熱泵技術(shù)是近年來在全世界倍受關(guān)注的新能源技術(shù)。人們所熟悉的“泵”是一種可以提高位能的機械設(shè)備，比如水泵主要是將水從低位抽到高位。而“熱泵”是一種能從自然界的空氣、水或土壤中獲取低品位熱能，經(jīng)過電力做功，提供可被人們所用的高品位熱能的裝置。
工作原理
　　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)嵩词俏覀冎車�的介質(zhì)——空氣、河水、海水，城市污水，地表水，地下水，中水，消防水池，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，將空溫器中的蒸發(fā)器與冷凝器通過一個換向閥來調(diào)換工作，見圖2-17。由圖2-17中可看出，在夏季空調(diào)降溫時，按制冷工況運行，由壓縮機排出的高壓蒸汽，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)換向閥后被壓縮機吸入，這樣周而復(fù)始，實現(xiàn)制冷循環(huán)。在冬季取暖時，先將換向閥轉(zhuǎn)向熱泵工作位置，于是由壓縮機排出的高壓制冷劑蒸汽，經(jīng)換向閥后流入室內(nèi)蒸發(fā)器（作冷凝器用），制冷劑蒸汽冷凝時放出的潛熱，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)嵩矗ㄊ彝饪諝饣蜓�環(huán)水，其溫度均高于蒸發(fā)溫度t0）中取得Q0kcal/h的熱量，消耗了機械功ALkcal/h，而向高溫?zé)嵩矗ㄊ覂?nèi)取暖系統(tǒng)）供應(yīng)了Q1kcal/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+ALkcal/h
　　如果不用熱泵裝置，而用機械功所轉(zhuǎn)變成的熱量（或用電能直接加熱高溫?zé)嵩矗瑒t所得的熱量為ALkcal/h，而用熱泵裝置后，高溫?zé)嵩矗ㄈ∨�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)與熱機的工作循環(huán)正好相反，熱機是利用高溫?zé)嵩吹哪芰縼懋a(chǎn)生機械功的，而熱泵是靠消耗機械功將低溫?zé)嵩吹臒崃哭D(zhuǎn)移到高溫物體中去。
　　若熱泵與熱機具有兩個相同的熱源溫度，則熱機循環(huán)的熱效率η=AL╱Q1；熱機循環(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。
　　若制冷機與熱泵具有兩個相同的熱源溫度，則它們之間的關(guān)系為：φ=Q1╱AL=（Q0+AL）╱AL=ε+1，ε 是制冷機的制冷系數(shù)。由此可看出，熱量轉(zhuǎn)換系數(shù)的最小值是ε=1，在此極限情況下Q0=0，即沒有從低溫?zé)嵩次�取熱量�?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象（溫度較高的物體），其工作原理與制冷機相同，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，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，釋放出的熱量傳遞給了儲水箱中的水。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�、排到河川中的低溫�(zé)崴�等中的熱量，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，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性能系數(shù)）來評價。制冷系數(shù)的定義為由低溫物體傳 到高溫物體的熱量與所需的動力之比。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�需能量�?到4倍的熱能從低溫物體傳送到高溫物體�，F(xiàn)在歐美日都在競相開發(fā)新型的熱泵。據(jù)報導(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。
