Máy tính hệ số hiệu suất COP (Coefficient of Performance)

Nhập phép tính

Phương pháp tính Energy (Q ÷ W) Carnot (temperatures)

Chế độ Cooling Heating

Nhiệt di chuyển Q (W hoặc J)

Công đầu vào W (W hoặc J)

Nguồn lạnh Tc (K)

Nguồn nóng Th (K)

Kết quả

Hệ số hiệu suất (COP)

3

không thứ nguyên (COP)

Phương pháp	Năng lượng (Q ÷ W)
Chế độ	Làm lạnh

Hệ số hiệu suất COP là gì?

Hệ số hiệu suất COP (Coefficient of Performance) cho biết một bơm nhiệt, tủ lạnh hay máy điều hòa di chuyển nhiệt năng hiệu quả đến mức nào. Đây là tỷ số giữa lượng nhiệt hữu ích được truyền và công (năng lượng điện hoặc cơ học) cần bỏ ra để di chuyển lượng nhiệt đó. Vì các thiết bị này chỉ di chuyển nhiệt chứ không tạo ra nhiệt, nên giá trị COP thường lớn hơn 1 — COP bằng 3 nghĩa là cứ mỗi đơn vị điện tiêu thụ thì có ba đơn vị nhiệt được vận chuyển.

Bơm nhiệt chuyển nhiệt Q từ nguồn lạnh sang nguồn nóng nhờ công đầu vào W.

Cách sử dụng máy tính

Trước tiên hãy chọn phương pháp tính. Với phương pháp Năng lượng, bạn nhập lượng nhiệt được di chuyển Q và công đầu vào W (cùng đơn vị, watt hoặc joule) để có COP thực tế \(= Q/W\). Với phương pháp Carnot, bạn nhập nhiệt độ nguồn lạnh và nguồn nóng theo Kelvin để tìm COP lý thuyết tối đa ứng với khoảng chênh nhiệt đó. Hãy chọn chế độ Làm lạnh hoặc Sưởi ấm để dùng đúng công thức Carnot tương ứng.

Giải thích công thức

Với hệ thống thực tế, COP = Q ÷ W:

$$\text{COP} = \frac{\text{Heat } Q}{\text{Work } W}$$

Với giới hạn Carnot lý tưởng, COP làm lạnh bằng \(T_c\) ÷ (\(T_h - T_c\)) và COP sưởi ấm bằng \(T_h\) ÷ (\(T_h - T_c\)):

$$\text{COP}_{\text{cool}} = \frac{\text{Cold } T_c}{\text{Hot } T_h - \text{Cold } T_c}$$$$\text{COP}_{\text{heat}} = \frac{\text{Hot } T_h}{\text{Hot } T_h - \text{Cold } T_c}$$

Lưu ý rằng COP sưởi ấm luôn lớn hơn COP làm lạnh đúng 1 đơn vị, bởi lượng nhiệt thải ra phía nóng đã bao gồm cả công đầu vào.

Hệ số COP Carnot lý tưởng chỉ phụ thuộc vào hai nhiệt độ nguồn Tc và Th.

Ví dụ minh họa

Một bơm nhiệt di chuyển 3000 W nhiệt và tiêu thụ 1000 W điện.

$$\text{COP} = 3000 \div 1000 = 3{,}0$$

Với giới hạn Carnot khi \(T_c = 275\ \text{K}\) và \(T_h = 300\ \text{K}\) ở chế độ làm lạnh:

$$\text{COP} = \frac{275}{300 - 275} = \frac{275}{25} = 11{,}0$$

Câu hỏi thường gặp

COP càng cao có tốt hơn không? Có — COP càng cao nghĩa là di chuyển được càng nhiều nhiệt trên mỗi đơn vị năng lượng tiêu thụ, nhờ đó chi phí vận hành thấp hơn.

Tại sao công thức Carnot phải dùng đơn vị Kelvin? Quan hệ Carnot đòi hỏi nhiệt độ tuyệt đối; dùng độ C sẽ cho tỷ số sai. Cộng thêm 273,15 để đổi từ °C sang K.

COP liên hệ thế nào với EER và SEER? EER và SEER là các chỉ số hiệu suất tương tự; \(\text{EER} \approx \text{COP} \times 3{,}412\) khi tính theo BTU/h trên mỗi watt.