrier Launches the Most Efficient Air Conditioner You Can Buy in America". Carrier (in American English). Retrieved June 12, 2019.
  8. ^ "9,000 BTU 42 SEER Carrier Single Zone Heat Pump System - 230 Volt - High Wall". HVACDirect.com. Retrieved June 12, 2019.
  9. ^ "Most Energy-efficient Ductless Model on Market Provides Significant Heating Capacity in Extreme Cold Climates". February 4, 2014.>
  10. ^ "GREE Crown Mini Split". March 20, 2015.>
  11. ^ "Carrier Launches the Most Efficient Air Conditioner You Can Buy in America".
  12. ^ "Inverter Smart Source Unit Just Released up to 62.5 EER that's up to 75 SEER". 2012.
  13. ^ a b "How High Will SEER Go?". 2006.
  14. ^ Goodman GSH13 제품 사양

외부 링크