[科普中国]-热泵原理

热泵(Heat Pump)是一种将低温热源的热能转移到高温热源的装置。来实现制冷和供暖。通常用于热泵装置的低温热源是我们周围的介质——空气、河水、海水，城市污水，地表水，地下水，中水，消防水池，或者是从工业生产设备中排出的工质，这些工质常与周围介质具有相接近的温度。

简介通常用于热泵装置的低温热源是我们周围的介质——空气、河水、海水，城市污水，地表水，地下水，中水，消防水池，或者是从工业生产设备中排出的工质，这些工质常与周围介质具有相接近的温度。热泵装置的工作原理与压缩式制冷机是一致的，在小型空调器中，为了充分发挥其效能，夏季空调降温或冬季取暖，都是使用同一套设备来完成。冬季取暖时，将空调器中的蒸发器与冷凝器通过一个换向阀来调换工作。

在夏季空调降温时，按制冷工况运行，由压缩机排出的高压蒸汽，经换向阀（又称四通阀）进入冷凝器；在冬季取暖时，先将换向阀转向热泵工作位置，于是由压缩机排出的高压制冷剂蒸汽，经换向阀后流入室内蒸发器（作冷凝器用），制冷剂蒸汽冷凝时放出的潜热，将室内空气加热，达到室内取暖目的，冷凝后的液态制冷剂，从反向流过节流装置进入冷凝器（作蒸发器用），吸收外界热量而蒸发，蒸发后的蒸汽经过换向阀后被压缩机吸入，完成制热循环。这样，将外界空气（或循环水）中的热量“泵”入温度较高的室内，故称为“热泵”。上海冰箱厂生产的CKT一3A型窗式空调器，就是一种热泵式空调器。

在热泵循环中，从低温热源（室外空气或循环水，其温度均高于蒸发温度t0）中取得Q0kcal/h的热量，消耗了机械功ALkcal/h，而向高温热源（室内取暖系统）供应了Q1kcal/h的热量，这些热量之间的关系是符合热力学第一定律的，即Q1=Q0+ALkcal/h

如果不用热泵装置，而用机械功所转变成的热量（或用电能直接加热高温热源，则所得的热量为ALkcal/h，而用热泵装置后，高温热源（取暖系统）多获得了热量：Q1-AL=Q0，kcal/h

此一热量是从低温热源取得的，如果不用热泵装置，就无法取得这一热量。故用热泵装置旨可节省燃料，又可利用余热。

热泵的工作循环与热机的工作循环正好相反，热机是利用高温热源的能量来产生机械功的，而热泵是靠消耗机械功将低温热源的热量转移到高温物体中去。

若热泵与热机具有两个相同的热源温度，则热机循环的热效率η=AL╱Q1；热机循环的能量指标----热量转换系数φ=Q1╱AL，故φ=1╱η。η值总是小于1的，故φ值是大于1的。

若制冷机与热泵具有两个相同的热源温度，则它们之间的关系为：φ=Q1╱AL=（Q0+AL）╱AL=ε+1，ε 是制冷机的制冷系数。由此可看出，热量转换系数的最小值是ε=1，在此极限情况下Q0=0，即没有从低温热源吸取热量1。

基本原理热泵热水器的基本原理：它主要是由压缩机、热交换器、轴流风扇、保温水箱、水泵、储液罐、过滤器、电子膨胀阀和电子自动控制器等组成。接通电源后，轴流风扇开始运转，室外空气通过蒸发器进行热交换，温度降低后的空气被风扇排出系统，同时，蒸发器内部的工质吸热汽化被吸入压缩机，压缩机将这种低压工质气体压缩成高温、高压气体送入冷凝器，被水泵强制循环的水也通过冷凝器，被工质加热后送去供用户使用，而工质被冷却成液体，该液体经膨胀阀节流降温后再次流入蒸发器，如此反复循环工作，空气中的热能被不断“泵”送到水中，使保温水箱里的水温逐渐升高，最后达到55℃左右，正好适合人们洗浴，这就是空气源热泵热水器的基本工作原理。

压缩机出气为高温高压气体，经冷凝器换热变为高压低温汽液混合物，失去的热量由热水带走为用户供热，经储液罐和膨胀阀变为低压低温气体进入蒸发器蒸发吸热，吸收外界低品位的热能（可以是江河、湖泊、地下水、地下土壤层、空气等即我们所说的水源、地源、空气源热泵），最后蒸发器出来的低压气体进入压缩机完成循环。

热泵制热原理热泵热水器是空调器的演变产品，在制冷系统中装上电磁四通阀(又称换向阀)，通过四通阀的切换方向，改变制冷剂的流动方向， 空调器就能制热。压缩机排出的高温高压蒸汽状的制冷剂流向保温水箱里的冷凝器，将热量传给通过水箱的自来水，然后通过膨胀阀节流降压，在室外热泵主组的蒸发器中蒸发吸热，用工质吸收室外空气中的热量。热泵热水器就是这样吸收室外空气中的热量，向保温水箱内自来水传递，它比单纯用电加热器制热更能省电、快速、安全，且室外热能潜力无限大。

热泵制冷原理在夏季空调降温时，按制冷工况运行，由压缩机排出的高压蒸汽，经换向阀(又称四通阀)进入冷凝器，制冷剂蒸汽被冷凝成液体，经节流装置进入蒸发器，并在蒸发器中吸热，将室内空气冷却，蒸发后的制冷剂蒸汽，经换向阀后被压缩机吸入，这样周而复始，实现制冷循环。

空气源热泵空气源热泵循环式三联供机组是一种利用空气作为冷(热)源，对室内空间提供空调、采暖与生活热水等多功能的空调热水器设备。
空气源热泵循环式三联供机组共有五种运行模式。夏季可运行制冷与制冷加热水模式；冬季可运行采暖与采暖加热水模式；过度季节可单独运行热水模式，从而实现全年对居住环境提供降温、除湿、采暖与生活热水。当机组运行在制冷加热水模式时可实现全热回收，双向能效比合计高达7.0以上，生活热水完全免费1。

本词条内容贡献者为:

石季英 - 副教授 - 天津大学