Pompa ciepła może dostarczyć kilka razy więcej ciepła niż zużywa energii elektrycznej
Stwierdzenie, że urządzenie może dostarczyć trzy lub cztery jednostki energii cieplnej, zużywając jedną jednostkę energii elektrycznej, brzmi jak perpetuum mobile. Pompa ciepła nie tworzy jednak brakującej energii. Energia elektryczna napędza sprężarkę, a większość dostarczanego do budynku ciepła pochodzi z powietrza, gruntu albo wody na zewnątrz. Dlatego współczynnik COP może być większy od 1 bez naruszania zasady zachowania energii. Wartość COP równa 3 oznacza w uproszczeniu, że na jednostkę energii elektrycznej przypadają trzy jednostki ciepła dostarczonego do budynku.
Transport zamiast produkcji
Grzejnik elektryczny przede wszystkim zamienia energię elektryczną na ciepło. Pompa ciepła wykorzystuje energię elektryczną głównie do napędzania obiegu, który przenosi dodatkową energię cieplną z chłodniejszego otoczenia do cieplejszego wnętrza.
Dlaczego COP może być większy od 1
Współczynnik wydajności COP porównuje ilość ciepła dostarczonego z energią potrzebną do napędu urządzenia. Ponieważ do bilansu wchodzi także ciepło pobrane z otoczenia, wartość ta może wynosić kilka jednostek.
Żadnego łamania praw fizyki
Bilans energii nadal się zgadza: ciepło oddane do domu jest sumą energii pobranej ze źródła zewnętrznego i energii dostarczonej do urządzenia. To właśnie dlatego pompy ciepła porównuje się inaczej niż urządzenia, które bezpośrednio zamieniają prąd na ciepło.
COP nie jest sprawnością w zwykłym sensie
Dla grzejnika oporowego intuicyjnie porównujemy energię cieplną otrzymaną z energią elektryczną dostarczoną do urządzenia. W pompie ciepła taki iloraz nazwany współczynnikiem COP może przekraczać 1, ponieważ urządzenie nie zamienia wyłącznie prądu w ciepło. Prąd napędza transport energii już obecnej w środowisku. Dlatego COP = 4 nie oznacza 400% sprawności w sensie łamania bilansu energii.
Dlaczego COP spada podczas mrozu
Pompa musi przenieść energię z chłodniejszego źródła do cieplejszego wnętrza. Im większa różnica temperatur między źródłem i odbiornikiem, tym większej pracy wymaga taki transport. Dlatego powietrzne pompy ciepła zwykle mają niższy COP przy bardzo niskiej temperaturze zewnętrznej niż podczas łagodnej pogody. Nowoczesne urządzenia nadal mogą pracować na mrozie, ale warunki pracy są trudniejsze.
Pompa gruntowa korzysta z innego źródła
Grunt na pewnej głębokości ma zwykle bardziej stabilną temperaturę niż powietrze zewnętrzne. Dzięki temu gruntowa pompa ciepła może pracować z mniejszymi wahaniami warunków źródła. Ceną jest bardziej złożona i kosztowna infrastruktura — odwierty lub wymiennik gruntowy. Fizyka cyklu pozostaje jednak ta sama: sprężarka umożliwia transport ciepła w kierunku przeciwnym do spontanicznego.
Ta sama maszyna może chłodzić
Odwracalny układ chłodniczy może latem przenosić ciepło z wnętrza budynku na zewnątrz, a zimą w przeciwnym kierunku. Właśnie dlatego wiele współczesnych klimatyzatorów jest jednocześnie pompami ciepła. Z punktu widzenia termodynamiki lodówka, klimatyzator i pompa ciepła są bliskimi krewnymi różniącymi się głównie tym, którą stronę wymiennika uznajemy za użyteczny efekt.
Ograniczenie idealnego porównania
COP zależy od punktu pracy i nie powinien być traktowany jako jedna stała liczba wpisana na zawsze do urządzenia. Zmienia się z temperaturą źródła, temperaturą zasilania instalacji, prędkością sprężarki, oblodzeniem wymiennika i innymi warunkami. Dlatego ocena systemu grzewczego często wykorzystuje współczynniki sezonowe, które uśredniają zachowanie przez dłuższy okres. Reklamowe porównanie pojedynczego COP bez informacji o warunkach może być mylące.
Dlaczego pompa ciepła nie jest perpetuum mobile
Jeśli do domu trafiają 4 kWh ciepła przy zużyciu 1 kWh energii elektrycznej, brakujące 3 kWh nie zostały stworzone. Zostały pobrane z powietrza, gruntu lub wody. Bilans obejmujący źródło zewnętrzne zawsze się zgadza. To prosty, ale ważny przykład różnicy między urządzeniem produkującym energię a urządzeniem przenoszącym ją z jednego miejsca do drugiego.