“Lạnh” không phải chất để sản xuất — chỉ có nhiệt và sự vắng mặt của nó. Máy lạnh vì thế làm nghề khác hẳn tên gọi: khuân nhiệt từ trong phòng đổ ra ngoài trời, ngược chiều dốc tự nhiên. Khuân ngược dốc phải trả công — nhưng trả bao nhiêu thì nhiệt động lực học có barem:
COP: số jun khuân được trên mỗi jun tiền công
Bài Carnot đánh thuế máy nhiệt chạy xuôi: nhiệt đổ từ nóng về lạnh, ta gặt công. Máy lạnh là chính chu trình ấy quay ngược phim: nộp công để đẩy nhiệt từ lạnh lên nóng, và tấm trần Carnot lộn ngược thành:
COP_max = T_lạnh / (T_nóng − T_lạnh) (nhiệt độ tuyệt đối)Phòng 25 °C, ngoài trời 35 °C: COP trần = 298/10 ≈ 30 — về nguyên tắc, một jun điện dời được ba mươi jun nhiệt. Máy thật vướng đủ thứ không thuận nghịch nên đạt cỡ một phần ba trần, COP ~3–5: vẫn nghĩa là điều hoà nhà bạn dời nhiệt nhiều gấp mấy lần điện nó ăn. Con số này in ngay trên nhãn máy (EER/CSPF) mà ít ai đọc: máy “1 ngựa” ~800 W điện nhưng hút tận ~2 500 W nhiệt khỏi phòng.
Nhìn kỹ mẫu số sẽ thấy túi tiền của bạn: COP tỉ lệ nghịch với độ chênh trong–ngoài. Đặt 20 °C giữa trưa 40 °C là bắt máy khuân dốc gấp đôi so với đặt 26–27 °C — mỗi độ hạ thêm đắt hơn độ trước. Lời khuyên “để điều hoà 26 độ cho tiết kiệm” không phải khẩu hiệu môi trường suông; nó là hình dáng của một đường cong hyperbol bạn vừa kéo.
Chạy ngược chiều: chiếc máy sưởi ăn đứt dây may-so
Đông đến, đảo van cho dàn nóng thổi vào nhà: cùng cỗ máy thành bơm nhiệt — hút nhiệt từ không khí lạnh ngoài trời (0 °C vẫn thừa nhiệt: nó còn cách độ không tuyệt đối 273 độ) đổ vào phòng. So găng với máy sưởi dây may-so: dây điện trở biến 1 jun điện thành đúng 1 jun nhiệt — COP = 1, đường nét đứt nằm bẹp dưới đáy demo, và không công nghệ nào cứu nổi nó vì đó đã là 100% rồi. Bơm nhiệt COP 3–4 cấp gấp ba bốn lần nhiệt cho cùng hoá đơn điện — “vượt 100%” mà không phạm luật nào, vì nó không biến điện thành nhiệt, nó dùng điện làm tiền công khuân vác. Đây là lý do bơm nhiệt đang thay lò sưởi ở các nước lạnh, và máy nước nóng bơm nhiệt đang thay bình nóng lạnh điện trở — cùng một bài toán, ba lần tiền điện chênh nhau.
Tủ lạnh nhà bạn cũng chính là nó: khuân nhiệt từ ngăn 4 °C ra sau lưng tủ. Vì vậy mở cửa tủ lạnh không làm mát phòng — nhiệt chỉ chạy vòng từ phòng vào tủ rồi phụt ra lưng tủ, cộng thêm tiền công máy nén: phòng nóng lên. Muốn phòng mát, dàn nóng phải nằm… ngoài phòng — định nghĩa của điều hoà chỉ đơn giản vậy.
Trường hợp biên: hai đầu thang đo
Kéo T_ngoài xuống sát T_trong: mẫu số về 0, COP phóng vô cực — dời nhiệt giữa hai nơi cùng nhiệt độ là miễn phí, và bản demo nhắc bạn phương án COP ∞ có thật: mở cửa sổ. Kéo ngược độ chênh lên trăm độ, COP trần tụt dưới 3, máy thật lết ở mức 1 — đó là địa ngục của tủ đông âm sâu −80 °C trong phòng thí nghiệm, nơi mỗi jun giữ lạnh đều đắt xắt miếng, và là lý do các kho lạnh chia nhiều tầng nhiệt độ thay vì một cú khuân thẳng: hai máy bơm nối tiếp, mỗi máy leo nửa con dốc, tổng tiền công rẻ hơn một máy leo cả dốc — nhiệt động lực học cũng biết nghỉ chân ở trạm giữa đèo.