熱泵是一種將低溫?zé)嵩吹臒崮苻D(zhuǎn)移到高溫?zé)嵩吹难b置。通常用于熱泵裝置的低溫?zé)嵩锤氖俏覀冎車慕橘|(zhì)——空氣、河水、海水，或者是從工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備中排出助工質(zhì)，這些工質(zhì)常與周圍介質(zhì)具有相接近的溫度。熱泵裝置的工作原理與壓縮式制冷機(jī)是一致的；在小型空調(diào)器中，為了充分發(fā)揮它的效能，在夏季空調(diào)降溫或在冬季取暖，都是使用同一套設(shè)備來完成的。在冬季取暖時(shí)，將空溫器中的蒸發(fā)器與冷凝器通過一個(gè)換向閥來調(diào)換工作，見圖2一17。
熱泵工作原理圖
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由圖2—17中可看出，在夏季空調(diào)降溫時(shí)，按制冷工況運(yùn)行，由壓縮機(jī)排出的高壓蒸汽，經(jīng)換向閥(又稱四通閥)進(jìn)入冷凝器，制冷劑蒸汽被冷凝成液體，經(jīng)節(jié)流裝置進(jìn)入蒸發(fā)器，并在蒸發(fā)器中吸熱，將室內(nèi)空氣冷卻，蒸發(fā)后的制冷劑蒸汽，經(jīng)換向閥后被壓縮機(jī)吸入，這樣周而復(fù)始，實(shí)現(xiàn)制冷循環(huán)。在冬季取暖時(shí)，先將換向閥轉(zhuǎn)向熱泵工作位置，于是由壓縮機(jī)排出的高壓制冷劑蒸汽，經(jīng)換向閻后流入室內(nèi)蒸發(fā)器(作冷凝器用)，制冷劑蒸汽冷凝時(shí)放出的潛熱，將室內(nèi)空氣加熱，達(dá)到室內(nèi)取暖目的，冷凝后的液態(tài)制冷劑，從反向流過節(jié)流裝置進(jìn)入冷凝器(作蒸發(fā)器用)，吸收外界熱量而蒸發(fā)，蒸發(fā)后的蒸汽經(jīng)過換向閥后被壓縮機(jī)吸入，完成制熱循環(huán)。這樣，將外界空氣(或循環(huán)水)中的熱量“泵”入溫度較高的室內(nèi)，故稱為“熱泵”。上海冰箱廠生產(chǎn)的CKT一3A型窗式空調(diào)器，就是一種熱泵式空調(diào)器。
在圖2—17的熱泵循環(huán)中，從低溫?zé)嵩?室外空氣或循環(huán)水，其溫度均高于蒸發(fā)溫度to)中取得Q。kcal／h的熱量，消耗了機(jī)械功ALkcal／h，而向高溫?zé)嵩?室內(nèi)取暖系統(tǒng))
供應(yīng)了Qlkcal／h的熱量，這些熱量之間的關(guān)系是符合熱力學(xué)第一定律的，即
Q1＝Q0十AL kcal／h
如果不用熱泵裝置，而用機(jī)械功所轉(zhuǎn)變成的熱量(或用電能直接加熱高溫?zé)嵩�，則所得的熱量為ALkcal／h，而用熱泵裝置后，高溫?zé)嵩?取暖系統(tǒng))多獲得了熱量：
Q1—AL＝Q0， kcal／h
此一熱量是從低溫?zé)嵩慈〉玫�，如果不用熱泵裝置，就無法取得這一熱量。故用熱泵裝置旨可節(jié)省燃料，又可利用余熱。
