講座|第37期 編輯|木又寸
大家晚上好，很高興能在這個群和大家交流一下技術。也很高興能受到邀請和大家一起來交流熱泵的一些東西。
前 言
曾經(jīng)有一個東北的院士打電話告訴我說熱泵是永動機，我感覺很不理解。所以今天我想用一些淺顯的語言為大家解釋一下熱泵是怎樣的。
我們很容易百度到熱泵的解釋。這是一種設備，不是水泵，它把熱量從低的地方搬到高得地方。有很多人不理解熱泵的工作原理，就認為熱泵是永動機。
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最簡單的解釋，就是這個圖。
低壓鍋在平時生活中是沒有的，但是這里為了比較好解釋，我們假設有，這種狀況其實就是高原地區(qū)的情況。
冷凝器、蒸發(fā)器、壓縮機就這樣組合在一起，人為的造成了一個高壓和低壓。無論是在高壓鍋還是低壓鍋里面都是高熱量往低熱量傳遞。
無論熱量來源于水還是土壤，其實都是來至太陽。熱泵本身其實只是搬運熱量。他把熱量從一個地方搬運到另一個地方，并沒有讓熱量消失。
但是熱泵大家眾所周知，所用的電力是一小部分。其它的來自于環(huán)境的免費熱量，隨著環(huán)保壓力越來越大，市場量也越來越大。空調(diào)其實也是熱泵，只是我們平時不大關注罷了。
更為專業(yè)的講法，其實我們會講叫熱機，蒸氣機。瓦特的蒸氣機進入了機械時代，利用熱來獲得機械功。但效率永遠低于一。石油是中國的詞匯，早期用來造墨。瓦特發(fā)明之后，直接開啟了礦石資源的利用 。
那熱泵開啟了節(jié)約能源的新時代，原理就是逆卡諾循環(huán)。用機械能來獲得熱量方式，從低溫熱能轉(zhuǎn)換為高溫。輸入一部分機械功，但在用戶端大于一。這也是節(jié)約能源的原理。和熱機是一個逆向的過程，是功和熱互相轉(zhuǎn)換的過程。
我覺的將來全世界范圍內(nèi)有各種各樣的方式。雖然最近能源價格在走低。但我有一個觀點，能源最終一定是電力，地球到毀滅這一天，電力是最后一個能源。礦石資源利用對環(huán)境都有影響，譬如說二氧化碳，電力是一種比較清潔的能源。
我們經(jīng)常說，能源是有密度的，我的理解不一定準確，譬如說一根電纜，一個燃油管道，運煤車，蒸氣管道等，顯然密度最高的肯定是電力。一個小小的電纜，像超高壓電網(wǎng)，可以輸送很多能源。但如果是其它管道，輸送其它東西，能源傳輸是不一樣的。這是一個比方。
南方朋友講，為什么做空調(diào)？直接引進高溫外界空氣就好了，不是就可以降溫么？這實際上能源運輸角度是不劃算的，不考慮技術上是否可以實現(xiàn)。
將來，中國最佳方式，少數(shù)高壓蒸氣以外，所有的能源都轉(zhuǎn)化為電力，通過電網(wǎng)，輸送到應用端?？梢韵胂瘢瑢砻簹夤艿揽赡芏枷?，只有電力的那一天，霧霾可能就已經(jīng)消失了。電獲取的方式可以更清潔，即使是煤電。
前面講了熱泵的個人理解、原理及優(yōu)勢。在熱泵里，有一個最廣泛，就是空氣源熱泵。這是因為，是成本，便利性，安裝空間。非常 靈活，安全，高效，所以發(fā)展最近很快。最快的就是中國，因為中國需求最旺盛，在國外反而慢一些。
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從空氣源來講，有不同看法。在行業(yè)內(nèi)，有人士講，能效要大于2.7.才能廣泛使用。另外，太陽能和熱泵怎么樣更劃算。這其實只要計算下，簡單就能有一個結論。
今天由于時間關系，我不發(fā)計算了。有機會，我把測算過程，用數(shù)據(jù)發(fā)布給大家。對中國來講，70%電力來自煤。所以專家的看法可能對，熱泵可能不環(huán)保，因為發(fā)電效率的關系。但以下原因，熱泵還是會被推薦，因為電力來源廣泛，如果來自于環(huán)保能源。那就沒有問題。如果來自于電網(wǎng)中削峰平谷的電源，也是認為非常環(huán)保節(jié)能的。
那么問題二，我直接講結論。除了少數(shù)日照時間特別長的地區(qū)，西藏，云南之外，投資太陽能和熱泵是經(jīng)濟的，建議只投熱泵。如果因為政策的原因，必須投太陽能，那另當別論。但絕不建議同時把錢投入到太陽能和熱泵上。
