性能系數(shù)

　　性能系數(shù)（coefficientofperformance），簡稱COP或CoP，是產(chǎn)熱系統(tǒng)或制冷系統(tǒng)表示其能量轉(zhuǎn)移效果的無因次量，是所搬移熱量相對(duì)于其需要輸入功的比值。COP較高表示較省電，運(yùn)行需要的成本較低。COP類似效率，但效率不會(huì)超過1，而COP可以超過1。

　　若將輸入功直接轉(zhuǎn)換熱能（例如電熱器），COP為1。熱泵、冷凍或空調(diào)系統(tǒng)的COP一般會(huì)超過1，因?yàn)橄到y(tǒng)會(huì)從熱源中汲取額外的熱能。若是針對(duì)整個(gè)系統(tǒng)，COP的計(jì)算需要考慮所有耗能輔助設(shè)備的能量消耗。COP和運(yùn)作條件有高度的相關(guān)性，特別是熱庫及系統(tǒng)的絕對(duì)溫度以及相對(duì)溫度差，一般會(huì)用圖示方式表示，或是計(jì)算期望條件下的平均值。吸收式制冷冷凍機(jī)的COP會(huì)比蒸氣壓縮制冷要低，因吸收式制冷沒有用到壓縮，而是使用了由溫度造成的的蒸發(fā)、溶解或吸附反應(yīng)。

公式

　　性能系數(shù)的公式為：

　　{\displaystyle{\rm{COP}}={\frac{Q}{W}}}{\displaystyle{\rm{COP}}={\frac{Q}{W}}}

　　其中

• 　　{\displaystyleQ\}{\displaystyleQ\}是系統(tǒng)提供（或取出）的有用熱量

• 　　{\displaystyleW\}{\displaystyleW\}是系統(tǒng)需要外界提供的機(jī)械功

　　因此，產(chǎn)熱系統(tǒng)和制冷系統(tǒng)功能不同，其COP會(huì)有所不同。若關(guān)注的是機(jī)器冷凍的效果，COP是從冷源中取出熱相對(duì)輸入功的比值。若針對(duì)加熱系統(tǒng)，COP是從冷源中取出熱量加上輸入功，除以輸入功的結(jié)果：

　　{\displaystyle{\rm{COP}}_{\rm{heating}}={\frac{|Q_{H}|}{W}}={\frac{|Q_{C}|+W}{W}}}{\displaystyle{\rm{COP}}_{\rm{heating}}={\frac{|Q_{H}|}{W}}={\frac{|Q_{C}|+W}{W}}}

　　{\displaystyle{\rm{COP}}_{\rm{cooling}}={\frac{|Q_{C}|}{W}}}{\displaystyle{\rm{COP}}_{\rm{cooling}}={\frac{|Q_{C}|}{W}}}

　　其中

• 　　{\displaystyleQ_{C}\}{\displaystyleQ_{C}\}是從冷源取出的熱

• 　　{\displaystyleQ_{H}\}{\displaystyleQ_{H}\}是提供給熱源的熱

推導(dǎo)

　　根據(jù)熱力學(xué)第一定律，可以證明在可逆系統(tǒng)中，{\displaystyleQ_{H}=Q_{C}+W}{\displaystyleQ_{H}=Q_{C}+W}，及{\displaystyleW=Q_{H}-Q_{C}}{\displaystyleW=Q_{H}-Q_{C}}，其中{\displaystyleQ_{H}}{\displaystyleQ_{H}}是轉(zhuǎn)換到熱源（高溫端）的熱，{\displaystyleQ_{C}}{\displaystyleQ_{C}}是由冷源（低溫端）取得的熱

　　因此，替換其中的W，可得

　　{\displaystyle{\rm{COP}}_{\rm{heating}}={\frac{Q_{H}}{Q_{H}-Q_{C}}}}{\displaystyle{\rm{COP}}_{\rm{heating}}={\frac{Q_{H}}{Q_{H}-Q_{C}}}}

