什么是热泵？

图 1. 什么是热泵？

热泵是一种将空气或液体中的热量从低温区域转移到高温区域的技术。如今，它们被用于空调、冰箱、EcoCute 和其他日常生活必需品。

消耗电力来传递热量，但由于产生的热能多于消耗的量，因此预计具有显着的节能效果。此外，该技术作为一种环保技术而受到关注，因为与燃烧天然气或石油的方法相比，它可以显着减少二氧化碳排放量。

热泵的用途

热泵曾经主要用于冰箱和空调，用于冷却物品。然而，随着技术的进步，应用范围从低温扩展到高温，并应用于空间供暖和热水供应等多种领域。

在家里，它们被用于冰箱、空调、洗衣机/烘干机等日常生活必需的家用电器，也被用于高节能的EcoCute和地暖系统等设备。它还用于办公室和医院等用户数量较多的设施中的商用空调和热水器，预计将显着降低公用事业成本。

热泵原理

图2 热泵原理

当气体被压缩时，其温度升高；当气体膨胀时，其温度降低。热泵利用这一特性来传递热量。碳氟化合物等具有传热作用的制冷剂，在接近室温的温度下通过压缩、膨胀反复液化、汽化，可以有效地传热。

热泵的结构由压缩机、膨胀阀、蒸发器、被称为冷凝器的两个热交换器以及连接它们的配管构成，低沸点制冷剂在配管内循环。

制冷剂是传递热能的介质。主要使用氟利昂气体，根据压力和温度的不同，反复蒸发和冷凝，变成气体或液体。

膨胀阀是一种使高温高压氟里昂气体迅速膨胀，使其达到低温低压状态，重新变成液体的装置。

压缩机是将碳氟化合物气体压缩至高温高压的设备。有离心式压缩机和往复式压缩机。

热交换器根据其作用可分为蒸发器和冷凝器。蒸发器的作用是吸收外界的热量，将碳氟化合物气体转变为气体，冷凝器的作用是将气体转变为液体，并将热量释放到外界。

制冷剂在蒸发器中吸收热量，变成气体，并被压缩机吸收。压缩至高温高压的气体被送往冷凝器，在冷凝器中变成液体，经膨胀阀降至低温低压，然后返回蒸发器。热泵通过重复这些循环将空气中的热量从低温区域转移到高温区域。

热泵的类型

热泵根据传热原理分类如下。

1.利用制冷剂的发热和吸收的热泵

蒸汽压缩式热泵、吸收式热泵和吸附式热泵利用制冷剂蒸发时产生的汽化和冷凝热。利用氨汽化热的热泵主要用于冰箱和冰柜。

2. 利用空气热以外的热量的热泵

这是一种利用地热、水源热和太阳能热的热泵。无论哪种情况，热源都必须在附近，但热量的传播效率比空气热更有效。

3.利用晶格振动的热泵

使用半导体的热泵。通过使电流通过热电元件，元件中产生晶格运动。通过这种晶格运动传递热量，可以实现精细的温度控制。因此主要应用于需要精确控温的医疗仪器和实验设备。然而，性能越高，热泵的成本就越高。

4.其他热泵

最近，开始出现同时利用热传导和汽化热的热泵。正如您所看到的，每年都在开发新的热泵技术，使得更有效地捕获和储存热量成为可能。

有关热泵的其他信息

1、热泵性能指标　

热泵的性能用它能产生的制冷或制热能力（kW）与消耗的功率（kW）之比来表示，这称为能耗效率COP（性能系数）。该值越高，越能期待节能效果，特别是在空调中，以制冷COP和制热COP作为表示空调节能能力的指标。

然而，COP表示恒温环境下的能耗效率，实际使用空调时，性能会根据室内和室外温度而变化。因此，全年能耗效率APF（Annual Performance Factor）是目前主流的节能标准。APF是2006年9月修订的节能法中取代COP的节能指标而设立的，与COP不同，它表示运行一年内的运行效率。因此，可以说APF表现出更接近实际驾驶的运行效率。

2、热泵的优缺点

我们将介绍热泵的优点和缺点，这是一种有效地从外部收集热量并将其用作大型热源的技术。

优点

• 通过从外部收集节能
  热量，无需产生新的热量，因此配备热泵的电子设备的电费相对较低。

• 安全性高
  发热时不发生燃烧，安全性高。

• 预计减少二氧化碳排放
  由于没有燃烧过程，二氧化碳排放量相对较低。

过失

• 容易受外部环境影响
  热泵从外部收集热量，因此当外部温度较低时，其效率实际上会降低。

3.如何有效利用热泵

图 3. 热泵温差

热泵在节省能源和成本方面表现出色，因为它们可以产生超过功耗的制冷和制热能力，但其缺点是容易受到外部环境的影响。然而，热泵可以从微小的温差中提取大量的能量。通过更有效地利用它，预计可以进一步节省能源。

热泵利用热传递来加热一侧并冷却另一侧。通常情况下，会使用其中一种，但如果您构建一个可以同时使用加热和冷却的系统，则可能会产生更大的节能效果。

使用热泵的另一种有效方法是使用地下热量作为热源。与外界空气相比，地下热量的温度全年变化较小，因此地下和地下水的温度夏季寒冷，冬季温暖。通过这样做，可以有效地利用地下未使用的热量，并可以大大减少二氧化碳的排放。

此外，热泵的最大特点是可以最大限度地利用工厂废气热能、温泉水排放等难以直接利用的热能。