Согласно закону сохранения энергии, энергетический баланс для теплового насоса, пренебрегая всеми потерями, происходящими в нем, можно записать как:
Qни + Qэл= Qпол, (1)
где Qни – количество энергии, полученной от низкотемпературного (низкопотенцнального) источника, кВт×ч; Qэл – количество энергии, необходимое для питания компрессора, кВт?ч; – полезная энергия, отданная потребителю, кВт?ч.
Мерой эффективности любого устройства является коэффициент полезного действия (КПД). Коэффициент полезного действия – это отношение полезной энергии к затраченной, которое всегда меньше единицы. Однако, для оценки теплового насоса используют понятие коэффициент преобразования (КОП).
Коэффициент преобразования теплового насоса – это отношение мощности полезной энергии к мощности затраченной энергии, необходимой для работы теплового насоса. В качестве затраченной энергии для работы теплового насоса понимается энергия, необходимая для привода компрессора. Расчет КОП (без учета потерь преобразования, т.е. при КПД=100 %) осуществляется по формуле
, (2)
где Nпол, Nни, Nэл – соответственно – мощность полезной энергии, низкопотенциального источника и электрического привода теплового насоса, Вт. Как видно, КОП теплового насоса всегда больше единицы. На практике применяются тепловые насосы с КОП=3…4. КПД теплового насоса – это отношение мощности полезной энергии к затраченной:
, (3)
Сильное влияние на КОП оказывают: разница температур между низкопотенциальным тепловым источником и температурой отвода потребителю; применяемый хладагент; конструкция теплового насоса.
Для его расчета КОП теплового насоса за определенный промежуток времени берется то же отношение, что и в формуле (2), однако энергии, затраченной в качестве низкопотенциального источника, и электроэнергии, затраченной на привод, полученной энергии. Обычно оценивают коэффициент преобразования теплового насоса за один год.