　　針對(duì)以理想效率（卡諾效率）運(yùn)作的熱泵，可以證明

　　{\displaystyle{\frac{Q_{H}}{T_{H}}}={\frac{Q_{C}}{T_{C}}}}{\displaystyle{\frac{Q_{H}}{T_{H}}}={\frac{Q_{C}}{T_{C}}}}及{\displaystyleQ_{C}={\frac{Q_{H}T_{C}}{T_{H}}}}{\displaystyleQ_{C}={\frac{Q_{H}T_{C}}{T_{H}}}}

　　其中{\displaystyleT_{H}}{\displaystyleT_{H}}和{\displaystyleT_{C}}{\displaystyleT_{C}}是高溫端和低溫端的熱力學(xué)溫度。

　　在理論效率下

　　{\displaystyle{\rm{COP}}_{\rm{heating}}={\frac{T_{H}}{T_{H}-T_{C}}}}{\displaystyle{\rm{COP}}_{\rm{heating}}={\frac{T_{H}}{T_{H}-T_{C}}}}

　　等于熱機(jī)理想效率的倒數(shù)，因?yàn)闊岜檬欠聪蜻\(yùn)作的熱機(jī)（可以參考熱效率#熱機(jī)的說明）。

　　注意熱泵的COP和其任務(wù)有關(guān)。釋放到高溫端的熱會(huì)比從低溫端吸的熱要多，相差的能量即為熱泵的輸入功，因此制熱熱泵的COP會(huì)比相同條件下，用來作制冷的熱泵COP要多1。

　　以理論效率運(yùn)轉(zhuǎn)的冰箱或冷氣，其COP為

　　{\displaystyle{\rm{COP}}_{\rm{cooling}}={\frac{Q_{C}}{Q_{H}-Q_{C}}}={\frac{T_{C}}{T_{H}-T_{C}}}}{\displaystyle{\rm{COP}}_{\rm{cooling}}={\frac{Q_{C}}{Q_{H}-Q_{C}}}={\frac{T_{C}}{T_{H}-T_{C}}}}

　　{\displaystyle{\rm{COP}}_{\rm{heating}}}{\displaystyle{\rm{COP}}_{\rm{heating}}}應(yīng)用在制熱熱泵上，{\displaystyle{\rm{COP}}_{\rm{cooling}}}{\displaystyle{\rm{COP}}_{\rm{cooling}}}應(yīng)用在冰箱或是冷氣上。實(shí)際系統(tǒng)中的值一定比理論值要低。歐洲地源熱泵的測試標(biāo)準(zhǔn)，高溫端溫度{\displaystyle{T_{H}}}{\displaystyle{T_{H}}}是35°C（95°F），低溫端溫度{\displaystyle{T_{C}}}{\displaystyle{T_{C}}}是0°C(32°F)。依照上述公式，理想COP（COP上限）會(huì)是7.8，最好的測試結(jié)果是4.5。若安裝一整季，再考慮水泵系統(tǒng)需要的能量，季節(jié)COP約為3.5，或略低一些。冷氣的COP是用{\displaystyle{T_{H}}}{\displaystyle{T_{H}}}為20°C（68°F）干球溫度，{\displaystyle{T_{C}}}{\displaystyle{T_{C}}}為7°C（44.6°F）計(jì)算。

舉例

　　若地源熱泵系統(tǒng)的{\displaystyle{\rm{COP}}_{\rm{heating}}}{\displaystyle{\rm{COP}}_{\rm{heating}}}為3.5，所轉(zhuǎn)移的熱能是消耗能量的3.5倍（每消耗1kWh的能量，可以在高溫端產(chǎn)生3.5kWh的熱能）。產(chǎn)生的熱包括從低溫端抽取的熱能，以及輸入能量的1kWh。因此低溫端抽取的熱能是2.5kWh，不是3.5kWh。

