什麼是性能係數(COP)?
性能係數(COP,Coefficient of Performance)用來衡量熱泵、冰箱或冷氣機在搬運熱能時的效率,定義為「轉移的有用熱量」與「驅動它所需的功(電能或機械能)」之間的比值。由於這類設備是把熱「搬移」而非「製造」出來,COP 值通常會大於 1——例如 COP 為 3,代表每消耗 1 單位電力,就能輸送 3 單位的熱量。
如何使用本計算器
先選擇計算方式。採用能量法時,輸入搬運的熱量 \(Q\) 與輸入的功 \(W\)(兩者單位須一致,瓦特或焦耳),即可得到實際 \(\text{COP} = Q/W\)。採用卡諾法時,輸入冷源與熱源的溫度(以克耳文 K 為單位),即可算出該溫差下的理論最大 COP。再依需求選擇「製冷」或「製熱」,套用對應的卡諾公式。
公式說明
對於實際系統,$$\text{COP} = \frac{\text{Heat } Q}{\text{Work } W}$$至於理想的卡諾上限,製冷 COP 等於 $$\text{COP}_{\text{cool}} = \frac{T_c}{T_h - T_c}$$製熱 COP 則等於 $$\text{COP}_{\text{heat}} = \frac{T_h}{T_h - T_c}$$值得注意的是,製熱 COP 永遠比製冷 COP 多 1,因為排到熱端的熱量還包含了輸入的功。
實際範例
某台熱泵以 1000 W 的電力搬運 3000 W 的熱量,則 $$\text{COP} = 3000 \div 1000 = 3.0$$再看卡諾上限的例子:在製冷模式下,\(T_c = 275\ \text{K}\)、\(T_h = 300\ \text{K}\),$$\text{COP} = \frac{275}{300 - 275} = \frac{275}{25} = 11.0$$
常見問題
COP 越高越好嗎?是的。COP 越高,代表每消耗一單位能量就能搬運更多熱量,運轉成本也就越低。
卡諾公式為什麼要用克耳文(K)?因為卡諾關係式必須使用絕對溫度,若改用攝氏度數會算出錯誤的比值。將攝氏度加上 273.15 即可換算為克耳文。
COP 與 EER、SEER 有什麼關係?EER 與 SEER 是類似的能效指標;以每瓦 BTU/h 為單位時,\(\text{EER} \approx \text{COP} \times 3.412\)。