　　由于氟利昂對地球大氣臭氧有破壞作用，為了保護地球的生態(tài)環(huán)境，除了提高熱泵的制冷系數(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)包括熱泵主機和換熱儲水箱兩部分。熱泵主機部分包括風(fēng)冷式蒸發(fā)器、壓縮機及膨脹閥；換熱儲水箱為內(nèi)置冷凝盤管的儲熱水箱。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、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)制冷劑（例如氟利昂），首先在蒸發(fā)器里從低溫?zé)嵩矗ɡ�如冷凍水）吸熱并氣化成低壓蒸氣。然后制冷劑氣體在壓縮機內(nèi)壓縮成高溫高壓的蒸氣，該高溫高壓氣體在冷凝器內(nèi)被高溫?zé)嵩矗ɡ�如冷卻水）冷卻凝結(jié)成高壓液體。再經(jīng)節(jié)流元件（毛細(xì)管、熱力膨脹閥、電子膨脹閥等）節(jié)流成低溫低壓液態(tài)制冷劑。如此就完成一個制冷循環(huán)。
　　對于一臺分體式熱泵空調(diào)來說，夏天制冷時就是以室外機為冷凝器、室內(nèi)機為蒸發(fā)器，運行時就把室內(nèi)的熱量輸送到了室外。而冬季則以室內(nèi)機為冷凝器、室外機為蒸發(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現(xiàn)的。
　　熱泵空調(diào)里面有一個四通換向閥。在制冷工況下，室內(nèi)熱交換器就是蒸發(fā)器，室外熱交換器（夏天往外呼呼出熱風(fēng)的那個東西）就是冷凝器。冬季供熱的時候，四通換向閥切換，改變冷媒的流向，此時，室內(nèi)熱交換器就是冷凝器，室外熱交換器（冬天往外呼呼出冷風(fēng)的那個東西）就是蒸發(fā)器。由于冬季往外出冷風(fēng)，換熱器要結(jié)霜，所以等結(jié)霜到一定程度時，四通換向閥再切換，空調(diào)變成夏季制冷工況，室外熱交換器得到熱量，化霜，化霜完畢后，四通閥再切換到制熱狀態(tài)。除霜時，為了防止向室內(nèi)吹冷風(fēng)，故室內(nèi)機的風(fēng)機停止運轉(zhuǎn)。（當(dāng)然這種逆向除霜對舒適性有一定影響，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。
熱泵熱水器
種類
　　目前市場上熱泵熱水器種類很多，主要有太陽能助推型、水源和空氣源三種系列。太陽能助推式熱泵是熱泵與太陽能技術(shù)結(jié)合使用的一種熱泵技術(shù)；水源熱泵是利用一定溫度的水源（20℃以上）作為熱源以制冷劑為媒介，將水源中的熱量吸收后經(jīng)壓縮機壓縮制熱，通過熱交換器與冷水交換熱量以達(dá)到取暖和制取熱水的目的，水源熱泵必須有一定溫度和流量的水源；空氣源熱泵以水源熱泵類似方法從空氣獲得熱量來加熱水。三種熱泵中，空氣源熱泵受到的條件限制最小，發(fā)展空間最大，因此本文著重對空氣源熱泵熱水器進(jìn)行分析討論。
基本原理
　　熱泵熱水器的基本原理：它主要是由壓縮機、熱交換器、軸流風(fēng)扇、保溫水箱、水泵、儲液罐、過濾器、電子膨脹閥和電子自動控制器等組成。接通電源后，軸流風(fēng)扇開始運轉(zhuǎn)，室外空氣通過蒸發(fā)器進(jìn)行熱交換，溫度降低后的空氣被風(fēng)扇排出系統(tǒng)，同時，蒸發(fā)器內(nèi)部的工質(zhì)吸熱汽化被吸入壓縮機，壓縮機將這種低壓工質(zhì)氣體壓縮成高溫、高壓氣體送入冷凝器，被水泵強制循環(huán)的水也通過冷凝器，被工質(zhì)加熱后送去供用戶使用，而工質(zhì)被冷卻成液體，該液體經(jīng)膨脹閥節(jié)流降溫后再次流入蒸發(fā)器，如此反復(fù)循環(huán)工作，空氣中的熱能被不斷“泵”送到水中，使保溫水箱里的水溫逐漸升高，最后達(dá)到55℃左右，正好適合人們洗浴，這就是空氣源熱泵熱水器的基本工作原理。
　　空氣源熱泵是當(dāng)今世界上最先進(jìn)的能源利用產(chǎn)品之一。隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展與人們生活品位的提高，生活用熱水已成為人們的生活必需品，然而傳統(tǒng)的熱水器（電熱水器，燃油、氣熱水器）具有能耗大、費用高、污染嚴(yán)重等缺點；而節(jié)能環(huán)保型太陽能熱水器的運行又受到氣象條件的制約�？諝庠礋岜玫墓�熱原理與傳統(tǒng)的太陽能熱水器截然不同，空氣源熱泵以空氣、水、太陽能等為低溫?zé)嵩�，空氣源熱泵以電能為動力從低溫�?cè)吸取熱量來加熱生活用水，熱水通過循環(huán)系統(tǒng)直接送入用戶作為熱水供應(yīng)或利用風(fēng)機盤管進(jìn)行小面積采暖�？諝庠礋岜檬悄壳皩W(xué)校宿舍、酒店、洗浴中心等場所的大、中、小熱水集中供應(yīng)系統(tǒng)的最佳解決方案.