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但空氣能有一個先天不足，總結來講，低溫性能下降，熱泵是環(huán)境溫度低的地方取熱，和取熱放熱溫差有關系，溫差越小，取熱越容易。這和爬樓梯是一個道理，爬樓梯多，自然累。另一個就是結霜，這也無法避免。
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那如何來解決低溫性能下降呢？這是一個永恒的話題。盡可能的避免這個問題。各廠家都是類似的手段，變頻，雙級壓縮，噴氣增焓，增加換熱面積。我相信增加換熱面在各因素中最重要一些。
在這些技術里面，其中一個比較成熟，對我們來講，也是用的比較好，就是噴氣增焓。在09年，我們就開始商業(yè)化，2009-2016年，五六年時間，我們實際案例應用，今年又推出升級換代產(chǎn)品，對這個技術中，我們有比較深刻的理解。
這里發(fā)一張噴氣增焓的示意圖，這個技術有兩個好處：一是低溫條件下，有10-20%的效率提升，譬如說，同樣的主機在零下15度左右，十千瓦，相對于增焓，可以達到十二千瓦。
因為我們選熱泵和空調(diào)不一樣，按標準工況選就行。熱泵一定要按最低氣溫來判斷選擇。如果能提高15-20%。說明選型時可以降低一下壓縮機的功率的。降低設備容量。這個技術還有一個好處，如果溫度一直降低到零下二十三十時，系統(tǒng)會變的更安全。
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那么這個原理，其實投熱能力提高，更安全也好。主要就是增加加氣量，壓縮機本身需要冷卻，冷卻就是來自于回氣的蒸氣。當環(huán)境溫度低時，壓縮機溫度會更高，這跟打氣桶原因是一樣的。
從這個意義來講，噴氣增焓投入產(chǎn)出比很高，相對來講，只要在回路上增加空氣膨脹閥，當然實際會比較復雜。當環(huán)境溫度過低時，也可能回氣量不足，這時候排氣溫度就會升高，會可能導致壓縮機失效。
要使壓縮機排氣溫度受控，最簡單的方式用旁通。常規(guī)如果沒有噴氣增焓時，控制電子膨脹閥大點，有回液，也有這效果。但這可能會導致系統(tǒng)效果下降，不是節(jié)流的正確位置上?？刂婆艢鉁囟?，兩者結合，可以有安全性，有很好的可控性。在實驗室，和實際應用，在零下三十度，完全可以制取45度，比較安全。如果到這個效果，基本都可以在北方使用了。
另外就是結霜，我認為這無法避免。因為在蒸發(fā)時低于零度，空氣中只要有水份，就一定會成冰。怎么減少這個情況，我認為有四點：一是更大換熱面積；二更合理的換熱器設計；三，有效的化霜模式；四，準確的進入點和退出點。
具體的每一臺機械里，熱泵為什么比空調(diào)更難做。空調(diào)是單制冷，室外環(huán)境比較窄，十幾度區(qū)間。室內(nèi)環(huán)境也比較小，就是20-30之間，所以整個工況對熱泵是比較從容的。但對制熱，環(huán)境變化要求比較苛刻，15到零下30度。室內(nèi)變化也很大，所以熱泵在行業(yè)做的比較好的確不多。
傳統(tǒng)空調(diào)廠都是制冷為主，這樣設計的熱泵，有一定局限性。目前國家標準，都是制冷為主，考核的能效也是如此。EN1485 14511這樣的歐洲標準，國內(nèi)也應該參考實施，這些專門是用來考核投熱效率的。
不管怎么說，產(chǎn)品技術發(fā)展永遠快于標準 。我們現(xiàn)在也會逐步把執(zhí)熱泵用的越來越廣泛，用于采暖，熱水等，還有工業(yè)用途，越來越多的使用。
對于這種解決方式，傳統(tǒng)上有很多弊端。譬如說冬暖夏冷，夏天空調(diào)，冬天用城市供暖。但舒適性可能比較差，熱傳送損失很大，這也是一種浪費。除此這外，熱水空氣，水，都有一些問題。
傳統(tǒng)的解決方式，有一定沿襲性。只有中國和前蘇聯(lián)采用了集中供暖的方式，就是能耗大。南方也考慮采暖，用什么路線，我個人有一些想法。
那么將來的這種需求，應該是獨棟設備來解決問題。分戶好處在于自主性，缺點是設備投資大、占空間、能耗高、大集中、個性化比較集中，如果將來國家能為每幢樓提供集中設備房的話，可能這種方式會是最佳的。假設一幢樓400戶人，每戶都裝中央空調(diào)，凈水，新風。
如果光設備占的空間、不美觀、不劃算，就象下面這張圖，樓頂空間用上，不同設備，不同廠家，這是一個非常好的建議。當然，這種系統(tǒng)來講，需要更多廠家共同去做。在北方，集中供暖是強需求。南方慢慢會一些影響。
