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能量 · 環境 · 熱與效率

熱泵與效能係數 COP

熱泵將外界熱量搬移至室內以供暖。即使送到暖房端的熱量大於輸入的功,仍符合能量守恆。

相關實驗:熱泵與效能係數 →
熱泵與效能係數
熱泵與效能係數實驗場景 →

意義與機制

供暖 COP 為送到高溫端的熱量 Qhot 除以消耗的功 W。傳遞的熱量也包含自外界吸收的 Qcold。

與電阻加熱不同,電阻加熱將電能轉化為熱能。而熱泵則將熱量從低溫區域轉移到高溫區域。這種熱量轉移需要外部功。

關係與條件

Qhot = W + Qcold, 且可逆加熱的 COP 為 Th/(Th−Tc)。 較大的溫度差在相同的可逆參考條件下,會導致 COP 降低。

計算溫度(以開爾文為單位),並區分製冷 COP 和制熱 COP。實際效能取決於製冷劑、換熱器、除霜以及輔助加熱。

觀察實驗中需要注意的事物

供暖熱量等於輸入電能與從外界搬運的熱量之和。即使效能係數大於 1,仍然遵守能量守恆。

該穩定加熱模型適用於可逆 COP 值高於電阻加熱基準值 1 的情況。 凍結、製冷劑、換熱器和輔助加熱均未包含在內。

關鍵關係與符號

COPrev = Th/(Th − Tc) · COP = 1 + f(COPrev − 1) · Qhot = W + Qcold

符號及公式中使用的單位
符號含義單位
COP熱能/工作輸入無單位
Qhot, Qcold供熱產生的熱量,以及外部吸收的熱量J

透過範例確認

與 500 W 的電能輸入和 1500 W 的加熱,外部產生的熱量是多少?

1000 W · 供暖熱量等於輸入電能與從外界搬運的熱量之和。即使效能係數大於 1,仍然遵守能量守恆。

常見誤解

  • COP 大於 1 並不表示憑空製造能量,也不表示能量轉換效率超過 100%。

透過實驗探索這個概念

參考文獻

OpenStax · 物理學:大學教材,第二卷 (英文版)