热泵——迸发生活新动力

演讲者：秦晓宇

推荐单位：北京制冷学会

提起热泵，大家可能都有些陌生，但是说到“煤改电”，大家肯定都有所耳闻。近年来我国冬季饱受雾霾困扰，燃煤污染对雾霾天气的形成有着巨大影响，为了减少冬季的燃煤污染，改善空气质量，国家大力推行煤改电政策，其中的一个重要途径就是采用空气源热泵进行供暖。

那么热泵究竟是什么呢？我们的生活中有各种各样的泵。比如说水泵就是把水从较低的位置送到高处，进而来提升水的高度。直观感受来看，热泵可能是用来提升热量的高度，那么热量的高度用什么表示呢？没错，热量的高度就是用温度表示了。说热泵提升的是温度可能有些难以理解，告诉你个小窍门，你把热泵看作是一个加热器就好了。那么和普通的加热器相比，热泵有什么好处呢？我在这先卖个关子。

让我们一起来追溯一下热泵的历史。热泵的模型早在1852年就被汤姆逊建立在纸上了。到了1927年，霍尔丹将热泵应用于家庭供暖。20世纪60年代以后，热泵技术得到了飞速的发展，除了为家庭供暖，热泵的用武之地还有很多。在生活中的方方面面都有热的需求，可以说哪里需要热量，哪里就应该出现热泵的身影。

说了半天有朋友可能会想：热泵究竟是怎么运行的呢？容我给大家科普一下热泵的循环。最简单的热泵循环是由四个部件组成，它们分别是蒸发器、压缩机、冷凝器、节流装置，部件之间由管路连接，管路里边流动的就是热泵工质。热泵系统是靠电驱动的，在蒸发器中，热泵工质将从空气中吸收热量，通过压缩机将这部分热量连同输入给压缩机的电能一起送到冷凝器当中，冷凝器再把这些热量释放给用户，这样用户的屋子里就暖和了，也有热水可以洗澡洗衣做饭了。

说起热泵的循环可能有些难理解，给大家举一个通俗的例子。请大家把热泵工质看作要给一户顶层居民送货的搬运工。从环境空气中吸收的热量，是搬运工要送的货物。在电能的驱动下，搬运工开始爬楼梯，搬运工一边爬楼梯一边把输入的电能也转化成了热能，最终他把从空气中吸收的能量和驱动他上楼的电能都送给了住在顶层的住户，这个住户最终得到的热量就是从空气中吸收的能量和驱动搬运工运货的能量之和。

所以说，热泵的作用是将空气中吸收的能量连同电能一起泵送到用热端。我们把从空气中获取能量的热泵叫做空气源热泵，同理，还有水源热泵、土壤源热泵等。那么我们又是如何比较不同热泵的性能呢？

这就要请出我们热泵界大名鼎鼎的评价指标COP了。COP的定义是热泵系统提供的热量与热泵消耗电能的比值，可以看到对于热泵来说，其COP值始终是大于1的，这就回答了我前面提出的与普通电加热相比，热泵究竟好在哪里的问题。消耗同样的一份电能，使用电加热最多收获一份热量，而热泵可以获得大于一份的热量，区别在于利用了空气中的这部分能量，热泵的节能效果，就体现于此。

说了这么久，大家可能很好奇，我现在的研究工作是什么，我的研究问题主要集中在以下这两个方面：热泵在低环境温度下的工作适应性问题，以及如何尽可能地提高热泵加热热水的出水温度的问题。

还拿搬运工来举例子吧，在一般的出水温度要求下，我们的搬运工可以很快完成任务，但是在低的环境温度时，就相当于是将楼层的数目增加了，比如一开始是让搬运工从一层开始搬运货物，现在要求他从地下五层开始搬运到同样的位置，他会感觉到很费劲;当有较高的出水温度要求的时候，就相当于搬运工所经过的每一节的台阶都变高了，这样他们工作起来也会感到很吃力。

为了解决现在遇到的这两个问题，我想到的应对办法是这样的：首先，在较低的环境温度时，使用混合工质，也就是多叫几个搬运工过来，让他们在彼此最舒适的楼层干活，形成接力的效果，这样干起活来就没有那么费劲了;其次，在应对很高温度的出水要求时，我会挑选使用性能良好的工具，也就是让身强力壮的搬運工出来干活，并且对热泵的循环进行优化，也就是帮助搬运工减少爬楼梯时遇到的阻力，保证他们的工作效率。

现在热泵已经走进了千家万户，但是相比较于拥有广袤土地的我们的祖国来说，热泵普及的地方还是很少，特别是一些冬季寒冷的地区，目前的普通热泵是没有办法正常工作的，而我的研究工作就是让热泵普及到冬季更加寒冷的地方去，去适应各种极端的环境，这也是我的导师为我定下的目标。我期待在不久的将来，热泵技术可以为更多的家庭提供便利，为我国的节能减排事业做出更大的贡献，让我们的生活迸发出新的活力！