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Una pompa di calore trasferisce calore da una fonte di calore ad un dissipatore a più alta temperatura. La fonte di calore può essere rappresentata dall'aria esterna e il dissipatore può essere l'aria di una stanza. Dunque una pompa di calore muove il calore nel senso opposto al suo spontaneo efflusso:
Per poter invertire il flusso di calore è necessario utilizzare un ciclo termodinamico che sia operato da un compressore. Il compressore richiede un input di lavoro, che di solito è elettrico. Quindi l'efficienza della pompa di calore è definita come l'energia fornita dalla pompa di calore, diviso il lavoro di input del compressore. Questa efficienza è chiamata COP (Coefficiente di Prestazione). Il massimo valore teorico del COP dipende dalla differenza di temperatura tra la sorgente fredda e quella calda: più grande è la differenza e più basso è il COP teorico e reale.
L'immagine di sopra rappresenta un diagramma di Sankey di una pompa di calore con COP = 5.