東京工科大学　工学部　応用化学科　ブログ

　以前こちらの記事（「COP」と言えば、何でしょう？）でヒートポンプの成績係数、すなわちCOPという言葉を紹介しました。COPは実は熱力学的な限界があることを冷房のCOPを例にとって紹介したのですが、今回は暖房について考えてみましょう。

　昔は「クーラー」と言ったものですが、最近は「エアコン」と呼ばれます。「クーラー」は部屋をクールにするもの、という意味なので、部屋のうちから外へ熱を運び出すヒートポンプの意味が強いですね。それに比べると「エアコン」は空気(エア)の状態(コンディション)を整えるもの、というより普遍的な意味があるのでしょう。クーラーとの大きな違いは暖房にも使えるところ。クーラーのヒートポンプを逆回転させてヒーターとしても用いるわけです。

　エアコンはクーラーの逆？ならヒートポンプの逆で熱機関では？いえいえ、夏と冬で部屋の内外の温度が逆転します。冬場は外が寒く、室内は暖かい。温度の低い外から熱を集めて温度の高い室内へ移動させるわけですね。

　さて、冷房の場合と同じくカルノー効率（理想効率）から到達可能なCOPを求めてみましょう。

　室温が Ti 、室外の温度が To だとすると、夏と冬とで大小関係は逆転。  Ti ＞ To となります。供給電力を W 、熱としては室外から吸収した熱室内の吸い上げた熱 Qo と室内に運び込んだ熱 Qi とがあります。部屋への熱の出入りを基準にCOPを定義すれは Qi/W がCOPになり、これは冷房の時と同じです。

　熱の流れる方向が逆転したのでエネルギー保存の法則は

W = Qi - Qo 

となります。

　可逆性を保証する Qi / Ti = Qo / To は同じ。これらを総合すると暖房の場合は

COP = Ti / (Ti - To)

です。分母が温度差は冷房と逆転しているのは温度の大小関係の問題ですね。

　では、この理想の暖房についてもCOP値を計算してみましょう。