传热学理论告诉我们，热量只能由高温自发地向低温传递，低温热源不可能将热量自动富集到高温热源中去的。如果要想实现反方向的温度传递，即将低温区的热能收集起来输送往高温区，就必须先选用比低温热源沸点更低的工质来作为载热介质，先通过一个膨胀阀将工质膨胀蒸发汽化，然后利用膨胀汽化后的低温工质在蒸发器中充分吸收低温热源的热量随后启动压缩机作为机械动力，将载有潜热汽化的低温工质，搬运到需要富集热能的地方同时对其施压，强迫低温工质在冷凝器里释放出所携带的热量，重新凝结成液体流回到储液罐中，等待进人下二个吸热～放热循环。只有通过上述低温工质的吸热~放热的中介转换，才有可能实现将低温热源的热量，富集起来并实现向高温热区的转移。科学家们把能将低温区热量逆向搬运流向高温区的物理现象，称之为“逆卡诺循环”。此种。逆卡诺循环。有如通过水泵，将低位凹塘中的水，提升到高处水塔中一样，因而人们就形象地将能实现。逆卡诺循环。搬运热能的机械装置，就简称为“热泵”——即能将低温热富集起来，并移送输往更高储热装备泵中，如图4.1所示：

逆卡诺循环原理图

工作原理结构图

也就是说所谓“热泵”，就是一种用于专门收集周围(空气、水、地热)环境中低温热源的热能，并实现将低温热能富集和有效搬运传输的设备。热泵使用低沸点物质作为工质，利用工质低压膨胀汽化吸收热量，高压冷凝液化释放出热量的物理现象，来实现对低温热量的有效收集，并通过压缩机械动力做功，将所获取的热量有效地异地传输给高温蓄能部件的装置。热泵所采用的低沸点工质，在。逆忙诺循环。的过程中，只是发生了形态的改变和还原，内能并没有因此发生任何不可逆转的根本性变化。如果，热能在正向循环时，评价热能传导的好坏，我们用循环效率()来表示的话。那么，衡量热能逆向循环效果的优劣，我们通常就用能耗比(COP)来表述。所谓能耗比(COP)就是指系统所获得的热能(Qc)，与实现该过程中所消耗掉的电量( Wo)之比。

公示即：COP = Qc / Wo【4.3.1】

如果系统所获得的热量Qc；从自然环境中获取的热量为Qa；根据热力学第一顶入，在“逆卡诺循环”过程中实际消耗掉的功Wo就应该为：

Wo = Qc -Qa 【4.3.2】

根据【4.3.1】与【4.3.2】两公式：

得出——> COP = Qc / (Qc-Qa)【4.3.3】

从【4.3.3】公式中可知，在理想的逆卡诺循环中，能耗比（COP）与温度成反比，假设[冷凝器输出的温度为T1；低温热源输入蒸发的温度为T2]那么可以得出如下公式：

COP = Qc / Wo = T1 / (T1-T2) 【4.3.4】

在(4.3.4)式中，由于输出温度(T1，始终高于输入温度(T2）所以，可以说热泵的能耗比(COP)始终大于1！因此，我们可以肯定地说，如果选用“热泵”作为太阳热水系统的辅助能源，必然具有较好的经济效益，同样从(4.3,4)式中，我们还可以看到能耗比(COP)随着(T1-T2)差值的减少，cOp值反而会得到更大的提高换句话说，对于空气源热泵而言，随着环境温度(T,)的提高，热泵、能耗比(COP)的转换效率会更高。也就是说，如果我们能利用太阳能将热泵、蒸发器附近的空气温度(T2)尽可能地加热升温，我们热泵的产热效率，就将会得到极大的提高。

通过(4.3.2)式，我们知道热泵系统实际消耗的能耗是由两部分组成，如果我们能将(Qa.)部分也加以有效利用，系统总的经济收益就会得到显著的提高。众所周知，当空气通过热泵蒸发器，将空气中所载热量交换给低温工质之后，空气温度平均一般会降低5℃～7℃如果我们能有效地将被降温后的冷空气同时加以回收，再适当处理后作为新鲜冷空气输往室内用于空调降温，那就相当于又节约了一大笔空调制冷降温(Qa)所需消耗的能源费用，根据这一思路，昆明南开能源研究院在2002年，曾专门开发了一款新技术产品——。空气源热泵冷气回收利用装置。利用该装置将经过空气源热泵蒸发器被热交换降温后的冷空气收集起来，同步通过静电除尘，电离溴氧杀菌后，再输入到室内作为新鲜冷空气，就很好地实现了这一举两得、节能降耗的经济目标。

远在20世纪50年代，当科学家们发现。逆忙诺循环。原理，并成功地将从空气低温热源中置换出来的热能，逆向。泵。往高温热利用区富集的过程后，准确而形象地将其命名为。空气源热泵。同样的道理将从江海河湖并水水体中置换出热量的装置叫做。水源热泵。而从地下深井地层潜热中，收集地热热能的系统，则称为“地源热泵”。一般说来，在南方地区选用空气源热泵与太阳能热水器相匹配较为经济合理。而在北方地区考虑到冬季冰冻严寒，选用地源热泵则更为可靠和适用。靠近冬季非结冰的江海河湖泊者，采用水源热泵显然更为理想。目前，市场上有的厂家标新立异地将科学家们早已准确命名的空气源热泵改称为"空气能热水器“，如果在这种另类叫法中，并不包含拥有自主知识产权独立创新内容的新技术，那就完全违背了不是发现者、发明家，无权对已明确定义过的科技成果进行重新命名的知识产权道德底线。那种把别人的科技开发成果，改头换面为牟取私利而进行的商业炒作，既不尊重科学，也不辱屯历史。必须指出“空气能”。之说，缺乏科学的严谨性，因为，它很容易与科技界平已明确定义过的太阳光热辐射被地球周围大气层吸收形成的气象能造成混淆，也不知道新名词的发明人怎样解释这个所谓的”空气能“，与真正利用空气动能来发电的风力发电和大气温差对流的热烟囱发电之间的原则性区别在何处?另外，内涵也不确切，因为谈到空气特性时，让人们首先联想到的往往不是它所蕴藏的低温热能，而是掺杂其中的尘埃、病菌、冰晶、雰霾、电荷、冷凝水汽云团和冷空气寒流等现象。总而言之，面对广大公众的太阳能热水工程的商业宣传广告，一定要注重科学，深入浅出，实事求是；不能不择手段的标新立异，哗众取宠，误导消费者尊重科学，尊重知识，应该成为新能源产业最基本的职业道德规范。

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