技术揭秘热泵的工作原理及优势

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在全球能源升级转型的大背景下，热泵市场近年保持高速发展。而 2022 年初俄乌地缘冲突突发导致欧洲油气价格飙升，叠加政策刺激推动，短期内欧洲热泵需求爆发。下面我们就热泵的概念分类、技术优势等多个角度深度解析热泵行业发展。

一、概念及分类

热泵是一种由电能驱动能够高效利用低品位热能的加热装置，热泵机组可从自然界中吸收热量，经过热泵的“搬运”（电力做功驱动热泵），获得可用于生产、生活的热能。热泵的热效率通常可达 300%-400%以上，即 1 度电至少搬运 3-4 度电，其热效率比直接制热的电热水器、燃气锅炉采暖等高出几倍，且几乎无污染。因此，推广热泵是大力推动节能减排、助力全球“碳达峰、碳中和”的最重要路径之一。

目前市面上常用的热泵可以主要分为三类——空气源热泵、地源热泵、水源热泵。

1.空气源热泵：从空气中吸热

空气源热泵是按照“逆卡诺”循环原理工作的。通过压缩机系统运转工作，吸收空气中热量制造热水。

具体过程是：压缩机将冷媒压缩，压缩后温度升高的冷媒，经过水箱中的冷凝器制造热水，热交换后的冷媒回到压缩机进行下一循环，在这一过程中，空气热量通过蒸发器被吸收导入冷媒中，冷媒再导入水中，产生热水。通过压缩机空气制热的新一代热水器，即空气源热泵热水器。

按照热输配对象的不同，空气源热泵又可分为有“空气-空气”和“空气-水”两种。而由于用水作为换热媒介，对于人体感受上更为温和、舒适，因此“空气-水”热泵被更广泛推广和应用。

2.地源热泵：从土地中吸热

由于地表浅层温度受大气影响小，其温度常年维持在 16-18 度（以实际地方为准），远高于冬季室外温度，又低于夏季室外气温，所以以地源为冷热源的地源热泵系统，不仅突破了传统空调系统的技术障碍，而且还大大提高了空调的运行效率。优点：适用于地热资源丰富的地区，如部分北欧国家等；缺点：需打孔深入地下埋管，工程复杂，长期从土地吸热易形成冻土。

3.水源热泵：从水中吸热

水源热泵是利用地球表面浅层的水源，如地下水、河流和湖泊中吸收的太阳能和地热能而形成的低品位热能资源，采用热泵原理，通过少量的高位电能输入，实现低位热能向高位热能转移的一种技术。夏季高温，将建筑物中的热量转移到水源中，达到制冷的效果。冬季就从相对稳定、温暖的水源中提取能量，提升温度后送到建筑物中，以达到制暖的效果。同样，按照热输配对象的不同，水源热泵又可分为有水-空气式热泵和水-水式热泵两种。优点：适用于河流资源丰富的地区；缺点：受环境限制，若河流较小或不流动，长期吸热易造成结冰。

4.小结

空气源热泵是目前最成熟、最经济、最容易实现的方式，自然也最利于大规模普及。

二、与传统冷暖空调相比优势

热泵的技术脱胎于冷暖空调的压缩机-冷媒系统，而空气源热泵的 COP（热效能转换）普遍为 300%以上，即 1 度电可带 3 度电甚至更多，而传统空调直接用电加热/制冷 COP/EER 仅在 100%上下，即空气源热泵在日常家用制热、制冷时用电量约仅为空调的三分之一。

热泵的原理是利用电能驱动热泵吸收空气中的热量，其初始热能来源于空气中，与锅炉、电加热器等制热装置相比，热泵的突出特点是消耗少量电能或燃料能，即可获得大量的所需热能。传统冷暖空调不具备直接从空气中吸收热能的作用，热交换过程全由电能驱动，因此用户所获得的热能与所消耗的电能基本相等，COP 约等于 1。

与同为“逆卡诺”循环的冷暖空调比，空气源热泵需要承受更高的冷凝压力和压缩比，带来了更高的热转换效率；同时为了达到更广泛适用的环境温度要求，空气源热泵各零部件性能指标要求更高。具体而言，空气源热泵在系统除霜、使用环境、零部件、运行方式等方面与空调存在较大差异，因此其对零部件性能的要求更高，制造成本也相应更高。