　　{\displaystyle{\rm{COP}}_{\rm{heating}}}{\displaystyle{\rm{COP}}_{\rm{heating}}}為3.5的熱泵，只要在單位能量的電費(fèi)成本在天然氣成本3.5倍以下的地區(qū)，其使用上的成本會(huì)比最有效率的天然氣暖爐更低。

　　{\displaystyle{\rm{COP}}_{\rm{cooling}}}{\displaystyle{\rm{COP}}_{\rm{cooling}}}為2.0的熱泵，每消耗一單位的能量，可以轉(zhuǎn)移二單位的熱能（冷氣每消耗1kWh，可以帶走2kWh的熱能）。

　　假設(shè)能量來源和運(yùn)作條件相同，COP較高的熱泵在使用時(shí)消耗的能量較少。建筑中熱泵對(duì)環(huán)境的整體影響和能源來源以及設(shè)備的COP有關(guān)。使用者的使用成本和能源的價(jià)格以及設(shè)備的COP（或效率）有關(guān)。有些地區(qū)同時(shí)提供二種能源（例如電力及天然氣）。高COP，但用電的熱泵可能無法取代相同發(fā)熱值的天然氣暖爐。

提升COP

　　根據(jù)COP公式，若在系統(tǒng)可運(yùn)作的前提下，減少{\displaystyleT_{hot}}{\displaystyleT_{hot}}與{\displaystyleT_{cold}}{\displaystyleT_{cold}}之間的溫度差，可以提高熱泵系統(tǒng)的COP。針對(duì)供熱系統(tǒng)，這表示

1. 　　降低出口溫度，由35°C（95°F）降到30°C（86°F），這需要在地板、墻壁或天花板中有供暖管路，或是在空氣供暖器中加入較多的水

2. 　　增加進(jìn)口溫度（例如用較大型的地源，或是用太陽能輔助的熱源庫）

　　準(zhǔn)確的確認(rèn)熱導(dǎo)率可以有更準(zhǔn)確的地環(huán)路（groundloop）orboreholesizing,，讓返回的溫度更高，系統(tǒng)也更有效率。

　　若是冷氣，可以用地下水代替空氣來提升COP，也可以用增加空氣流動(dòng)的方式來降低溫度差。在這兩種系統(tǒng)中，增加管徑及風(fēng)道寬度也可以減少噪音，也可以降低流體的速度，使雷諾數(shù)減低，紊流較輕微，揚(yáng)程損失較小，水泵（及排風(fēng)扇）的能耗也會(huì)比較小。也可以增加熱泵中，熱交換器的尺寸來調(diào)整相同壓縮機(jī)功率下，熱泵的效率，也可以減少壓縮機(jī)內(nèi)部的溫度差。不過熱泵若是要產(chǎn)生可直接使用的熱水，此方式可能就不適用。

　　吸收式制冷的COP可以用加入第二級(jí)或第三級(jí)系統(tǒng)來提升。二級(jí)或三級(jí)的吸收式制冷系統(tǒng)，其效果比一級(jí)要好，其COP可以超過1。需要較高的壓力以及較高溫的蒸氣，但每冷凍噸需要每小時(shí)十磅的蒸氣，相較之下還是比較少的。

考慮季節(jié)的性能系數(shù)

　　若要比較實(shí)際的評(píng)估一整年的能源效率，在產(chǎn)熱系統(tǒng)可以用季節(jié)化的性能系數(shù)或季節(jié)性能系數(shù)（seasonalcoefficientofperformance，SCOP）。空調(diào)多半會(huì)用季節(jié)能效比（SEER）。季節(jié)性能系數(shù)是新的研究方式，評(píng)估在實(shí)際應(yīng)用下的型能，若只使用性能系數(shù)評(píng)估，是比較舊的方式。季節(jié)性能系數(shù)可以評(píng)估在一整個(gè)需要冷卻或是供暖的季節(jié)中，熱泵運(yùn)作的效率。

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