Le coefficient de performance
Le COP (parfois CP) d'une pompe à chaleur est le quotient de la chaleur fournie par le travail fourni ou Q est la chaleur utile fournie par le compresseur et W est le travail mécanique absorbé par le compresseur.
D'après la première loi de la thermodynamique, dans un système réversible, on peut montrer que Qchaud = Qfroid + W et W = Qchaud - Qfroid, où Qchaud est la chaleur reçue par le réservoir froid et Qfroid la chaleur fournie par le réservoir chaud.
On observe que COPrefroidissement = COPchauffage - 1.
COPchauffage s'applique aux pompes à chaleur et COPrefroidissement s'applique aux climatiseurs et aux réfrigérateurs.
Depuis peu, il est souvent fait mention du SCOP (en chauffage) et/ou du SEER( en refroidissement). Ceux-ci sont établis en fonction d’une saison d’utilisation. Ils reflètent donc mieux les performances réelles des PAC et des climatisations.
Conditions de fonctionnement
Le COP dépend évidemment de la qualité de l'appareil et de la différence de température, mais il est également sensible à d'autres conditions. Le givrage est par exemple un obstacle pratique qui impose des adaptations techniques ayant un effet négatif sur le COP dès que la température du côté froid s'approche de 0 °C.
Exemple
Une pompe à chaleur avec un COP de 3,5 apporte 3,5 unités de chaleur pour chaque unité d'énergie consommées (e.g. 1 kW consommés produit 3,5 kW de puissance thermique). Sur ces 3,5 unités, 2,5 sont extraites de la source froide (chaleur puisée par les capteurs implantés en extérieur) et 1 est l'énergie de fonctionnement de l'appareil.
En sens inverse, pour apporter une chaleur de 1, une pompe à chaleur a besoin de consommer une énergie de 1/COP et extrait le reste : l'énergie "gratuite" est de 1 - 1/COP. Cette énergie gratuite permet à une PAC d'être plus économique que la meilleure des chaudières, dans la mesure où le rapport de prix entre l'électricité dont la PAC a besoin et celui de l'énergie de la chaudière est inférieur au COP ; avec un COP supérieur à 3, cette condition est en pratique remplie. À partir de cette valeur, en effet, le système compense les pertes qui ont eu lieu au cours de la production électrique (pertes de production, de transport, etc. qui font qu'environ un tiers de l'énergie primaire seulement est disponible sous forme d'électricité chez le consommateur).
La proportion d'énergie gratuite implique en outre que l'augmentation du COP présente un intérêt surtout quand il est bas (proche de 1), mais la rentabilité des gains de performances est fortement décroissante : trois appareils de COP respectif 2, 3 et 4 fournissent respectivement 50%, 67% et 75% d'énergie gratuite, ce qui veut dire qu'on gagne 50% (par rapport à un radiateur électrique par exemple) en adoptant le premier, seulement 17 % de plus en adoptant le second, et enfin 8 % supplémentaire avec le troisième. Par exemple le doublement du COP entre un appareil très bas de gamme (COP de 2,5, soit 60% d'énergie gratuite) et un très haut de gamme (COP de 5, soit 80% d'énergie gratuite) se traduit seulement par une économie supplémentaire de 20 % sur la facture de référence.
En réfrigération, ce qui compte c'est la chaleur extraite et, comme vu plus haut, COPrefroidissement = COPchauffage - 1. Un réfrigérateur fonctionnant avec un COPrefroidissement de 2 extrait 2 unités de chaleur pour chaque unité d'énergie consommée (e.g. un système d'air conditionné consommant 1 kW retire 2 kW de chaleur à un bâtiment).