热泵是什么？热泵作用、热泵好处和热泵应用介绍

审核人：David Carmichael，解决方案工程师（2024年5月）

热泵是什么？热泵是暖通空调设备，通过在不同区域之间转移和交换热量，实现供暖和制冷。它们仅使用电力，不燃烧任何化石燃料。热泵通过与外部大气交换热量，正变得越来越受欢迎，因为它们可以高效地加热和冷却建筑物、企业和设备。

首先，热泵是什么？它是一种暖通空调设备，在需要制冷或供暖的区域（如建筑物）和外部大气（室外空气）之间交换热量。然而，地源热泵则是在地下循环液体，将建筑物的热量与地球交换。

尽管它们的形式和系统中的位置各异，但热泵的组成部分通常包括以下几种：

• **压缩机：**压缩气态制冷剂（以提高其温度），并将其泵送到整个热泵循环中。
• **外部（室外）盘管：**在制冷剂和外部空气之间交换热量。
• **内部（室内）盘管：**在制冷剂和空间的空气或用于分配热量的泵水之间交换热量。
• **膨胀阀：**在释放热量并液化后降低制冷剂的压力。
• **制冷剂软管/管道：**在盘管之间运输热量；绝缘以防止热量流失。
• **换向阀：**切换制冷剂的流动方向，允许在供暖和制冷之间切换。此阀门具有将制冷剂始终送入压缩机和膨胀阀（单向装置）中的适当方向的装置。
• **风扇：**外部盘管的风扇吹过制冷剂管线以交换热量。如果内部盘管与空气交换热量，它会有自己的风扇，但制冷剂-水系统则使用其他热交换技术。
• **电源线：**为压缩机、风扇、控制系统和仪器提供电力。
• **加热元件：**在寒冷天气中解冻外部组件。

现在我们已经定义了热泵的组成部分，那么热泵是如何工作的呢？它们遵循空调和冰箱中看到的制冷循环，尽管它们可以反向此循环，从而实现供暖或制冷。

当热泵处于供暖模式时：

1. 外部盘管的风扇将外部冷空气吹过盘管。
2. 这些空气中仍然含有可用的热量，液态制冷剂吸收热量并变成气体。因此，外部盘管是蒸发器。
3. 压缩机泵送气态制冷剂并对其进行压缩。对制冷剂的压缩（使用电能）提高了其温度，并增强了系统的热量增益。
4. 制冷剂与内部盘管交换热量，将热量直接输送到室内吹出的空气中或输送到建筑物供暖系统中的水中。
5. 制冷剂在失去热量后液化（使内部盘管成为冷凝器），通过膨胀阀时压力降低，然后重新进入外部盘管，重新启动循环。

当热泵处于制冷模式时，换向阀将制冷剂通过两个盘管的流动方向调换。

1. 制冷剂反而从内部盘管（现在是蒸发器）中吸收热量
2. 这种散热具有使房间降温的效果
3. 外部盘管（现在是冷凝器）的风扇将收集到的热量吹向外部空气

热泵的优点首先在于它能在一个单独的 HVAC 单元中处理区域的加热和冷却。与使用加热器或锅炉和空调相比，热泵系统意味着只需购买一台设备、为其留出空间、进行安装和维护。

热泵在加热方面的效率高于炉子或锅炉，因为热泵是通过搬运热量而不是产生热量。它们消耗的电能主要用于驱动风扇和压缩机，使得相较于能量输入，它们能产生较大的能量‘收益’。这种高效率意味着降低了成本和排放。

此外，这些热泵比炉子更安静，没有炉子带来的危险，如一氧化碳、火灾、天然气和过敏原。

热泵的组件有不同类型，可能具有不同的热泵循环配置。在配置热泵安装时，请考虑以下几点：

• **管道：**无管道的热泵非常适合改造，因为它们只需要一个小墙孔用于连接盘管之间的软管。带管道的单位适合新建的建筑，这些建筑设计用来使用热泵。
• **区域：**单区域系统有一个室内盘管单元，将加热或冷却的空气吹入房间。热泵的安装还可以有一个外部盘管服务多个内部盘管（和房间）。
• **内部盘管：**通常安装在室内，与外部盘管“分离”，但也有热泵将两个盘管集成在一个外部单元中。这些单元通过管道或软管将加热或冷却的空气或水送到建筑物中。
• **内部风扇：**一些热泵是小型的、简单的设备，专用于冷却设备。只有外部盘管有风扇，而内部盘管则交换冷媒和内部空气的热量，没有强制气流，类似于标准的散热器。

英国政府正在推动更多企业安装热泵，以实现到 2050 年完全净零排放的目标。这包括了像锅炉升级计划这样的激励措施：提供补助金，帮助企业支付转用绿色工业供热的过渡费用。虽然一些人对热泵在严冬中的有效性持怀疑态度，但它们在像瑞典、瑞士和挪威等寒冷的欧洲国家已经被证明是有效和受欢迎的。这表明英国完全利用热泵的潜力是可行的。

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