熱泵的工作循環(huán)與熱機(jī)的工作循環(huán)正好相反，熱機(jī)是利用高溫?zé)嵩吹哪芰縼懋a(chǎn)生機(jī)械功的，而熱泵是靠消耗機(jī)械功將低溫?zé)嵩吹臒崃哭D(zhuǎn)移到高溫物體中去。若熱泵與熱機(jī)具有兩個(gè)相同的熱源溫度，則
熱機(jī)循環(huán)的熱效率η=AL╱Q1
熱機(jī)循環(huán)的能量指標(biāo)----熱量轉(zhuǎn)換系數(shù)φ=Q1╱AL
故φ=1╱η 。η值總是小于1的，故φ值是大于1的。
若制冷機(jī)與熱泵具有兩個(gè)相同的熱源溫度，則它們之間的關(guān)系為：
φ=Q1╱AL=Q0+AL╱AL=ε+1，ε 是制冷機(jī)的制冷系數(shù)。由此可看出，熱量轉(zhuǎn)換系數(shù)的最小值是吁＝1，在此極限情況下Q。＝o，即沒有從低溫?zé)嵩次崃俊?br />
作為自然界的現(xiàn)象，正如水由高處流向低處那樣，熱量也總是從高溫區(qū)流向低溫區(qū)。但人們可以創(chuàng)造機(jī)器，如同把水從低處提升到高處而采用水泵那樣，采用熱泵可以把熱量從低溫抽吸到高溫。所以熱泵實(shí)質(zhì)上是一種熱量提升裝置，熱泵的作用是從周圍環(huán)境中吸取熱量，并把它傳遞給被加熱的對(duì)象（溫度較高的物體），其工作原理與制冷機(jī)相同，都是按照逆卡諾循環(huán)工作的，所不同的只是工作溫度范圍不一樣。
熱泵在工作時(shí)，它本身消耗一部分能量，把環(huán)境介質(zhì)中貯存的能量加以挖掘，通過傳熱工質(zhì)循環(huán)系統(tǒng)提高溫度進(jìn)行利用，而整個(gè)熱泵裝置所消耗的功僅為輸出功中的一小部分，因此，采用熱泵技術(shù)可以節(jié)約大量高品位能源。
在運(yùn)行中，蒸發(fā)器從周圍環(huán)境中吸取熱量以蒸發(fā)傳熱工質(zhì)，工質(zhì)蒸汽經(jīng)壓縮機(jī)壓縮后溫度和壓力上升，高溫蒸氣通過冷凝器冷凝成液體時(shí)，釋放出的熱量傳遞給了儲(chǔ)水箱中的水。冷凝后的傳熱工質(zhì)通過膨脹閥返回到蒸發(fā)器，然后再被蒸發(fā)，如此循環(huán)往復(fù)。
余熱利用的強(qiáng)力工具--熱泵
水從高處流向低處，熱由高溫物全傳遞到低溫物體，這是自然規(guī)律。然而，在現(xiàn)實(shí)生活中，為了農(nóng)業(yè)灌溉、生活用水等的需要，人們利用水泵將水從低處送到高處。同樣，在能源日益緊張的今天，為了回收通常排到大氣中的低溫?zé)釟狻⑴诺胶哟ㄖ械牡蜏責(zé)崴戎械臒崃�，熱泵被用來將低溫物體中的熱能傳送高溫物體中，然后高溫物體來加熱水或采暖，使熱量得到充分利用。
熱泵蒸發(fā)流程圖
熱泵的工作原理和家用空調(diào)、電冰箱等的工作原理基本相同，通過流動(dòng)媒體(以前一般為氟利昂，現(xiàn)在由替代氟利昂所代替)在蒸發(fā)器、壓縮機(jī)，冷凝器和膨脹閥等部品中的氣相變化(沸騰和凝結(jié))的循環(huán)來將低溫物體的熱量傳遞到高溫物體中去。?
