КПД, основанные на энергетическом балансе.

Они строятся на основе первого закона термодинамики. Рассмотрим наиболее распространенные технические системы.

Тепловая установка (прямой цикл):

Эффект, даваемый этой  системой - это электрическая или механическая работа, следовательно, Аэ = L.

Затраты определяются  количеством тепла, подводимым к системе, Аз = Q’.

                                  ; - термический КПД

 характеризует количество работы, которое может быть получено из данного теплового потока. В  качестве потерь рассматривается тепло, отдаваемое окружающей среде: Q"=Q′ - L , откуда следует:

                                 ;             ηт   < 1   

Холодильная установка (обратный цикл при   T<T0 )

Получаемый эффект  - тепловой поток, подводимый к системе и отводимый от охлаждаемого объекта при низкой температуре, следовательно Аэ =  Q′. Затраты определяются электрической или механической работой, следовательно, Аз = L′.

    КПД холодильной установки должен иметь вид:

                                                 ;

Q", рассматриваемая  как потеря, Q" =  Q′ + L, больше чем Q′. . В зависимости от того, на сколько Q" > Q′, эффект, получаемый от холодильной установки может быть большим,  чем затраты,  а потери всегда больше, чем получаемый эффект. Результат противоречит представлению о КПД.

Представлению о КПД противоречит так же тот факт, что в числителе и знаменателе  оба потока являются подведенными.

В связи с этим обычно называют не КПД, а холодильным коэффициентом, и обозначают буквой ε.

Подчеркивается, что холодильный коэффициент не является КПД.

Если действие холодильной машины обеспечивается не за счет работы, а подводимым теплом Q (абсорбционная холодильная машина), то величина  будет определятся отношением

                                                 ,

которое так же может быть больше единицы. Этот коэффициент называется тепловым коэффициентом, обозначается через букву  ζ и тоже  не является КПД.

Теплонаносная установка (обратный цикл Карно при Т>T0 )

Применительно к этой системе в отличие от холодильной установки Аэ характеризуется не подводимым к ней тепловым потоком Q′, а отводимым - Q", поэтому

                                                ,

но при этом Q" = L + Q′ и , что противоречит представлению о КПД.

Поэтому  называют не КПД, а коэффициентом преобразования и обозначают μ.

Если теплонаносная установка имеет тепловой привод, тогда               ζ = Q″   /  Q ′           - коэффициент преобразования.

Т.о. видно, что создать единую систему КПД на основе энергетического баланса не возможно. Это не значит, что ε, ξ, μ не нужны – они имеют практическое значение, достаточно широко используются в технике, но трактовать их как КПД нельзя.

         Коэффициенты, основанные на энергетическом балансе, могут быть использованы для вычисления КПД косвенным путём посредством сравнения с коэффициентами идеальных циклов для тех же условий. Однако такое вычисление КПД требует в каждом случае построения идеальной модели системы и определения её коэффициента, что далеко не всегда можно легко сделать.