什么是熱泵？

圖 1. 什么是熱泵？

熱泵是一種將空氣或液體中的熱量從低溫區域轉移到高溫區域的技術。如今，它們被用于空調、冰箱、EcoCute 和其他日常生活必需品。

消耗電力來傳遞熱量，但由于產生的熱能多于消耗的量，因此預計具有顯著的節能效果。此外，該技術作為一種環保技術而受到關注，因為與燃燒天然氣或石油的方法相比，它可以顯著減少二氧化碳排放量。

熱泵的用途

熱泵曾經主要用于冰箱和空調，用于冷卻物品。然而，隨著技術的進步，應用范圍從低溫擴展到高溫，并應用于空間供暖和熱水供應等多種領域。

在家里，它們被用于冰箱、空調、洗衣機/烘干機等日常生活必需的家用電器，也被用于高節能的EcoCute和地暖系統等設備。它還用于辦公室和醫院等用戶數量較多的設施中的商用空調和熱水器，預計將顯著降低公用事業成本。

熱泵原理

圖2 熱泵原理

當氣體被壓縮時，其溫度升高；當氣體膨脹時，其溫度降低。熱泵利用這一特性來傳遞熱量。碳氟化合物等具有傳熱作用的制冷劑，在接近室溫的溫度下通過壓縮、膨脹反復液化、汽化，可以有效地傳熱。

熱泵的結構由壓縮機、膨脹閥、蒸發器、被稱為冷凝器的兩個熱交換器以及連接它們的配管構成，低沸點制冷劑在配管內循環。

制冷劑是傳遞熱能的介質。主要使用氟利昂氣體，根據壓力和溫度的不同，反復蒸發和冷凝，變成氣體或液體。

膨脹閥是一種使高溫高壓氟里昂氣體迅速膨脹，使其達到低溫低壓狀態，重新變成液體的裝置。

壓縮機是將碳氟化合物氣體壓縮至高溫高壓的設備。有離心式壓縮機和往復式壓縮機。

熱交換器根據其作用可分為蒸發器和冷凝器。蒸發器的作用是吸收外界的熱量，將碳氟化合物氣體轉變為氣體，冷凝器的作用是將氣體轉變為液體，并將熱量釋放到外界。

制冷劑在蒸發器中吸收熱量，變成氣體，并被壓縮機吸收。壓縮至高溫高壓的氣體被送往冷凝器，在冷凝器中變成液體，經膨脹閥降至低溫低壓，然后返回蒸發器。熱泵通過重復這些循環將空氣中的熱量從低溫區域轉移到高溫區域。

熱泵的類型

熱泵根據傳熱原理分類如下。

1.利用制冷劑的發熱和吸收的熱泵

蒸汽壓縮式熱泵、吸收式熱泵和吸附式熱泵利用制冷劑蒸發時產生的汽化和冷凝熱。利用氨汽化熱的熱泵主要用于冰箱和冰柜。

2. 利用空氣熱以外的熱量的熱泵

這是一種利用地熱、水源熱和太陽能熱的熱泵。無論哪種情況，熱源都必須在附近，但熱量的傳播效率比空氣熱更有效。

3.利用晶格振動的熱泵

使用半導體的熱泵。通過使電流通過熱電元件，元件中產生晶格運動。通過這種晶格運動傳遞熱量，可以實現精細的溫度控制。因此主要應用于需要精確控溫的醫療儀器和實驗設備。然而，性能越高，熱泵的成本就越高。

4.其他熱泵

最近，開始出現同時利用熱傳導和汽化熱的熱泵。正如您所看到的，每年都在開發新的熱泵技術，使得更有效地捕獲和儲存熱量成為可能。

有關熱泵的其他信息

1、熱泵性能指標　

熱泵的性能用它能產生的制冷或制熱能力（kW）與消耗的功率（kW）之比來表示，這稱為能耗效率COP（性能系數）。該值越高，越能期待節能效果，特別是在空調中，以制冷COP和制熱COP作為表示空調節能能力的指標。

然而，COP表示恒溫環境下的能耗效率，實際使用空調時，性能會根據室內和室外溫度而變化。因此，全年能耗效率APF（Annual Performance Factor）是目前主流的節能標準。APF是2006年9月修訂的節能法中取代COP的節能指標而設立的，與COP不同，它表示運行一年內的運行效率。因此，可以說APF表現出更接近實際駕駛的運行效率。

2、熱泵的優缺點

我們將介紹熱泵的優點和缺點，這是一種有效地從外部收集熱量并將其用作大型熱源的技術。

優點

• 通過從外部收集節能
  熱量，無需產生新的熱量，因此配備熱泵的電子設備的電費相對較低。

• 安全性高
  發熱時不發生燃燒，安全性高。

• 預計減少二氧化碳排放
  由于沒有燃燒過程，二氧化碳排放量相對較低。

過失

• 容易受外部環境影響
  熱泵從外部收集熱量，因此當外部溫度較低時，其效率實際上會降低。

3.如何有效利用熱泵

圖 3. 熱泵溫差

熱泵在節省能源和成本方面表現出色，因為它們可以產生超過功耗的制冷和制熱能力，但其缺點是容易受到外部環境的影響。然而，熱泵可以從微小的溫差中提取大量的能量。通過更有效地利用它，預計可以進一步節省能源。

熱泵利用熱傳遞來加熱一側并冷卻另一側。通常情況下，會使用其中一種，但如果您構建一個可以同時使用加熱和冷卻的系統，則可能會產生更大的節能效果。

使用熱泵的另一種有效方法是使用地下熱量作為熱源。與外界空氣相比，地下熱量的溫度全年變化較小，因此地下和地下水的溫度夏季寒冷，冬季溫暖。通過這樣做，可以有效地利用地下未使用的熱量，并可以大大減少二氧化碳的排放。

此外，熱泵的最大特點是可以最大限度地利用工廠廢氣熱能、溫泉水排放等難以直接利用的熱能。