具體工作過程如下：①過熱液體媒體在蒸發(fā)器內(nèi)吸收低溫物體的熱量，蒸發(fā)成氣體媒體。②蒸發(fā)器出來的氣體媒體經(jīng)過液壓縮機(jī)的壓縮，變?yōu)楦邷馗邏旱臍怏w媒體。③高溫高壓的氣體媒體在冷凝器中將熱能釋放給給高溫物體、同時(shí)自身變?yōu)楦邏阂后w媒體。④高壓液體媒體在膨脹閥中減壓，再變?yōu)檫^熱液體媒體，進(jìn)入蒸發(fā)器，循環(huán)最初的過程。
熱泵的性能一般用制冷系數(shù)(COP)來評(píng)價(jià)。制冷系數(shù)的定義為由低溫物體傳 到高溫牧體的熱量與所需的動(dòng)力之比。通常熱泵的制冷系數(shù)為3-4左右，也就是說，熱泵能夠?qū)⒆陨硭枘?量的3到4倍的熱能從低溫物體傳送到高溫物體�，F(xiàn)在歐美日都 在競(jìng)相開發(fā)新型的熱泵。據(jù)報(bào)導(dǎo)新型的熱泵的制冷系數(shù)可6到8。如果這一數(shù)值能夠得到普及的話，這意味著能源將得到更有效的利用。熱泵的普及率也將得到驚人的提高。
由于氟利昂對(duì)地球大氣臭氧有破壞作用，為了保護(hù)地球的生態(tài)環(huán)境，除了提高熱泵的成現(xiàn)系數(shù)，有效利用能源以外，各國科學(xué)還致力于新型冷媒的開發(fā)。目前已有替代氟利昂的冷媒得到應(yīng)用。
熱泵熱水系統(tǒng)包括熱泵主機(jī)和換熱儲(chǔ)水箱兩部分。熱泵主機(jī)部分包括風(fēng)冷式蒸發(fā)器、壓縮機(jī)及膨脹閥；換熱儲(chǔ)水箱為內(nèi)置冷凝盤管的儲(chǔ)熱水箱。冷媒(工質(zhì))在蒸發(fā)管內(nèi)吸收環(huán)境空氣中的熱量，通過熱泵循環(huán)由冷凝盤管在水箱內(nèi)釋放熱量，加熱水箱中的水。
要搞清楚熱泵的工作原理，首先要懂得制冷系統(tǒng)的工作原理。制冷系統(tǒng)（壓縮式制冷）一般由四部分組成：壓縮機(jī)、冷凝器、節(jié)流閥、蒸發(fā)器。其工作過程為：低溫低壓的液態(tài)[評(píng)浼羀ɡ綬海�，首先灾q舴⑵骼锎擁臀氯仍矗ɡ繢潿乘┪炔⑵傻脫拐羝Ｈ緩籩評(píng)浼療逶諮顧躉諮顧醭篩呶賂哐溝惱羝�，该高钨T哐蠱逶誒淠髂詒桓呶氯仍矗ɡ繢淙此├淙茨岢篩哐掛禾濉Ｔ倬諏髟腹�、热�ε蛘頭�、道`優(yōu)蛘頭У齲┙諏鞒傻臀碌脫掛禾評(píng)浼�。如此就完成一铬V評(píng)溲貳?
對(duì)于一臺(tái)分體式熱泵空調(diào)來說，夏天制冷時(shí)就是以室外機(jī)為冷凝器、室內(nèi)機(jī)為蒸發(fā)器，運(yùn)行時(shí)就把室內(nèi)的熱量輸送到了室外。而冬季則以室內(nèi)機(jī)為冷凝器、室外機(jī)為蒸發(fā)器，這樣就把室外的熱量輸送到了室內(nèi)，通常這些是通過四通換向閥來實(shí)現(xiàn)的。
熱泵空調(diào)里面有一個(gè)四通換向閥。在制冷工況下，室內(nèi)[冉換黃鱗褪欽舴⑵鰨彝餿冉換黃鰨ㄏ奶焱夂艉舫鋈確緄哪歉齠鰨┚褪搶淠鰲６竟┤鵲氖焙潁耐ɑ幌蚍謝�，钢\淅涿降牧饗潁聳�，室闹R冉換黃骶褪搶淠鰨彝餿冉換黃鰨ǘ焱夂艉舫隼浞緄哪歉齠鰨┚褪欽舴⑵鰲Ｓ捎詼就獬隼浞紓琜蝗繞鱗崴�，所揖壢结霜到覛gǔ潭仁�，四通换向阀詢f謝�，勘K鞅涑上募局評(píng)涔た觶彝餿冉換黃韉玫餃攘浚�，化霜彤T蝦�，四通阀詢f謝壞街迫茸刺�。除霜时，为了窐饭向室脑煹冷芳偓惯m夷諢姆緇Ｖ乖俗?當(dāng)然這種逆向除霜對(duì)舒適性有一定影響，所以又有了熱氣旁通除霜、蓄熱除霜等不需要切換工況的方式)
熱泵是以冷凝器放出的熱量來供熱的制冷系統(tǒng)，它被形象的稱為“熱量倍增器”。目前在市場(chǎng)上廣泛出現(xiàn)的家用冷暖空調(diào)器上，就已經(jīng)廣泛地應(yīng)用了熱泵制熱，其制熱系數(shù)已高達(dá)3以上。那么，利用熱泵的原理來制取熱水，消耗一度電所獲得的熱水，比普通電熱水器消耗三度電所獲得的熱水還要多，這是傳統(tǒng)熱水器所不能企及的。
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