空气能热泵工作原理浅析

空气源热泵采用的工艺是世界特别关注的能源替代品，同时也是在煤炭燃烧、锅炉用油、热水器耗电之后的纯净、绿色、省钱的供热方式之一。在欧美的众多发达国家，作为清洁科技的空气源热泵早已经家喻户晓及广泛使用。它于20世纪末进入中国，凭借明显的节能及高效等综合优势，普及速度很快。节能减排早已成为了时代进步的主旋律，节约不可再生能源，可实施可操作的低碳是我们必须尽的责任。

1. 热泵工作理论

热泵采用的工艺乃为卡诺循环的反过程道理，将免费的大气中的可再生热能量通过有限的机械能转移、传递到水中。机组以极少量的电能为初始动力，把制冷剂成为载体作用，因为其能够持续不断地把免费大气中的热能吸收进来，高效地转化成热量，实现低温热源向高温热源的转移，再将高品位热能释放到水中制取生活热水。由于工艺流程不是直接用电热元件加热，而是消耗1kW的机械电能Q1，机组运行、利用制冷剂的相变从空气中吸收3kW的免费空气热能Q2，冷水进入机组，被加热成高温热水，得到4kW的热量Q3，因此其能效可达到纯用电的电热水器4倍，大大节约了电力的消耗。

可是热量如何使得低温水变成高温水呢？由热力学定律的第二条我们了解：热量不可能自发主动地从低温传到高温。大家都知道，水总是主动地从高处向低处流动，同样的道理，热量也是自发地从高温物体传递到低温物体，而水泵的功能就是使用机械能把水从较低的地方提升到较高的地方。而热泵的功效就是使用有限的机械能，从而实现热量从较低温的物体传递到较高温度的物体。

2.空气源热泵核心组件

其内部结构包含四个部件，也就是压缩机、冷凝器、膨胀阀、蒸发器。其核心组件的工作流程如下：第一，压缩机低压制冷剂压缩机后将返回，低压制冷剂变成高温高压气体放电；第二，高温高压制冷剂气体流经线圈铜管的外箱，由铜导电气体的热水箱，实现传播的加热和冷却制冷剂的作用下持续到液体的压力；第三，为液体制冷剂膨胀阀后进入蒸发器，蒸发器严重减少，因为压力，所以液体制冷剂迅速蒸发成气体，吸收空气中大量的热量；第四，在风扇的作用下，大量的空气通过蒸发器的外表面，空气中的热量被吸收蒸发器后，空气温度降低，迅速进冷空气回到厨房，然后吸收一定的能量回到压缩机，制冷剂循环到下一个循环。

空气源热泵的工作原理和空调原理有些类似，即逆卡诺原理，压缩机的应用将大量的低温热能吸收空气中，压缩成高温热能，热能转移到水箱，加热水。整个过程是一个能量传递的过程，空气中的热量转移到水。这表明这个过程不是能量转换的过程，也不是通过电热元件加热水或燃烧的可燃气体加热水。空气源热泵释放的能量交换的热水箱，利用循环使气体变成液体，从而在压缩机工作过程产生热量，热量从液体制冷剂冷却流到室内，热交换管和室内空气交换。

3.空气源热泵的特点

3.1 安全

因为使用空气源热泵技术的传热而不是直接电热元件加热，因此相对于电热水器，空气源热泵已经消除泄漏的安全隐患；相对于燃气热水器，没有气体泄漏的安全隐患，如一氧化碳中毒、与其他空气源热泵热水器相比有更多出色的安全性能。

3.2 舒适

空气源热泵可利用再生能源，其加热功能可以自动开始根据水箱的温度，热水24小时全职可以达到足够的供给，不会出现如燃气热水器那样不能同时满足多个自来水龙头的现象，也不会出现小容量电热水器那样人们需要等待洗澡。相比于其他空气源热泵热水器有充足的热水，水产量和恒定的水温可以设置，满足舒适度的要求的热水。

3.3 省钱

由于空气源热泵能耗只提供热量的四分之一能源电热水器，相当于产生等量的热水，空气源热泵的使用，电动电加热器只有0.25。在一个四口之家，例如，假设正常热水消费为200升/天左右，电热水器加热，电是大约4元/天，而空气能热泵需时约1元/天，只提供热水的这个项目，所以家庭可以为电力每年节省约1000元。

