COP(성적계수)란?

개념과 원리

COP(Coefficient of Performance, 성적계수)는 냉동기나 히트펌프가 투입된 일에 비해 얼마나 많은 열을 이동시키는지를 나타내는 성능지표입니다. 냉동기에서는 압축기에 공급한 일에 대한 냉동효과의 비로 정의합니다.

냉동기 COP = 냉동효과 ÷ 압축일량

표준 냉동사이클에서 압축기 입구를 1, 출구를 2, 응축기 출구를 3, 팽창밸브 출구를 4로 두면 COP_R=(h₁-h₄)÷(h₂-h₁)입니다.

COP는 분자와 분모가 같은 에너지 단위를 사용하므로 무차원 값입니다. COP가 4라면 압축기에 1만큼의 일을 공급할 때 냉각 대상에서 4만큼의 열을 제거한다는 의미입니다.

히트펌프 난방에서는 목적이 응축기에서 방출하는 열이므로 COP_H=응축기 방열량÷압축일량입니다. 같은 사이클에서는 에너지수지에 의해 COP_H=COP_R+1의 관계가 성립합니다.

일반적으로 증발온도가 지나치게 낮아지거나 응축온도가 높아져 압축기의 압력비와 일이 증가하면 COP는 불리해지는 경향이 있습니다. 따라서 COP는 단순한 냉동능력의 크기가 아니라 투입 에너지 대비 성능을 판단하는 값입니다.

COP는 공급한 일에 비해 얼마나 큰 냉동효과를 얻는지를 나타내는 성적계수입니다. 냉동기의 COP는 냉동효과 ÷ 압축일로 계산합니다.

한 줄 정리 냉동기 COP는 냉동효과를 압축일로 나눈 값이며, 클수록 효율이 좋습니다.

h₁=405, h₂=450, h₃=h₄=255 kJ/kg이라고 하겠습니다.

① 냉동효과: 405-255=150 kJ/kg

② 압축일량: 450-405=45 kJ/kg

③ 냉동기 COP: 150÷45=3.33

응축기 방열량은 450-255=195 kJ/kg이므로 히트펌프 난방 COP는 195÷45=4.33입니다.

관계식으로도 COP_H=COP_R+1=3.33+1=4.33이 됩니다.

실기시험에서는 엔탈피가 직접 주어지거나 P-h 선도에서 읽도록 할 수 있습니다. 먼저 문제가 냉동기 COP인지 히트펌프 난방 COP인지 확인한 뒤 분자에 들어갈 열량을 결정해야 합니다.

① COP를 열효율(%)과 같은 개념으로 보면 안 됩니다.
COP는 열기관의 열효율과 정의가 달라 1보다 큰 값이 정상적으로 나올 수 있습니다.

② 냉동기 COP와 히트펌프 COP의 분자가 다릅니다.
냉동에서는 증발기 흡열량을, 난방용 히트펌프에서는 응축기 방열량을 사용합니다.

③ 압축일량과 압축동력의 단위를 확인하세요.
엔탈피 차는 보통 kJ/kg이고 질량유량을 곱한 동력은 kW입니다. COP에서는 분자와 분모의 단위를 서로 일치시켜야 합니다.

④ COP가 높다고 냉동능력 자체가 무조건 큰 것은 아닙니다.
COP는 투입한 일에 대한 유효 열량의 비이므로 냉동능력의 절대적인 크기와 구분해야 합니다.