演講者：秦曉宇

推薦單位：北京制冷學(xué)會(huì)

提起熱泵，大家可能都有些陌生，但是說(shuō)到“煤改電”，大家肯定都有所耳聞。近年來(lái)我國(guó)冬季飽受霧霾困擾，燃煤污染對(duì)霧霾天氣的形成有著巨大影響，為了減少冬季的燃煤污染，改善空氣質(zhì)量，國(guó)家大力推行煤改電政策，其中的一個(gè)重要途徑就是采用空氣源熱泵進(jìn)行供暖。

那么熱泵究竟是什么呢？我們的生活中有各種各樣的泵。比如說(shuō)水泵就是把水從較低的位置送到高處，進(jìn)而來(lái)提升水的高度。直觀感受來(lái)看，熱泵可能是用來(lái)提升熱量的高度，那么熱量的高度用什么表示呢？沒錯(cuò)，熱量的高度就是用溫度表示了。說(shuō)熱泵提升的是溫度可能有些難以理解，告訴你個(gè)小竅門，你把熱泵看作是一個(gè)加熱器就好了。那么和普通的加熱器相比，熱泵有什么好處呢？我在這先賣個(gè)關(guān)子。

讓我們一起來(lái)追溯一下熱泵的歷史。熱泵的模型早在1852年就被湯姆遜建立在紙上了。到了1927年，霍爾丹將熱泵應(yīng)用于家庭供暖。20世紀(jì)60年代以后，熱泵技術(shù)得到了飛速的發(fā)展，除了為家庭供暖，熱泵的用武之地還有很多。在生活中的方方面面都有熱的需求，可以說(shuō)哪里需要熱量，哪里就應(yīng)該出現(xiàn)熱泵的身影。

說(shuō)了半天有朋友可能會(huì)想：熱泵究竟是怎么運(yùn)行的呢？容我給大家科普一下熱泵的循環(huán)。最簡(jiǎn)單的熱泵循環(huán)是由四個(gè)部件組成，它們分別是蒸發(fā)器、壓縮機(jī)、冷凝器、節(jié)流裝置，部件之間由管路連接，管路里邊流動(dòng)的就是熱泵工質(zhì)。熱泵系統(tǒng)是靠電驅(qū)動(dòng)的，在蒸發(fā)器中，熱泵工質(zhì)將從空氣中吸收熱量，通過(guò)壓縮機(jī)將這部分熱量連同輸入給壓縮機(jī)的電能一起送到冷凝器當(dāng)中，冷凝器再把這些熱量釋放給用戶，這樣用戶的屋子里就暖和了，也有熱水可以洗澡洗衣做飯了。

說(shuō)起熱泵的循環(huán)可能有些難理解，給大家舉一個(gè)通俗的例子。請(qǐng)大家把熱泵工質(zhì)看作要給一戶頂層居民送貨的搬運(yùn)工。從環(huán)境空氣中吸收的熱量，是搬運(yùn)工要送的貨物。在電能的驅(qū)動(dòng)下，搬運(yùn)工開始爬樓梯，搬運(yùn)工一邊爬樓梯一邊把輸入的電能也轉(zhuǎn)化成了熱能，最終他把從空氣中吸收的能量和驅(qū)動(dòng)他上樓的電能都送給了住在頂層的住戶，這個(gè)住戶最終得到的熱量就是從空氣中吸收的能量和驅(qū)動(dòng)搬運(yùn)工運(yùn)貨的能量之和。

所以說(shuō)，熱泵的作用是將空氣中吸收的能量連同電能一起泵送到用熱端。我們把從空氣中獲取能量的熱泵叫做空氣源熱泵，同理，還有水源熱泵、土壤源熱泵等。那么我們又是如何比較不同熱泵的性能呢？

這就要請(qǐng)出我們熱泵界大名鼎鼎的評(píng)價(jià)指標(biāo)COP了。COP的定義是熱泵系統(tǒng)提供的熱量與熱泵消耗電能的比值，可以看到對(duì)于熱泵來(lái)說(shuō)，其COP值始終是大于1的，這就回答了我前面提出的與普通電加熱相比，熱泵究竟好在哪里的問(wèn)題。消耗同樣的一份電能，使用電加熱最多收獲一份熱量，而熱泵可以獲得大于一份的熱量，區(qū)別在于利用了空氣中的這部分能量，熱泵的節(jié)能效果，就體現(xiàn)于此。

說(shuō)了這么久，大家可能很好奇，我現(xiàn)在的研究工作是什么，我的研究問(wèn)題主要集中在以下這兩個(gè)方面：熱泵在低環(huán)境溫度下的工作適應(yīng)性問(wèn)題，以及如何盡可能地提高熱泵加熱熱水的出水溫度的問(wèn)題。

還拿搬運(yùn)工來(lái)舉例子吧，在一般的出水溫度要求下，我們的搬運(yùn)工可以很快完成任務(wù)，但是在低的環(huán)境溫度時(shí)，就相當(dāng)于是將樓層的數(shù)目增加了，比如一開始是讓搬運(yùn)工從一層開始搬運(yùn)貨物，現(xiàn)在要求他從地下五層開始搬運(yùn)到同樣的位置，他會(huì)感覺到很費(fèi)勁;當(dāng)有較高的出水溫度要求的時(shí)候，就相當(dāng)于搬運(yùn)工所經(jīng)過(guò)的每一節(jié)的臺(tái)階都變高了，這樣他們工作起來(lái)也會(huì)感到很吃力。

為了解決現(xiàn)在遇到的這兩個(gè)問(wèn)題，我想到的應(yīng)對(duì)辦法是這樣的：首先，在較低的環(huán)境溫度時(shí)，使用混合工質(zhì)，也就是多叫幾個(gè)搬運(yùn)工過(guò)來(lái)，讓他們?cè)诒舜俗钍孢m的樓層干活，形成接力的效果，這樣干起活來(lái)就沒有那么費(fèi)勁了;其次，在應(yīng)對(duì)很高溫度的出水要求時(shí)，我會(huì)挑選使用性能良好的工具，也就是讓身強(qiáng)力壯的搬運(yùn)工出來(lái)干活，并且對(duì)熱泵的循環(huán)進(jìn)行優(yōu)化，也就是幫助搬運(yùn)工減少爬樓梯時(shí)遇到的阻力，保證他們的工作效率。

現(xiàn)在熱泵已經(jīng)走進(jìn)了千家萬(wàn)戶，但是相比較于擁有廣袤土地的我們的祖國(guó)來(lái)說(shuō)，熱泵普及的地方還是很少，特別是一些冬季寒冷的地區(qū)，目前的普通熱泵是沒有辦法正常工作的，而我的研究工作就是讓熱泵普及到冬季更加寒冷的地方去，去適應(yīng)各種極端的環(huán)境，這也是我的導(dǎo)師為我定下的目標(biāo)。我期待在不久的將來(lái)，熱泵技術(shù)可以為更多的家庭提供便利，為我國(guó)的節(jié)能減排事業(yè)做出更大的貢獻(xiàn)，讓我們的生活迸發(fā)出新的活力！