3.4 在厨房里冷却

厨房制冷是空气源热泵的最大优势，因为平均热水器（如电热水器、燃气热水器、太阳能热水器等）生产热水的同时，不能有制冷功能。如果厨房要额外的冷却效果，就需要买一个空调在厨房里。因为厨房油烟的特征是一个非常特殊的环境，所以厨房空调常见的空调是不一样的，市场上同类型产品的价格一般在4000元左右。

3.5 绿色环保

燃气热水器燃烧可燃气体加热，热水生产热水同时排放大量的二氧化碳、二氧化硫等有害气体。但只有空气源热泵转移周围空气的热量，传递到水，这个过程是完全可以实现零排放，所以几乎不影响环境，是真正的绿色环保热水器。

3.6 低碳

如前所述，空气源热泵是逆卡诺原理，它使能量转移到空气中的水，不能直接利用电热元件加热，热效率可以实现其等效系统电热水器的4倍，大大节省了电能的消耗。

4.空气源热泵的主要用途及使用方式

空气源热泵主要有以下三种使用方式，并在目前广泛使用，分别为空气源热泵地暖、空气源热泵中央空调、空气源热泵热水器。

4.1 空气源热泵地暖

空气源热泵地暖通过将空气中的低品位热能经过压缩机压缩后能量转移转化变成高温热能，将水温由原来的低温加热升高到不超过60℃，通过加热温度升高后的热水作为热媒在专用供暖管道内进行循环，热水管流经地面装饰层，地面在地面辐射和对流作用下温度升高，热量从建筑物地表逐渐向整个室内空间辐射扩散。尤其产生的热量呈均匀分布，并且没有热风感，有利于在提高人体舒适度的同时，达到保持环境中的水分、提高舒适度的功效。由于此工艺可以全天24小时的供暖，易于安装，埋在地下，不占据室内空间等诸多强大优势，并且还可以搭配不同的装潢风格，满足家用与商用等不同需求。

4.2 空气源热泵中央空调

空气源热泵中央空调通过从室外获取大量的、免费的空气中热量，再通过有限的、较少的机械能将热量转移到室内，实现1份电力产生至少3份以上热量的节能效应。由于空气源热泵的效率高，没有任何污染物排放，并且也不会影响大气环境，空气源热泵为业主和开发商选择使用方便、绿色节能、运转高效的中央空调又提供了更加良好的一个选择。目前市面上最先进的涡旋强热技术便是使用空气源热泵技术的中央空调。

4.3 空气源热泵热水器

空气源热泵热水器是在普通热水器中通过装载的空气源热泵，不断把空气中的低温热量吸收进来，经过压缩机压缩后转化为高温热能，并以此来加热水温。与传统的电热水器和燃气热水器截然不同的是，传统的热水器均是通过消耗能源，例如燃气和电能等来获得热能，而空气源热水器是通过吸收、转移空气中的大量免费热量来达到加热水的目的，在消耗相同电能的情况下可以吸收相当于三倍电能左右的空气中的热能来加热水，而且克服了太阳能热水器阴雨天不能使用、安装占用大量屋顶空间、增加屋顶结构荷载、影响建筑立面效果等诸多不便，具有高安全、高节能、使用寿命长、无需排放有毒、有害气体等绿色环保的诸多优点。空气源热泵热水器具有高效节能的特点，在制造等同的热水量的前提下，空气源热水器消耗费用仅为电热水器的1/4，甚至比电辅助太阳能热水器产生的能效更高。

空气源热泵作为一种先进的热泵技术，因为其具备使用成本低、操作简单、制热效果好、安全可靠、绿色洁净等多重优势，并且它可以把无处不在的空气中的大量免费能量作为主要动力，通过有限电能驱动压缩机运转，实现能量的转移，因此空气源热泵享有“大自然能量搬运工”的美誉。与其他各种需要复杂配置、消耗不可再生能源、释放有毒有害气体等流程的工艺相比较，空气源热泵能在保证取热功效的同时减少了传统工艺对大气环境带来的污染，故应大力推行，广泛应用。