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引言

根据热力学第一定律，能量不可能被创造也不可能被消灭，但能从一种形式转化为另一种形式。如果我说有一种方法只需要消耗一份能源，却产生三份热量

这听起来是否像违反物理定律的天方夜谭呢？

而空气源热泵技术就是这样一种通过少量做功，将不能直接利用的低位热能转换为可以利用的高位热能，变废为宝的技术。

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背景

在现代人类社会中，几乎没有什么活动是离得开能源的。

据统计，如果将全部能源消费换算成标准煤，从到这10年间，我国的年能源消费总量逐年攀升，十年间增长了近29%。

我国是一个能源消费大国。虽然近年来煤炭在能源消费总量中占比略有下降，但是依然维持在一半以上，而一次电能及其他能源占比在逐年升高。表明我国的能源消费结构正在降低对化石能源的依赖。

到目前为止，清洁能源并不能够完全取代化石能源。化石能源是一种不可再生资源，如果无限制开采利用，总归会有枯竭的一天。因此开发节约能源的技术，来减少能源消耗是刻不容缓的。

人们需要使用热水，冬天的房屋需要供暖。在工业生产中，工厂需要消耗大量的热。那么这些热量是从哪里来的呢？我们知道，可以通过燃烧煤炭、石油、天然气等燃料产生高温。

或者是将电热丝通电获得热量，从而满足热需求。

然而家用燃气灶烧水的热效率约为60%。工业高炉的热效率约为80%左右。

如何提高能源的利用率呢？

02

空气源热泵技术原理

空气源热泵可以从低温空气中捕捉热能，通过少量的功的输入，获得大量的高温热能，达到节能目的。

那么空气源热泵是怎么做到的呢？这就要说一说压缩蒸汽热泵循环了，压缩蒸汽热泵循环以水蒸气或其他蒸汽作为介质，在系统中完成包括等压吸热（4-1）、绝热压缩（1-2）、等压放热（2-3）和绝热节流（3-4）的逆时针热力循环。

低压低温的液态介质通过蒸发器从空气中吸热，气化成过热的蒸汽形式；再由压缩机压缩变成高温高压的过热蒸汽，在高压下的蒸汽冷凝温度高于需求温度，且处于过热状态。

过热的介质释放少量显热变为饱和蒸汽后，在由气态冷凝成液态的过程中，温度压力保持不变，且会释放大量的潜热形成饱和液。

饱和液继续放热，温度降低可以继续释放少量显热，通过换热器可以使制冷剂将这些热量传递给需要被加热的水、空气等介质，可以达到加热的目的。

此时的制冷剂是高压的过冷液体，可以通过节流阀使压力降低，再次恢复低温低压的状态，也就是说制冷剂已经完成了一个循环，温度低于空气温度，准备好参与下一个循环过程，从空气中再次吸热了。

03

应用与展望

以下图的一款空气源热泵举例，这样的一款热泵上方是和空气换热的换热管，下面的机箱里是压缩机、冷凝器等设备。可以通过这款设备加热生产80摄氏度的热水，按照20摄氏度额定工况下每天工作8小时来估算，一台这样的热泵机额定制热功率为56千瓦，额定输入功率22.4千瓦，那么每年这台机器就可以节约大约30万千瓦时的电能，约合37吨标准煤。

这还只是一台空气源热泵热水器的节能量而已。除了用于热水，空气源热泵技术也被广泛应用于供暖、储能等民用商用或工业领域。

空气源热泵作为一种高新技术，通过改进工作介质、循环结构及所利用的设备效率，依然有非常大的效率提升空间。

视频见??：

参考文献

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来源：制冷所徐震原课题组

编辑

匡浩民

审核

金思雨

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